微型合成孔徑雷達成像信號處理技術

范文娜

摘? 要：我國科學技術手段在不斷的更新和優化的過程中，并且已經處于發展較為成熟的階段，電子技術和信號處理技術也逐漸隨之發展起來，微型合成孔徑雷達的應用也越來越廣泛，其性能和技術質量也在不斷的實踐和運用中得到提高。目前SAR系統已經超越時空的限制，應用更加靈活方便，且資源消耗較少，是圖像處理領域的重點技術。為此本文也提出微型合成孔徑雷達成像信號處理技術，對成像信號處理技術進行深入分析和研究，得出的結論以供參考。

1 合成孔徑雷達的原理

合成孔徑雷達（SAR）是依靠平臺的運動才能實現距離測量以及二維成像的。二維坐標信息指的是垂直方向的距離和方位信息。方位分辨率隨著波束寬度變大而變大，隨著天線尺寸變大而變小。與光學透鏡成因相似，雷達也是需要較大的天線和孔徑才能確保設備在低頻的狀態下形成較為清晰的圖像。但是在實際的運用中由于飛機航跡不標準，變化較大，則形成的圖像就會變得焦散。

SAR能夠通過小天線根據長線陣的運動軌跡進行移動，在整個移動的過程中，SAR系統就會發出一定頻率的輻射，進而形成信號，然后通過相干處理對不同位置的回波進行相應的處理，形成高分辨率的雷達圖像。SAR系統成像受到脈沖寬度和持續時間有正比關系。

1 關鍵技術分析

1.1 PFA粗聚焦成像技術

MiniSAR成像算法屬于微型SAR對信號處理的技術，該算法在高分辨率圖像中能夠顯示出高精度的成像水平，并且在無人機載體中，這個算法能夠自動為平臺提供非共面運動的技術支撐。此外該算法還包含海量的回波數據量，算法簡單，實現起來非常簡單。與傳統的算法相比，無論是效率還是精度方面，都有很大的提高，還能更好地滿足高分辨率成像需求。為了使得MiniSAR成像系統的效率、質量和精度得到進一步的替身，采用粗聚焦的方式處理成像信號時，還可以通過PFA算法優化和補償成像信號，這樣就能使得平臺軌跡更符合成像的要求，并且也能彰顯該算法的優勢。同時基于PFA算法的MiniSAR成像處理技術還能根據極坐標轉換的二維尺度特性優化和更新自身的成像效率及精度，避免出現相位差的問題。為了對動目標成像產生的模糊現象影響MiniSAR成像，可以采用SAR信號處理技術進行處理。

1.2 ROI動目標重聚焦技術

MiniSAR的飛行軌跡較為復雜，對于地面運動的目標進行捕獲圖像時就會加大技術難度，為了緩解這一問題，技術人員要通過ISAR距離對準算法對動態目標數據進行重新聚焦，并且對成像進行處理。這樣的操作才能滿足全局準則，經過迭代和優化的性能指標，會有效緩解運動目標成像過程中的突然跳動以及漂移的問題。此外為了能夠充分彰顯MiniSAR重新聚焦的優勢，還需要對平均距離像熵值進行計算，經過大量實驗和實踐運用總結得出全局最小熵的算法，這樣才能確保MiniSAR的對準精度及聚焦質量。

1.3 PGA-MD精聚焦

在高分辨率的條件下，MiniSAR運動測量單元獲取的位置信息其精讀較差，無法滿足相干性的要求，并且由于傳播介質的分布問題也會造成回波延遲性誤差的問題發生。微型運動平還會受到空氣流速的影響使得軌跡更加偏遠，進而影響聚焦智聯。故MiniSAR精聚焦及時可以利用多子孔徑PGA-MD進行自主聚焦，緩解聚焦過程中的問題。不同距離單元之間的多普勒頻率可以通過PGA進行消除，這個過程還需要引入未知線性相位。對于MiniSAR高分辨率的圖像精處理而言，算法可以通過相鄰子圖像估計相位誤差，具體優勢為：

（1）MiniSAR相鄰子孔徑信號之間的相關性最佳，并且估計精度最高;

（2）子圖像的減少有利于減低維數和計算量，這樣就能有效提升相位補償效率。

通過上述分析，MiniSAR成像信號處理能夠總結出一個流程，其中包含了PFA粗聚焦、ROI動目標重聚焦和PGA-MD精聚焦。

2 系統設計與實現

基于FPGA架構的MiniSAR成像系統如下圖所示，具體分為數據傳輸子模塊、成像處理算法模塊幾大模塊，能夠實現在FPGA開發板和上位機之間的信息傳遞，還能對相應的數據成像進行校正處理，轉置二維數據，高速讀寫連續地址。具體設計和功能如下：

2.1數據傳輸模塊

這一模塊具體是通過以太網實現信息傳遞的通信技術，利用UDP/IP協議對網絡層和協議稱進行控制和管理。在處理實測數據時，上位機不會直接采用以太網傳輸MiniSAR參數和回波數據，而是將這些有價值的數據讀寫入DDR3SDRAM，這樣才能使得最終處理結果完全顯示出來。

2.2成像處理算法模塊

該模塊分為三個部分，每一個部分都有很多子模塊。在實際運用的過程中不同模塊的功能和實現方式也有一定的差異。PFA粗聚焦模塊功能的實現是通過在DDR3中寫入回波數據，然后將基本參數上傳至參數計算模塊中，利用高精度浮點精確計算位置信息和具體參數，采用PCS處理及時對數據進行科學正確處理，最終將其轉置，讀寫如DDR中。

為了能夠使得整個系統的運算速度得到提升，節約資源消耗，可以通過時分復用相同的FFT模塊，對FFT模塊的ip核例化。同時對樣本邊界判斷時，可以采用標識信號實現，盡量使得處理統一化，這樣才能提升功能和價值。自聚焦模塊的功能就是利用PFA極坐標格式將數據進行轉置，在DDR3中將轉置數據存儲好，利用PGA-MD估計全孔徑相位差。采用降分辨率的方式對這些經過轉置的數據進行處理，最后設置各個模塊的聚焦參數，重啟模塊。這樣就能高效實現對這條脈沖的幾何失真校正。

結語：

在的MiniSAR成像系統的運用過程中要想提升技術水平，實現高效精準地圖像處理，不單單需要設計處理方案、合理規劃算法和技術等，還需要以FPGA架構為基礎，對數據傳輸過程中的各個模塊進行合理布置和設計，這樣才能有效提升成像處理技術的質量，滿足實際情況，達到標準化要求。

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