韩冀中[1]2001年在《机载SAR实时嵌入式成像系统设计研究》文中研究说明合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar)是一种全天候收集地表信息，并利用信号处理操作实现高分辨率成像的工具。它采用脉冲压缩技术获得雷达的距离向(Range)分辨率，采用合成孔径原理提高方位向(Azimuth)的分辨率。合成孔径雷达在自然灾害预测、军事情报侦察、地形地貌测绘、资源考察等方面发挥着重要的作用。 机载SAR实时成像系统采用多个嵌入式信号处理器，实时接收处理雷达信号，并实时存储及形成高分辨率图像。它是嵌入式系统在高性能实时计算中的一种典型应用。这类应用要求嵌入式系统采用数据流处理模式，分布异构的体系结构，并具有很高的系统利用率。因此，其系统的设计方法也有别于传统的嵌入式系统和通用大型计算机系统。 本文通过分析嵌入式系统在高性能实时应用中的特点，从以下叁个方面对机载SAR成像系统的设计进行了研究： 1)模型分析对嵌入式系统设计具有重要意义，本文提出了一种适合于高性能实时计算应用的数据流图模型——增强处理图模型(Enhanced Processing Graph Models，EPGM)，并利用该模型从叁个方面讨论了系统设计的分析方法。 首先，分析系统吞吐量变化的特点，利用模型归纳出叁种典型的序列执行模式：滑动窗、数据增益与数据衰减模式；进而，根据嵌入式系统的实时特征，提出叁种实时模型，即标准模型、吞吐量固定模型以及端到端延迟固定模型：最后在序列执行模式和实时模型的分析基础上，利用EPGM图提出了一种计算吞吐量与端到端延迟的方法，有效解决了在分布嵌入式环境中如何计算各个子系统设计参数的问题。 2)研究了高性能实时计算中嵌入式系统结构的特点，指出传统的系统结构设计缺乏可扩展性，不能适应高性能实时计算对高速I／O与大量数据存储的要求，并提出了一种以数据流为中心的系统结构。 这种系统结构将少数节点利用高速网络连接起来形成一个大的集合，并以
张宁宇[2]2016年在《基于DSP的前斜视机载SAR实时信号处理技术研究》文中研究指明前斜视机载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)具有全天时、全天候、高分辨的特点,在军用和民用领域有着广泛的应用。在机载SAR实时信号处理系统中,数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)以其优良的性能得到了广泛应用,而随着实际应用对系统性能的要求越来越高,单片单核处理器日益难以满足需求,必须采用多片多核处理器协作处理。本文研究了基于多片多核DSP的前斜视机载SAR实时信号处理技术,研究内容具有一定的现实意义,本文主要研究内容如下:首先,研究了SAR回波模型及基本成像原理,研究了几种常用的高分辨聚焦算法,并对这几种聚焦算法进行了详细地性能分析与对比,为实时成像算法设计时聚焦算法的选取提供理论依据;分析了步进频体制SAR成像的优点与基本原理,并研究了常用的时域与图像域步进频拼接方法;另外针对机载平台运动不稳的特点分析了运动误差对成像的影响,并研究了常用的多普勒参数估计方法。其次,本文研究了多节点协作实时处理方法,提出了多节点协作实时处理性能指标,分析了影响多节点协作实时处理系统性能的因素,并展开了多节点协作策略及互联结构两方面的研究;提出了一种多节点混合协作策略,具备较好的性能。接着设计了一个基于多片多核DSP的SAR实时成像系统,完成了实时成像算法的设计、实时信号处理机系统的设计、基于多片DSP混合协作的信号处理模块的设计、多层次DSP软件的设计,最后进行了实测数据的处理,验证了系统设计的正确性与有效性。
张大炜[3]2007年在《机载SAR实时处理技术和FMCW-SAR成像的研究》文中指出合成孔径雷达作为一种先进的主动式微波遥感设备，在众多的空天探测平台中是应用最多和最广的对地监视雷达。合成孔径雷达的优越性能和全天候、全天时的工作能力使得SAR已成为世界注目的焦点和发展方向。随着近年来微电子技术和计算机技术的发展，采用数字技术进行SAR的实时成像处理得到了迅速发展，逐渐成为SAR设备不可或缺的功能之一。本文以SAR实时成像处理技术作为主要研究方向，论文涵盖了SAR基本原理、实时成像算法、误差补偿方法、以及SAR实时处理技术的实现等内容。结合工程实践，着重对SAR实时成像系统中的一些理论和实现技术上的关键问题进行了研究。论文的内容主要围绕作者博士期间的科研工作而展开，力图在实现SAR实时成像的同时，使处理器的功能更加完善。同时作为博士期间的一项工作，论文也包含了对SAR采用连续波体制进行成像的部分理论研究工作。论文首先分析了SAR基本理论与系统模型，研究了SAR实时成像系统中经常采用的几种成像算法，包括RD算法、CS算法以及StepTransform算法。对各种成像算法，研究了其成像原理并对其实时实现的方案和性能进行了分析和比较。同时针对成像处理中采用最多的FFT技术，研究了级联FFT在SAR成像处理中的应用，分析了原算法的缺陷，在此基础上提出了一种新的逆序级联FFT算法。同时针对StepTransform算法的缺陷，提出了改进的方法。论文通过对雷达系统误差所带来的线性调频信号调频斜率的非线性对SAR系统成像的影响，研究了采用子孔径处理对调频斜率的非线性现象进行补偿的方法。然后分析了运动误差对SAR系统成像的影响，并结合飞行试验的结果，研究了径向运动误差对SAR系统成像性能的影响。同时对SAR系统中如何进行前向与径向运动误差补偿进行了分析和研究。结合作者参与的SAR实时成像处理器工程实践，研究了在高性能DSP芯片TS101的信号处理平台及其组成的实时信号处理系统中，实现SAR实时处理的相关问题。结合工程中遇到的实际问题，研究了自适应思想在实时成像处理器中的实现问题，就自适应回波锁定、自适应预滤波和自适应图像量化进行了分析。同时，就SAR实时运动补偿中存在的问题进行了研究，并设计了实时成像处理中进行运动补偿的方案。针对整个SAR系统实时成像处理的实现，设计了采用RD算法进行SAR实时成像处理的方案，并就采用子孔径算法进行SAR实时成像的方案进行了研究。论文最后研究了FMCW-SAR的成像原理，给出FMCW-SAR成像的系统模型。对FMCW-SAR在系统采样率、距离分辨率以及测绘带宽度等系统设计指标中与传统脉冲SAR存在的差异进行了分析，同时针对FMCW-SAR系统中的残留相位误差补偿和载机运动所带来的多普勒效应对成像的影响进行了研究；最后在脉冲SAR成像算法的基础上，研究了采用改进的RD算法和改进的波束域算法对FMCW-SAR系统进行成像的方法。
王蕾[4]2004年在《星载SAR实时成像系统主控软件的设计与实现》文中指出合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种全天候收集地表信息,并利用信号处理操作实现高分辨率成像的工具,它在自然灾害预测、军事情报侦察、地形地貌测绘、资源考察等方面发挥着重要的作用。星载SAR实时成像系统的研制是在机载SAR实时成像系统的基础上展开的,是将SAR实时成像技术向更高层次应用的延伸。本文主要涉及星载SAR实时成像系统主控软件的设计与实现。本文给出了星载SAR实时成像系统采用的一种嵌入式异构多处理器系统的结构模型,分析了该结构模型中各模块的功能及模块之间的通信机制。针对星载SAR实时成像系统这一具体应用,详细分析了其主控软件的功能需求,并提出了相应的设计方法。本文基于上述功能需求分析,详细设计了星载SAR实时成像系统主控模块的任务。通过分析各个任务的实时性要求,提出相应的优先级分配策略。最终本文采用高性能、可剪裁嵌入式实时操作系统VxWorks,通过调用其功能强大的API接口函数,利用基于优先级的抢占式调度,实现星载SAR实时成像系统的实时控制。本文提出了一种基于TMS320C6416 DSP开发的处理模块与主控模块之间进行高速数据传输的方法,该方法利用TMS320C6416 DSP芯片的Master Transfer传输机制,并结合传统DMA传输中的Scatter/Gather思想,大大提高了DSP与主控模块之间的数据传输速度。
简方军[5]2006年在《一种基于平台的SoPC软硬件协同设计与实现》文中提出合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)实时成像是距离向与方位向二维匹配滤波过程，可实现全天时、全天候、大面积对地观察和高分辨率成像，在军事、经济和环境等领域有重要应用价值。SAR实时成像数据规模大、计算复杂、处理精度要求高，片上可编程系统(System on a Programmable Chip，SoPC)是基于可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)的SoC，是SAR实时成像系统研究的重要方向。平台是一个软硬件集成的结构，基于平台的设计(Platform-Based Design，PBD)是SoPC的重要设计方法，软硬件协同设计(Hardware-Software Co-design)为其核心技术之一。 本文围绕基于Chirp Scaling算法的SAR实时成像的具体应用，系统地研究了基于平台的SAR实时成像SoPC的软硬件协同设计与实现，对系统模型、平台设计、算法模拟与原型仿真、系统实现、性能优化以及系统评测等相关内容进行了深入的研究： 结合基于平台的SoPC系统的特点，提出了一种多约束处理流图模型(Multi-Constrain Process Graph Model，MCPGM)。增加了虚拟处理节点，用于描述实际应用中软件和硬件实现之间切换所需的通信开销；增加设计余量约束，提供了面向平台应用的设计余量分析；研究了MCPGM的软硬件划分问题。MCPGM具有较强的平台描述能力，适合基于平台的SoPC系统建模。 设计并实现了一种高性能的片内多总线结构的SoPC(Multi-Bus SoPC，MBSoPC)，应用MBSoPC实现了SAR实时成像。设计实现了高效的异步总线桥，该桥采用高速异步FIFO实现了数据快速突发传输。研究了可验证设计(DFV)方法，包括DFV状态机、对关联状态机之间设置状态同步点、设计影子寄存器实现不同存储空间的数据映射。DFV设计有效地验证了基于平台的系统设计，显着降低了验证复杂度，提高了验证效率。MBSoPC支持输入和输出并行，实现了高性能的数字信号处理，具有良好的扩展性。实际测试数据表明，片内叁PLB总线结构SoPC，在相同的时钟频率条件下，处理性能是单PLB总线结构SoPC的两倍。 基于片内叁PLB总线结构的SoPC实现了SAR实时成像Chirp Scaling系统，采用流水线和并行计算技术提高了成像性能。SAR实时成像SoPC系统采用了软硬件协同实现，其中固件实现系统的控制功能，软件完成因子预处理计算，硬件完成实时处理。研究了基于MPI的机群并行算法和性能优化，为SAR实时成像SoPC系统建立了算法设计、系统仿真和成像质量评测体系。详细讨论了SAR实时成像SoPC系统的主要功能单元设计、控制测试子系统以及片上计算流程等。
吴创新[6]2008年在《机载SAR系统通信控制卡设计与实现》文中提出采用合成孔径雷达(SAR)可获得远距离高分辨率的雷达图像,并具有全天时、全天候的特性,可以大大提高雷达的信息获取能力,已经在地球遥感、海洋研究、资源勘测及军事侦察等方面得到广泛应用[1][2]。为满足机载合成孔径雷达实时成像中图像实时下传,系统运动补偿和实时控制的要求,本文重点研究了机载SAR实时成像系统中通信控制卡的设计与实现,为图像数据传输和系统控制构建了高性能的、高可靠性的信息处理平台。机载SAR图像具有数据量大,数据率高的特点,成像结果直接传输给遥测系统会给数据下传造成很大的压力,通信控制卡需将图像数据进行压缩后再传输以大大减小下传的数据量,这对通信控制卡的实时信号处理能力提出了很高的要求。此外,机载SAR系统在实时成像过程中需要进行运动补偿,各种运动参数测量设备以及雷达系统的设备都采用串口进行数据传输,给通信控制卡带来了很大的通信压力,需要解决这一通信瓶颈问题。本文主要针对以上两个问题研究了通信控制卡的设计实现。首先,为提高通信控制卡的实时处理能力,采用了ADI公司的高性能DSP芯片ADSP TS201S来实现高速信号处理,并以两片DSP组成分布式并行系统的方式进一步提高板卡的性能;其次,为解决多低速串口与板卡高速处理器的数据通信瓶颈问题,选择专用串口芯片SC16C554,基于FIFO工作模式有效地实现了高速DSP与多路低速串口的高效率数据通信;此外,基于CPCI总线设计了多DSP的通信控制卡,开发了板卡的驱动程序,研究了板卡热插拔功能的设计实现,提出了一种CPCI板卡电源管理的方法;最后实现了机载SAR系统通信控制卡,并对电路的各部分功能进行了调试和测试,验证了该设计的有效性。
赵衍一[7]2017年在《无人机载SAR多模成像实时处理研究》文中提出合成孔径雷达(SAR)工作在微波波段,具有全天时、全天候、远距离和高分辨成像等优点。SAR通常被固定在运动载体上,根据SAR载体的不同,可以分成星载、弹载、机载和无人机载SAR等。根据SAR视角的差异,可以分成正侧视、斜视和前视SAR等。根据SAR工作方式的不同,又可以分成条带、聚束和扫描SAR等。本文提出一种兼容正侧视条带模式和斜视滑动聚束模式的无人机载SAR多模成像算法,并有效地结合了方位空变误差补偿和相位梯度自聚焦算法,适用于3m、1m和0.5m叁种成像分辨率。整个雷达系统对SAR实时成像系统的功能需求包括:根据外部传入的频综,产生PRF信号,控制整个雷达系统的工作状态,同时根据PRF信号产生一些辅助信号;接收回波模拟信号,将其转换为数字信号并进行成像处理,最终得到场景成像结果并保存;接收惯导信息,用作成像处理的参数,同时根据惯导信息产生伺服控制信号;在机上试验时,将有效的原始回波数据保存下来,便于在机下分析系统在机上的工作状况。本文主要围绕SAR实时成像系统中的信号处理板完成复杂的处理任务,该信号处理板主要由FPGA和DSP组成。针对高性能计算领域的强劲需求,TI推出了基于Keystone架构的TMS320C66x系列多核DSP,完美的实现了低功耗与高性能。而TMS320C6678作为TMS320C66x系列的旗舰产品,将8个处理器集成在一片DSP芯片内,是目前浮点/定点运算能力最强的DSP,它还具有丰富的接口资源和存储结构,可以满足实时信号处理的性能及高速数据传输的需求。本文基于TMS320C6678开发无人机载SAR多模成像实时处理软件,详细介绍了SAR成像算法在多核DSP上的编程方法。
王堃[8]2002年在《基于异构系统的实时数据处理》文中认为本文主要研究基于异构系统的实时数据处理中的叁个关键问题：实时异构系统的调度、实时异构系统调度的仿真验证和实时数据的可视化，并将这叁个方面的研究结果应用在机载SAR高分辨率实时成像系统中。 在实时异构系统的调度方面，本文提出了实时异构系统的多级调度框架和多级调度模型，并在此基础上提出了一种实时异构系统的动态任务分配和调度算法。该框架和模型从系统结构、任务、功能模块和调度方案四个方面对实时异构系统及其调度进行了描述，体现了分级调度的思想，并针对实时异构系统的任务分配提出了功能类别数的概念。所提出的算法采用了新的任务分配策略，并考虑了与静态任务分配和调度算法的相容性问题；模拟研究表明该算法与相关算法相比具有明显的优势。 在实时异构系统调度的仿真验证方面，本文在所提出的多级调度框架和多级调度模型的基础上研究了实时异构系统调度的仿真验证方法，即建模→模型语言转化→SMML翻译→相应语言编译→链接→仿真验证、在线诊断和可视化的工作流程；并为该方法设计了一种系统模型标记语言SMML，可描述实时异构系统及其调度。 在实时数据的可视化方面，本文提出了适合机载SAR高分辨率实时成像系统的实时数据可视化方法，主要包括系统的实时数据可视化方案和缩略图等视图的实现算法。
徐永健[9]2001年在《SAR实时并行成象系统研究》文中指出论文在实时算法和系统设计、实现及测试两方面对合成孔径雷达（SAR）实时成象系统的相关问题进行了研究。 论文对CS算法的并行化应用进行了分析设计并使用曙光2000-Ⅱ超级并行机将所设计的CS并行算法应用于并行成像处理中。提出了算法对于不同数据大小的最优计算节点数。同时模拟了该算法在实时系统中的应用。 机载SAR为提高信噪比并同时减少发射功率，往往使用较高的脉冲重复频率（PRF）。在降低数字信号的带宽的同时抑制频谱的混迭是采用降采样滤波器的目的。论文不仅提出了使用拉格朗日乘子法对降采样滤波器的设计方法而且在设计中考虑了天线方向图的影响。 在研究处理数据在实时系统中具体的实现流程的基础上，论文提出了在SAR实时系统中所采用自聚焦算法在实时结构中的实现手段，对CS算法在本系统中的实现也进行了讨论。 论文研究了实时操作系统在本实时系统中的应用，对实时操作系统与普通的操作系统进行了对比。针对该实时系统提出了实时操作系统的选择方法。 为调试该实时系统，作者开发了基于PCI总线的扩展卡。该卡将PC机硬盘上数字信号通过PCI总线输出到实时成像系统中。开发该信号源的工作主要分为两部分——硬件开发和软件开发。论文对硬件和设备相应驱动程序的开发做了详细的了介绍。
何学辉[10]2004年在《机载合成孔径雷达成像实时信号处理研究》文中进行了进一步梳理合成孔径雷达成像具有全天候、全天时和远距离的特点，因此合成孔径雷达成像实时信号处理的研究对军用和民用均具有重要的实用价值。合成孔径雷达的成像算法中，多普勒参数的估计精度直接影响到成像质量的好坏。本文首先讨论了基于原始数据的多普勒参数的估计方法，并且分析了距离多普勒算法在实时处理中的实现，以及实时成像下的运动补偿、数据分段及几何校正；然后在此算法的基础上提出了相应的系统解决方案，系统设计采用 VME 总线结构，其运算核心部分是一个由四片数字信号处理器组成的共享总线式并行处理模块，论文并提供了整个实时成像算法的软件实现。论文最后介绍了实时操作系统在合成孔径雷达成像中的运用。本文对研究合成孔径雷达成像实时信号处理具有一定的现实意义。
参考文献：
[1]. 机载SAR实时嵌入式成像系统设计研究[D]. 韩冀中. 中国科学院研究生院（计算技术研究所）. 2001
[2]. 基于DSP的前斜视机载SAR实时信号处理技术研究[D]. 张宁宇. 北京理工大学. 2016
[3]. 机载SAR实时处理技术和FMCW-SAR成像的研究[D]. 张大炜. 中国科学院研究生院（电子学研究所）. 2007
[4]. 星载SAR实时成像系统主控软件的设计与实现[D]. 王蕾. 中国科学院研究生院（计算技术研究所）. 2004
[5]. 一种基于平台的SoPC软硬件协同设计与实现[D]. 简方军. 中国科学院研究生院（计算技术研究所）. 2006
[6]. 机载SAR系统通信控制卡设计与实现[D]. 吴创新. 国防科学技术大学. 2008
[7]. 无人机载SAR多模成像实时处理研究[D]. 赵衍一. 西安电子科技大学. 2017
[8]. 基于异构系统的实时数据处理[D]. 王堃. 中国科学院研究生院（软件研究所）. 2002
[9]. SAR实时并行成象系统研究[D]. 徐永健. 中国科学院电子学研究所. 2001
[10]. 机载合成孔径雷达成像实时信号处理研究[D]. 何学辉. 西安电子科技大学. 2004
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