發(fā)布時(shí)間：2020-06-10 13:42

【摘要】：合成孔徑雷達(dá)(SAR)系統(tǒng)通過發(fā)射寬帶線性調(diào)頻(LFM)信號(hào),結(jié)合合成孔徑技術(shù),可實(shí)現(xiàn)較高的空間分辨能力,廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。近年來,半導(dǎo)體、大規(guī)模集成電路快速發(fā)展,FPGA、DSP、及GPU等實(shí)時(shí)信號(hào)處理能力、高速數(shù)據(jù)通訊能力等大幅提升,ADC采樣、分辨率等指標(biāo)不斷提高,這些電子信息技術(shù)發(fā)展使得星載合成孔徑雷達(dá)的工作帶寬、脈沖重復(fù)頻率、觀察刈幅、分辨率等性能指標(biāo)可以大幅度提升,但因此造成原始數(shù)據(jù)量急劇增加,給星上大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和下行數(shù)據(jù)傳輸帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)壓縮是星載合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)降低原始數(shù)據(jù)率不可或缺的重要手段。SAR原始回波數(shù)據(jù)具有獨(dú)特的概率統(tǒng)計(jì)特點(diǎn),不能用常規(guī)去冗余的方法進(jìn)行壓縮。自20世紀(jì)80年代以來,針對(duì)SAR原始回波數(shù)據(jù)壓縮算法的研究從未止步。本文對(duì)SAR原始回波數(shù)據(jù)的概率統(tǒng)計(jì)特性展開分析,介紹了SAR原始數(shù)據(jù)壓縮的基本理論,同時(shí)對(duì)幾種已應(yīng)用于星載SAR系統(tǒng)的壓縮算法進(jìn)行介紹,給出實(shí)現(xiàn)流程并分析各自的優(yōu)劣�？v觀各國(guó)現(xiàn)役星載合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)壓縮,塊自適應(yīng)量化(BAQ)算法應(yīng)用最廣,經(jīng)歷了多個(gè)航天飛行任務(wù)的驗(yàn)證,是一種穩(wěn)定、成熟、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)壓縮算法。本文BAQ算法的FPGA實(shí)現(xiàn)選用Xilinx的7XC7VX485T芯片。原始數(shù)據(jù)是某星載干涉成像雷達(dá)高度計(jì)(InIRA)獲取的大小為4(通道)×256×3000Byte的一個(gè)數(shù)據(jù)塊。結(jié)果表明,除存儲(chǔ)資源外,其它資源占用不足芯片資源的20%,可處理的最大原始數(shù)據(jù)率為840Mbps。針對(duì)BAQ算法的不足和原始回波數(shù)據(jù)的特點(diǎn),本文還對(duì)算法進(jìn)行了改進(jìn),改進(jìn)算法壓縮后的輸出位數(shù)為4.4bit,在10km分辨率時(shí)以0.36cm的測(cè)高誤差增量換取45%的數(shù)據(jù)率降低。因此在保證測(cè)高精度的同時(shí),比傳統(tǒng)BAQ算法壓縮率更高,且在處理速率上也具有優(yōu)勢(shì)。另外本文分析了不同壓縮比、不同分塊方式對(duì)性能的影響,為未來星載SAR數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)海洋高度的測(cè)量提供參考依據(jù)。
【圖文】：

第1章 緒論原始數(shù)據(jù)壓縮的必要性徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar, SAR）是一種能夠全天時(shí)、的有源微波遙感系統(tǒng)[1]。它通過在方位向使用合成孔徑技術(shù)一定帶寬的信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮來獲得兩個(gè)方向上的分辨率，不可比擬的高分辨率的雷達(dá)圖像[2]。SAR 使用 1mm-1m范圍有很強(qiáng)的穿透能力，，可以不受大氣、地表植被等影響；具有以對(duì)不同的物質(zhì)加以區(qū)分和識(shí)別；具有三維分辨能力，可以軍事偵查，農(nóng)林業(yè)觀測(cè)和國(guó)防建設(shè)領(lǐng)域發(fā)揮了極其重要的作統(tǒng)的重要發(fā)展方向之一。

圖 1.4 SWOT 任務(wù)中的 KaRIn 原理圖SA 空間實(shí)驗(yàn)室在研的地表水和海洋拓?fù)?SWOT[21][2an Topography）任務(wù)中，采用 Ka 波段雙穩(wěn)態(tài) SAR 進(jìn)用于海洋觀測(cè)的低分辨率（LR）模式和用于陸地水文觀式。在數(shù)據(jù)處理方面分成兩種，海洋數(shù)據(jù)主要在星上多視處理等降低數(shù)據(jù)率；陸地水文觀測(cè)在則星上簡(jiǎn)單操回地面。從發(fā)展趨勢(shì)上可以看出，目前為止 BAQ 算法或缺的處理技術(shù)，以原始算法為基礎(chǔ)的改進(jìn)算法具有更的高性能的改進(jìn)算法將會(huì)出現(xiàn)并且成為各國(guó) SAR 數(shù)何在 FPGA 上實(shí)現(xiàn)出壓縮性能好，硬件復(fù)雜度低，占用法將具有重要的工程意義。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN957.51;TN791

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本文編號(hào)：2706369