太赫茲ISAR成像方法及其FPGA實(shí)現(xiàn).pdf

1、太赫茲頻段高、波長短，非常適合于極大信號帶寬的實(shí)現(xiàn)，基于THz頻段成像雷達(dá)具有更高的成像分辨率，能夠更加精確的獲取非合作目標(biāo)的精細(xì)圖像。同時，太赫茲波具有良好的反隱身和抗干擾能力，使得THz-ISAR成像技術(shù)在對空間目標(biāo)成像探測和識別方面具有重大的應(yīng)用前景。因此，對空間目標(biāo)的THz-ISAR成像技術(shù)研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　FPGA是一種新型高性能的可編程器件。工藝的改進(jìn)使FPGA集成度和性能提高，F(xiàn)PGA內(nèi)部各個模

2、塊可并行工作，計(jì)算效率高；FPGA在運(yùn)算簡單但運(yùn)算量大的應(yīng)用中有很大優(yōu)勢，而THz-ISAR成像處理流程較為固定，運(yùn)算量較大。因此，THz-ISAR成像及其FPGA實(shí)現(xiàn)是目前雷達(dá)信號處理領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。
　　本文重點(diǎn)研究了太赫茲ISAR空間目標(biāo)成像方法及其關(guān)鍵處理模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)方法，主要工作和成果分述如下：
　　1.深入研究了THz-ISAR成像原理與方法。針對THz-ISAR電磁散射特征和空間目標(biāo)的運(yùn)動特點(diǎn)，在分析

3、THz-ISAR回波模型的基礎(chǔ)上，提出一種有效的空間目標(biāo) THz-ISAR成像方法。該方法考慮到空間目標(biāo)的高速運(yùn)動將導(dǎo)致雷達(dá)接收到的回波非相干、一維距離像發(fā)生展寬和平移等影響，利用回波相干化方法以提高空間目標(biāo)一維距離像的聚焦度；并通過高效的基于互相關(guān)的包絡(luò)對齊和最小熵搜索的自聚焦處理方法對空間目標(biāo)平動分量進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償；同時，考慮到空間目標(biāo)尺寸較大的情況，目標(biāo)轉(zhuǎn)動時散射點(diǎn)將發(fā)生越距離單元徙動現(xiàn)象，采用一階Keystone變換實(shí)現(xiàn)了散射點(diǎn)

4、徙動的有效補(bǔ)償；再通過基于最小熵搜索的自聚焦處理方法得到空間目標(biāo)的二維高分辨率圖像。仿真數(shù)據(jù)和演示驗(yàn)證平臺錄取的實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證了上述THz-ISAR成像算法的有效性。
　　2.在深入研究太赫茲ISAR成像中回波相干化、包絡(luò)對齊、散射點(diǎn)距離徙動校正理論的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了回波相干化、互相關(guān)法和Keystone變換等關(guān)鍵處理模塊的FPGA實(shí)現(xiàn)方案，并進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)，通過FPGA仿真處理結(jié)果與Matlab處理結(jié)果的對比分析，驗(yàn)證了FPGA實(shí)現(xiàn)

5、方法的正確性。
　　3.基于矩陣分割思想，在FPGA中實(shí)現(xiàn)了成像處理中的大規(guī)模矩陣的轉(zhuǎn)置。在ISAR成像處理流程中，需要對距離向數(shù)據(jù)和方位向數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理，這其中便涉及矩陣數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)置操作，然而FPGA內(nèi)部BRAM資源有限，因此矩陣轉(zhuǎn)置的實(shí)現(xiàn)需要利用存儲器DDR2 SDRAM。采用矩陣分割的方法，將存儲在DDR2 SDRAM中的大規(guī)模矩陣數(shù)據(jù)分成若干矩陣塊，利用FPGA內(nèi)部的RAM資源，對每個矩陣塊進(jìn)行轉(zhuǎn)置，從而完成大規(guī)模矩陣的轉(zhuǎn)