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基于FPGA的SAR实时成像与宽带雷达信号侦察技术

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摘要

第一章 绪论

1.1 雷达成像技术基础及发展现状

1.2 宽带雷达信号侦察技术及其研究意义

1.3 论文的主要工作内容安排

第二章 FPGA及其逻辑电路设计

2.1 FPGA介绍与芯片结构

2.2 基于FPGA的数字逻辑电路及其设计思想

2.2.1 硬件描述语言

2.2.2 数字逻辑电路设计方法和设计思想

第三章 SAR成像算法及其逻辑编程实现

3.1 合成孔径雷达成像算法介绍

3.2 线频调变标(CS)算法

3.3 SAR成像算法仿真及分析

3.3.1 SAR成像典型评价指标

3.3.2 SAR算法仿真分析

3.3.3 实测数据的CS成像结果与分析

3.4 SAR成像算法的硬件编程实现

3.4.1 CS算法数字实现分析

3.4.2 逻辑电路编程实现

3.5 硬件语言实现处理结果分析

3.5.1 仿真数据实现结果分析

3.5.2 实测数据处理结果分析

第四章 基于FPGA的宽带雷达信号侦察技术

4.1 宽带雷达信号侦察总方案设计

4.2 雷达脉冲提取技术

4.3 精确雷达参数侦察

4.3.1 精确信号侦察方法

4.3.2 基于延时相关法的调频率估计

4.3.3 基于启发式最小熵搜索的调频率估计

4.3.4 宽带雷达信号侦察仿真

4.3.5 宽带雷达信号侦察工程化分析

4.4 硬件信号处理芯片的选择及电路架构

4.4.1 处理芯片选择

4.4.2 信号采集处理板硬件结构

4.5 宽带雷达信号侦察技术测试结果与分析

第五章 总结及展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间(合作)的研究成果

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摘要

成像雷达具有全天时、全天候、远作用距离和高分辨等特点,它在战场侦察、空间探测和民用遥感等领域具有重要的应用价值。根据雷达平台和观测目标的运动形式不同,成像雷达可以分为合成孔径雷达(SAR)和逆合成孔径雷达(ISAR)。目前,针对成像雷达的宽带信号实时处理技术是雷达信号处理领域的研究热点,该技术的研究具有重要的理论意义和应用价值。由于FPGA具有并行处理和编程灵活等特点,基于FPGA的宽带雷达实时信号处理技术在我国的成像雷达应用方面具有巨大的需求。本文在国家自然科学基金项目“基于大机动运动平台的地面特定目标多极化成像与检测(No.11176022)”、中国工程物理研究院以及航天科技集团公司研究所等相关合作项目的支持下,主要研究了基于FPGA的SAR成像算法实现技术和宽带雷达信号侦察技术。
  论文内容安排如下:本文首先对FPGA结构和数字逻辑电路进行了较为详细的描述,包括FPGA芯片结构和数字逻辑电路的特点、设计方法及基本思想,为后续的雷达成像算法实时实现和宽带雷达信号侦察提供技术基础。其次,建立条带式SAR成像模型,详细地推导了CS高分辨率SAR成像算法,并针对仿真数据和实测数据进行了处理和成像质量分析,获得了高质量的SAR成像结果。接着,基于Verilog硬件描述语言编写了CS实时算法,并获得聚焦良好的实测数据成像结果。最后,提出一种针对成像雷达的精确的宽带信号电子侦察方案。该电子侦察方案通过快速脉冲提取、延时相关和启发式最小熵搜索等处理能够精确地估计出雷达信号的到达时间、脉冲重复间隔、脉冲宽度、带宽和调频斜率等关键雷达信号参数。并且,基于硬件描述语言编写了宽带雷达信号侦察算法的数字逻辑程序,在FPGA处理板卡上成功地完成了雷达信号测试试验,测试数据结果表明本文所设计的宽带雷达信号侦察方法能够实时、准确的估计出宽带成像雷达的信号参数。

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