微型合成孔径雷达成像信号处理技术

朱岱寅 张营 俞翔 毛新华 张劲东 李勇

朱岱寅, 张营, 俞翔, 等. 微型合成孔径雷达成像信号处理技术[J]. 雷达学报, 2019, 8(6): 793–803. doi: 10.12000/JR19094
引用本文: 朱岱寅, 张营, 俞翔, 等. 微型合成孔径雷达成像信号处理技术[J]. 雷达学报, 2019, 8(6): 793–803. doi: 10.12000/JR19094
ZHU Daiyin, ZHANG Ying, YU Xiang, et al. Imaging signal processing technology for miniature synthetic aperture radar[J]. Journal of Radars, 2019, 8(6): 793–803. doi: 10.12000/JR19094
Citation: ZHU Daiyin, ZHANG Ying, YU Xiang, et al. Imaging signal processing technology for miniature synthetic aperture radar[J]. Journal of Radars, 2019, 8(6): 793–803. doi: 10.12000/JR19094

微型合成孔径雷达成像信号处理技术

DOI: 10.12000/JR19094
基金项目: 国家自然科学基金(61671240),航空科学基金(20182052013)
详细信息
    作者简介:

    朱岱寅(1974–),男,江苏人,教授,博士生导师。研究方向为合成孔径雷达/逆合成孔径雷达(SAR/ISAR)成像以及自聚焦算法、干涉SAR成像、SAR地面动目标指示以及机载雷达动目标指示技术。自2018年开始担任《雷达学报》编委。E-mail: zhudy@nuaa.edu.cn

    张 营(1994–),男,河北人,博士生。研究方向为视频合成孔径雷达、计算机视觉与图像解译、机器学习与遥感、SAR成像技术。E-mail: zhy1994@nuaa.edu.cn

    俞 翔(1982–),男,江苏人,副教授。研究方向为逆合成孔径雷达成像技术。E-mail: cw-al20@163.com

    毛新华(1979–),男,副教授,硕士生导师。研究方向为机载/星载合成孔径雷达、SAR自聚焦技术、微型无人机雷达成像、动目标成像。E-mail: xinhua@nuaa.edu.cn

    张劲东(1981–),男,江苏人,副教授,硕士生导师。研究方向为新体制雷达的研发、雷达信号分析与处理、高速数字信号处理系统设计与实现。E-mail: zjdjs@126.com

    李 勇(1977–),男,河南人,副教授,硕士生导师。研究方向为雷达信号处理、雷达系统。E-mail: limack@nuaa.edu.cn

    通讯作者:

    朱岱寅 zhudy@nuaa.edu.cn

  • 中图分类号: TN957.5

Imaging Signal Processing Technology for Miniature Synthetic Aperture Radar

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61671240), The Aeronautical Science Foundation of China (20182052013)
More Information
  • 摘要: 微型合成孔径雷达(MiniSAR)有效突破了时间与空间的限制,具备轻量化、低功耗、高灵活度等优势,能够满足感兴趣区域(ROI)的高分辨成像需求。然而,MiniSAR成像信号处理依然面临若干技术难题,例如复杂航迹条件下对地面目标的高分辨成像,非合作动目标的重聚焦,数据处理的效率与实时性等。据此,该文提出了一系列成像信号处理技术及其对应的现场可编辑门阵列(FPGA)硬件设计架构,从而实现了MiniSAR高分辨率成像与实时性处理。最后,基于多组聚束/条带式MiniSAR试验结果,验证了该文方法的有效性和可靠性。

     

  • 图  1  所提MiniSAR成像信号处理流程图

    Figure  1.  Proposed flow diagram of MiniSAR imaging signal processing

    图  2  基于FPGA设计架构的MiniSAR成像处理系统

    Figure  2.  MiniSAR imaging processing system based on FPGA design architecture

    图  3  PFA 2维处理模块

    Figure  3.  2-D processing modules of PFA

    图  4  相位梯度自聚焦模块结构图

    Figure  4.  Structure diagram of phase gradient autofocus module

    图  5  直接式分段存储

    Figure  5.  Directly segmented storage

    图  6  MiniSAR试验系统

    Figure  6.  MiniSAR experimental system

    图  7  ROI#1成像处理与聚焦对比

    Figure  7.  Imaging processing and focusing comparison for ROI#1

    图  8  聚束式实测数据ROI#2和ROI#3处理结果

    Figure  8.  Measured data processing results for spotlight ROI#2 and ROI#3

    图  9  条带式实测数据ROI#4处理结果

    Figure  9.  Measured data processing result for stripmap ROI#4

    图  10  条带式实测数据ROI#5处理结果

    Figure  10.  Measured data processing result for stripmap ROI#5

    表  1  资源利用率

    Table  1.   Resource utilization

    资源已用资源可用资源利用率(%)
    Slice Registers35548086640041
    Slice LUTs27354943320063
    Block RAM/FIFO501147034
    DSP48E1s1204360033
    下载: 导出CSV

    表  2  主要的系统参数

    Table  2.   Main system parameters

    系统参数数值
    带宽(GHz)1.8
    载频(GHz)9.7
    飞行速度(m/s)5
    脉冲宽度(ms)4
    数据采样率(MHz)50
    脉冲重复频率(Hz)250
    下载: 导出CSV
  • [1] MOREIRA A, PRATS-IRAOLA P, YOUNIS M, et al. A tutorial on synthetic aperture radar[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazine, 2013, 1(1): 6–43. doi: 10.1109/MGRS.2013.2248301
    [2] ZHANG Ying and ZHU Daiyin. Height retrieval in postprocessing-based VideoSAR image sequence using shadow information[J]. IEEE Sensors Journal, 2018, 18(19): 8108–8116. doi: 10.1109/JSEN.2018.2865112
    [3] 王岩飞, 刘畅, 詹学丽, 等. 无人机载合成孔径雷达系统技术与应用[J]. 雷达学报, 2016, 5(4): 333–349. doi: 10.12000/JR16089

    WANG Yanfei, LIU Chang, ZHAN Xueli, et al. Technology and applications of UAV synthetic aperture radar system[J]. Journal of Radars, 2016, 5(4): 333–349. doi: 10.12000/JR16089
    [4] 丁满来, 丁赤飚, 唐跞, 等. 一种W波段无人机微型SAR系统[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(4): 1939–1945. doi: 10.11999/JEIT180946

    DING Manlai, DING Chibiao, TANG Li, et al. A W band Mini-SAR system for unmanned aerial vehicle[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2019, 41(4): 1939–1945. doi: 10.11999/JEIT180946
    [5] ZHOU Song, YANG Lei, ZHAO Lifan, et al. Quasi-polar-based FFBP algorithm for miniature UAV SAR imaging without navigational data[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2017, 55(12): 7053–7065. doi: 10.1109/TGRS.2017.2739133
    [6] CASALINI E, FRIOUD M, SMALL D, et al. Refocusing FMCW SAR moving target data in the wavenumber domain[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2019, 57(6): 3436–3449. doi: 10.1109/TGRS.2018.2884830
    [7] ZHAO Lifan, WANG Lu, BI Guoan, et al. An autofocus technique for high-resolution inverse synthetic aperture radar imagery[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2014, 52(10): 6392–6403. doi: 10.1109/TGRS.2013.2296497
    [8] VEHMAS R, JYLHÄ J, VÄILÄ M, et al. Data-driven motion compensation techniques for noncooperative ISAR imaging[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2018, 54(1): 295–314. doi: 10.1109/TAES.2017.2756518
    [9] ZHU Daiyin, YE Shaohua, and ZHU Zhaoda. Polar format agorithm using chirp scaling for spotlight SAR image formation[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2008, 44(4): 1433–1448. doi: 10.1109/TAES.2008.4667720
    [10] MARTORELLA M, GIUSTI E, BERIZZI F, et al. ISAR based techniques for refocusing non-cooperative targets in SAR images[J]. IET Radar, Sonar & Navigation, 2012, 6(5): 332–340. doi: 10.1049/iet-rsn.2011.0310
    [11] ZHU Daiyin, WANG Ling, YU Yusheng, et al. Robust ISAR range alignment via minimizing the entropy of the average range profile[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2009, 6(2): 204–208. doi: 10.1109/LGRS.2008.2010562
    [12] 俞翔, 朱岱寅. 一种改进型全局最小熵ISAR距离对准算法[J]. 数据采集与处理, 2012, 27(5): 535–540. doi: 10.3969/j.issn.1004-9037.2012.05.003

    YU Xiang and ZHU Daiyin. Improved global minimum entropy range alignment algorithm for ISAR[J]. Journal of Data Acquisition &Processing, 2012, 27(5): 535–540. doi: 10.3969/j.issn.1004-9037.2012.05.003
    [13] ZHU Daiyin, JIANG Rui, MAO Xinhua, et al. Multi-subaperture PGA for SAR autofocusing[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2013, 49(1): 468–488. doi: 10.1109/taes.2013.6404115
    [14] 郭江哲, 朱岱寅, 毛新华. 一种SAR两维自聚焦算法的FPGA实现[J]. 雷达学报, 2016, 5(4): 444–452. doi: 10.12000/JR15092

    GUO Jiangzhe, ZHU Daiyin, and MAO Xinhua. FPGA implementation of a SAR two-dimensional autofocus approach[J]. Journal of Radars, 2016, 5(4): 444–452. doi: 10.12000/JR15092
  • 加载中
图(10) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  4178
  • HTML全文浏览量:  1913
  • PDF下载量:  552
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-28
  • 修回日期:  2019-12-24
  • 网络出版日期:  2019-12-01

目录

    /

    返回文章
    返回