微型合成孔径雷达成像信号处理技术

范文娜

摘  要：我国科学技术手段在不断的更新和优化的过程中，并且已经处于发展较为成熟的阶段，电子技术和信号处理技术也逐渐随之发展起来，微型合成孔径雷达的应用也越来越广泛，其性能和技术质量也在不断的实践和运用中得到提高。目前SAR系统已经超越时空的限制，应用更加灵活方便，且资源消耗较少，是图像处理领域的重点技术。为此本文也提出微型合成孔径雷达成像信号处理技术，对成像信号处理技术进行深入分析和研究，得出的结论以供参考。

1 合成孔径雷达的原理

合成孔径雷达（SAR）是依靠平台的运动才能实现距离测量以及二维成像的。二维坐标信息指的是垂直方向的距离和方位信息。方位分辨率随着波束宽度变大而变大，随着天线尺寸变大而变小。与光学透镜成因相似，雷达也是需要较大的天线和孔径才能确保设备在低频的状态下形成较为清晰的图像。但是在实际的运用中由于飞机航迹不标准，变化较大，则形成的图像就会变得焦散。

SAR能够通过小天线根据长线阵的运动轨迹进行移动，在整个移动的过程中，SAR系统就会发出一定频率的辐射，进而形成信号，然后通过相干处理对不同位置的回波进行相应的处理，形成高分辨率的雷达图像。SAR系统成像受到脉冲宽度和持续时间有正比关系。

1 关键技术分析

1.1 PFA粗聚焦成像技术

MiniSAR成像算法属于微型SAR对信号处理的技术，该算法在高分辨率图像中能够显示出高精度的成像水平，并且在无人机载体中，这个算法能够自动为平台提供非共面运动的技术支撑。此外该算法还包含海量的回波数据量，算法简单，实现起来非常简单。与传统的算法相比，无论是效率还是精度方面，都有很大的提高，还能更好地满足高分辨率成像需求。为了使得MiniSAR成像系统的效率、质量和精度得到进一步的替身，采用粗聚焦的方式处理成像信号时，还可以通过PFA算法优化和补偿成像信号，这样就能使得平台轨迹更符合成像的要求，并且也能彰显该算法的优势。同时基于PFA算法的MiniSAR成像处理技术还能根据极坐标转换的二维尺度特性优化和更新自身的成像效率及精度，避免出现相位差的问题。为了对动目标成像产生的模糊现象影响MiniSAR成像，可以采用SAR信号处理技术进行处理。

1.2 ROI动目标重聚焦技术

MiniSAR的飞行轨迹较为复杂，对于地面运动的目标进行捕获图像时就会加大技术难度，为了缓解这一问题，技术人员要通过ISAR距离对准算法对动态目标数据进行重新聚焦，并且对成像进行处理。这样的操作才能满足全局准则，经过迭代和优化的性能指标，会有效缓解运动目标成像过程中的突然跳动以及漂移的问题。此外为了能够充分彰显MiniSAR重新聚焦的优势，还需要对平均距离像熵值进行计算，经过大量实验和实践运用总结得出全局最小熵的算法，这样才能确保MiniSAR的对准精度及聚焦质量。

1.3 PGA-MD精聚焦

在高分辨率的条件下，MiniSAR运动测量单元获取的位置信息其精读较差，无法满足相干性的要求，并且由于传播介质的分布问题也会造成回波延迟性误差的问题发生。微型运动平还会受到空气流速的影响使得轨迹更加偏远，进而影响聚焦智联。故MiniSAR精聚焦及时可以利用多子孔径PGA-MD进行自主聚焦，缓解聚焦过程中的问题。不同距离单元之间的多普勒频率可以通过PGA进行消除，这个过程还需要引入未知线性相位。对于MiniSAR高分辨率的图像精处理而言，算法可以通过相邻子图像估计相位误差，具体优势为：

（1）MiniSAR相邻子孔径信号之间的相关性最佳，并且估计精度最高;

（2）子图像的减少有利于减低维数和计算量，这样就能有效提升相位补偿效率。

通过上述分析，MiniSAR成像信号处理能够总结出一个流程，其中包含了PFA粗聚焦、ROI动目标重聚焦和PGA-MD精聚焦。

2 系统设计与实现

基于FPGA架构的MiniSAR成像系统如下图所示，具体分为数据传输子模块、成像处理算法模块几大模块，能够实现在FPGA开发板和上位机之间的信息传递，还能对相应的数据成像进行校正处理，转置二维数据，高速读写连续地址。具体设计和功能如下：

2.1数据传输模块

这一模块具体是通过以太网实现信息传递的通信技术，利用UDP/IP协议对网络层和协议称进行控制和管理。在处理实测数据时，上位机不会直接采用以太网传输MiniSAR参数和回波数据，而是将这些有价值的数据读写入DDR3SDRAM，这样才能使得最终处理结果完全显示出来。

2.2成像处理算法模块

该模块分为三个部分，每一个部分都有很多子模块。在实际运用的过程中不同模块的功能和实现方式也有一定的差异。PFA粗聚焦模块功能的实现是通过在DDR3中写入回波数据，然后将基本参数上传至参数计算模块中，利用高精度浮点精确计算位置信息和具体参数，采用PCS处理及时对数据进行科学正确处理，最终将其转置，读写如DDR中。

为了能够使得整个系统的运算速度得到提升，节约资源消耗，可以通过时分复用相同的FFT模块，对FFT模块的ip核例化。同时对样本边界判断时，可以采用标识信号实现，尽量使得处理统一化，这样才能提升功能和价值。自聚焦模块的功能就是利用PFA极坐标格式将数据进行转置，在DDR3中将转置数据存储好，利用PGA-MD估计全孔径相位差。采用降分辨率的方式对这些经过转置的数据进行处理，最后设置各个模块的聚焦参数，重启模块。这样就能高效实现对这条脉冲的几何失真校正。

结语：

在的MiniSAR成像系统的运用过程中要想提升技术水平，实现高效精准地图像处理，不单单需要设计处理方案、合理规划算法和技术等，还需要以FPGA架构为基础，对数据传输过程中的各个模块进行合理布置和设计，这样才能有效提升成像处理技术的质量，满足实际情况，达到标准化要求。

参考文献

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