[發(fā)明專利]一種基于FPGA的W波段無(wú)人機(jī)合成孔徑雷達(dá)實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010568181.3
• 申請(qǐng)日: 2020-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN111679278B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王輝;鄭世超;曾朝陽(yáng);潘嘉祺;滑偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 八院云箭（北京）航天技術(shù)研究院有限公司;上海衛(wèi)星工程研究所
• 主分類號(hào): G01S13/90
• 分類號(hào): G01S13/90
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張輝

一種基于FPGA的W波段無(wú)人機(jī)合成孔徑雷達(dá)實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)，包括數(shù)字中頻接收機(jī)、二次電源模塊、無(wú)人機(jī)、穩(wěn)定平臺(tái)、無(wú)線通信模塊、上位機(jī)、W波段FMCW收發(fā)前端、X波段FMCW頻綜以及機(jī)載SAR天線子系統(tǒng)；數(shù)字中頻接收機(jī)用于轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)操作指令，接收數(shù)字中頻回波信號(hào)并進(jìn)行實(shí)時(shí)成像處理；二次電源模塊用于為系統(tǒng)各模塊供電；無(wú)人機(jī)負(fù)責(zé)搭載整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)；穩(wěn)定平臺(tái)保障飛行過(guò)程中天線指向穩(wěn)定不變；無(wú)線通信模塊用于上位機(jī)與雷達(dá)系統(tǒng)之間的通信；X波段FMCW頻綜提供線性調(diào)頻信號(hào)；W波段FMCW收發(fā)前端接收目標(biāo)回波信號(hào)，下變頻后提供給中頻接收機(jī)。本系統(tǒng)采用了新型的實(shí)時(shí)成像算法，提高了圖像質(zhì)量，算法靈活，運(yùn)算速度快，能夠滿足雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于FPGA的W波段無(wú)人機(jī)合成孔徑雷達(dá)實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)，屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

合成孔徑雷達(dá)技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，已經(jīng)趨于成熟。由于其具有全天候、全天時(shí)、遠(yuǎn)距離等特點(diǎn)，使之在航空、航天、國(guó)防等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。合成孔徑雷達(dá)信號(hào)處理算法復(fù)雜、運(yùn)算密集，要求雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)具備強(qiáng)大的處理能力和高速的數(shù)據(jù)傳輸性能。隨著SAR系統(tǒng)向多極化、高分辨率、實(shí)時(shí)成像化的發(fā)展，雷達(dá)接收的回波數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，成像時(shí)間越來(lái)越短，傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)解決方案不能滿足雷達(dá)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于FPGA的W波段無(wú)人機(jī)合成孔徑雷達(dá)實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種基于FPGA的W波段無(wú)人機(jī)合成孔徑雷達(dá)實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)，包括：數(shù)字中頻接收機(jī)、二次電源模塊、無(wú)人機(jī)、穩(wěn)定平臺(tái)、無(wú)線通信模塊、上位機(jī)、W波段FMCW收發(fā)前端、X波段FMCW頻綜以及機(jī)載SAR天線子系統(tǒng)，其中：

上位機(jī)：向無(wú)線通信模塊發(fā)送操作指令，接收無(wú)線通信模塊轉(zhuǎn)發(fā)的雷達(dá)實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)返回狀態(tài)；

無(wú)線通信模塊：將來(lái)自上位機(jī)的操作指令轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)字中頻接收機(jī)，并將雷達(dá)實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)當(dāng)前工作狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)給上位機(jī)；

數(shù)字中頻接收機(jī)：對(duì)上位機(jī)的操作指令進(jìn)行解析，得到天線指向角控制指令、脈沖重復(fù)周期、人工增益控制參數(shù)、讀/寫指令、USB控制指令；將天線指向角控制指令發(fā)送給穩(wěn)定平臺(tái)，將脈沖重復(fù)周期和人工增益控制參數(shù)發(fā)送給X波段FMCW頻綜；接收數(shù)字中頻回波信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)成像處理并存儲(chǔ)；

二次電源模塊：接收無(wú)人機(jī)電池的供電，對(duì)其進(jìn)行變壓處理后為數(shù)字中頻接收機(jī)、無(wú)線通信模塊、W波段FMCW收發(fā)前端和X波段FMCW頻綜供電；

無(wú)人機(jī)：利用自身攜帶的無(wú)人機(jī)電池為二次電源模塊以及穩(wěn)定平臺(tái)供電；

穩(wěn)定平臺(tái)：掛在無(wú)人機(jī)上，其上搭載數(shù)字中頻接收機(jī)、二次電源模塊、無(wú)線通信模塊、W波段FMCW收發(fā)前端、X波段FMCW頻綜以及機(jī)載SAR天線子系統(tǒng)，在雷達(dá)實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)工作過(guò)程中根據(jù)天線指向角控制指令控制天線指向與飛行方向夾角穩(wěn)定；

X波段FMCW頻綜：根據(jù)脈沖重復(fù)周期和人工增益控制參數(shù)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置，啟動(dòng)后生成線性調(diào)頻信號(hào)；

W波段FMCW收發(fā)前端：負(fù)責(zé)將X波段FMCW頻綜產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號(hào)通過(guò)機(jī)載SAR天線子系統(tǒng)發(fā)射出去，并通過(guò)機(jī)載SAR天線子系統(tǒng)接收目標(biāo)回波信號(hào)，下變頻后提供給數(shù)字中頻接收機(jī)；

機(jī)載SAR天線子系統(tǒng)：用于向自由空間發(fā)射高功率高定向性脈沖波束和接收目標(biāo)回波信號(hào)。

所述的數(shù)字中頻接收機(jī)包括處理及控制單元、存儲(chǔ)單元、采集單元、時(shí)鐘單元、接口單元以及電源單元；

處理及控制單元：負(fù)責(zé)系統(tǒng)時(shí)序及各類控制功能實(shí)現(xiàn)，完成成像算法的處理任務(wù)；

存儲(chǔ)單元：由多片NandFlash存儲(chǔ)顆粒組成的存儲(chǔ)陣列，為原始采集數(shù)據(jù)及成像處理后的圖像數(shù)據(jù)提供存儲(chǔ)空間；