基于ADSP-TS201S的实时ISAR成像技术研究与实现

论文摘要

逆合成孔径雷达（ISAR）是一种高分辨率成像雷达,可以在作用距离很远的情况下获得高分辨的目标二维图像,为全天候,全天时的远距离目标识别提供了重要手段。随着现代科学技术的发展和军事斗争准备的迫切要求,实时ISAR成像系统成为各国研究的热点。本文重点研究实时ISAR成像算法;根据多DSP并行算法的设计过程,基于由六片ADSP-TS201S组成的硬件平台,设计了实时ISAR成像软件;并针对提高实时性的目的,研究并实现了三个层次的并行处理技术及四种实时性改进措施。本文首先对并行处理技术的相关理论进行了说明,分析影响并行处理机性能的三个因素:处理单元、互连结构、算法和任务分配方法。之后重点研究了实时ISAR成像算法。针对传统距离对准算法存在的两个问题,研究能减小对准误差的基于指数加权的全局互相关法和能提高对准精度的三种方法:插值和抽取、多项式拟合、在亚距离单元进行遍历搜索;基于实测数据,根据图像熵、图像对比度和实时性三方面指标,综合对比各种距离对准算法;分别研究了四种相位补偿算法,综合比较四种相位补偿算法的实时性和成像质量。根据不同算法的性能,分析选取实时ISAR成像的距离对准和相位补偿算法。在完成需求分析,任务划分、任务分配和通信设计之后,基于硬件平台,设计实时ISAR成像软件。在程序任务级、指令间、指令内三个层次对软件进行并行处理;设计并实现滑窗、矩阵转置、互相关快速算法和流水线拓展四种实时性改进措施,并提出同时实现滑窗和矩阵转置的方法,最终实现了强实时性的ISAR成像。根据实际需求,设计并实现了EPROM引导和LINK口引导相混合的六片DSP的自启动。基于实测数据,本文总结了各种距离对准算法和相位补偿算法的特点及适用场合,可以作为其他雷达系统进行算法设计和选取的参考;实时成像软件的核心部分具有良好的可移植性,所提出和采取的实时性改进方法具有很好的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作与结构安排
• 第二章 多DSP 并行处理基础
• 2.1 引言
• 2.2 DSP 芯片介绍及选取
• 2.2.1 DSP 芯片介绍
• 2.2.2 DSP 芯片选取
• 2.3 软件开发环境
• 2.4 多DSP 并行处理技术
• 2.4.1 并行处理技术基础
• 2.4.2 加速比性能定理
• 2.4.3 影响并行处理机性能的因素
• 2.5 本章小结
• 第三章 实时ISAR 成像算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 ISAR 成像原理
• 3.2.1 ISAR 成像基本原理
• 3.2.2 运动补偿原理
• 3.3.3 成像质量评价函数
• 3.3 距离对准算法
• 3.3.1 相邻互相关法
• 3.3.2 最小熵法
• 3.3.3 改进的距离对准算法
• 3.4 相位补偿算法
• 3.4.1 常用相位补偿算法
• 3.4.2 不同相位补偿算法的综合比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 实时ISAR 成像技术及工程实现
• 4.1 引言
• 4.2 三个层次的并行处理技术
• 4.2.1 程序任务级并行
• 4.2.2 指令间并行
• 4.2.3 指令内并行
• 4.3 实时ISAR 成像硬件平台
• 4.4 软件设计
• 4.4.1 需求分析
• 4.4.2 任务划分与分配
• 4.4.3 软件编程
• 4.4.4 三个层次并行处理技术的实现
• 4.4.5 软件的实时性改进
• 4.5 实时ISAR 成像结果
• 4.6 多DSP 的自启动设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果