基于FPGA的SAR图像Lee滤波器算法实现.pdf

在现代军事技术中，合成孔径雷达（SAR）图像的快速处理对于导弹末制导系统至关重要，而图像处理速度直接影响到导弹的打击精度和响应速度。SAR图像通常包含有相干斑噪声，这会降低图像质量，并影响到后续的图像识别和匹配过程。针对这一问题，Lee滤波器算法被广泛应用于去除相干斑噪声，然而在软件实现时，处理时间较长，无法满足实际应用的需求。为此，本文研究了如何利用FPGA（现场可编程门阵列）硬件技术来加速Lee滤波器算法的实现，从而大幅度提升了运算速度，为导弹末制导系统提供了有效的技术支持。 FPGA是一种可以通过编程来配置硬件逻辑的半导体设备，其特点是可重复编程，具有并行处理能力和较短的处理延迟。与传统的微处理器相比，FPGA在处理特定算法时可以实现更高的效率。在本研究中，FPGA被用来实现Lee滤波算法，重点优化了算法中计算量较大的开方运算和指数运算，提出了高效的算法模型，大幅度减少了迭代周期和时钟周期，最终将Lee滤波器算法的运算时间缩短到了软件算法的1/4。这使得Lee滤波器算法能够实时地应用于导弹末制导系统，显著提高了导弹的末段制导精度。 在SAR图像处理领域，去除相干斑是提高图像质量的关键步骤。相干斑噪声主要来源于SAR系统的工作原理，它会造成图像中出现看似随机的明亮和暗淡区域，严重时可以导致目标信息被噪声淹没。Lee滤波算法通过局部平均和变分法的组合，以保留图像边缘信息的同时，减少斑点噪声的影响，从而得到更为清晰的图像。然而，传统的软件实现方式下，算法中的开方和指数计算较为复杂，耗时较多，不利于实际应用。 利用FPGA硬件实现Lee滤波器算法，可以充分发挥FPGA的并行处理能力和可编程性。在硬件设计上，可以通过设计专门的硬件电路来完成开方和指数计算，以及其它相关算法的并行处理。硬件算法模型的建立需要深入理解原有软件算法的数学原理和计算过程，将其转化为可以在FPGA硬件上实现的逻辑结构。 FPGA实现方案的关键在于：优化开方运算。在FPGA上可以通过迭代算法实现开方运算，由于FPGA内部可以并行处理多个操作，因此可以设计多个迭代周期同时进行的硬件电路，以缩短整体的计算时间。优化指数运算。指数运算通常通过查找表（LUT）或者多项式逼近法实现，这些方法同样可以在FPGA上实现硬件加速。 FPGA实现Lee滤波器算法的研究不仅为SAR图像处理提供了新的技术途径，而且具有重要的实际应用价值。研究结果表明，FPGA实现的Lee滤波器算法具有高度的实时性和稳定性，能够满足导弹末制导系统对图像处理速度的严格要求。此外，本文提出的硬件化实现思路和设计方法同样适用于红外图像等其他图像预处理算法，具有广泛的应用前景和推广价值。 本研究对于宇航智能控制技术国防科技重点实验室和北京航天自动控制研究所等相关研究单位具有一定的参考和指导意义。它不仅展示了FPGA在图像处理领域应用的优势，也为图像处理算法的硬件化技术发展提供了新的思路和方法。未来，随着FPGA技术的进一步发展，硬件化算法的实现将更加高效，有助于推动导弹末端制导技术的不断进步。