基于FPGA和QDR的SAR雷达信号实时预处理的实现.pdf

SAR（合成孔径雷达）技术作为遥感技术的重要组成部分，在军事和民用领域都拥有广泛的应用。SAR雷达系统对数据处理能力有着极高的要求，尤其在实时成像中，需要在尽可能短的时间内对采集到的原始雷达信号进行预处理，以降低数据率并确保成像质量。本文详细介绍了如何利用FPGA（现场可编程门阵列）和QDR（Quad Data Rate，四倍数据率）存储器实现SAR雷达信号的实时预处理。 FPGA是一种基于硬件描述语言（如VHDL或Verilog）编程的集成电路，其优点在于可重构性和并行处理能力，非常适合用于实现高性能的数字信号处理。在SAR雷达信号预处理中，FPGA可以用来实现方位FIR（有限脉冲响应）滤波器。FIR滤波器因其稳定性和良好的线性相位特性，在预处理中扮演着重要的角色，能够有效防止混叠干扰，并保留回波信号的相位信息。 QDR是一种高性能的大容量SRAM（静态随机存取存储器），具有四倍于传统同步存储器的数据传输速率。在本文中，QDR被用作FPGA的外挂存储器，用于在预处理过程中快速存取回波数据和存储滤波后的数据。利用QDR的高速数据吞吐能力，可以大幅缩短方位滤波回波数据的缓存和取用时间，从而提高预处理方位FIR滤波器的通过率和系统整体性能。 在FIR滤波器的设计中，重要的是确保滤波器的系数满足线性相位的要求。线性相位FIR滤波器的两个基本幅度条件是：系数偶对称（h(n)=h(N-1-n)）和系数奇对称（h(n)=-h(N-1-n)）。在实际应用中，FIR滤波器的系数一般通过特定的窗函数设计获得，比如本文提到的汉宁窗。此外，由于FPGA只能处理定点数值，因此需要将从Matlab计算出的浮点系数转换为定点数，并确保计算精度，避免溢出问题。 为了优化FIR滤波器的性能，可以对滤波器的表达式进行直接优化，减少逻辑资源的占用，并提高运行速度。这通常涉及对FIR滤波器系数的中心对称特性的利用，通过特定的算法减少所需的乘法操作数量，达到优化处理的目的。 在系统设计和实现过程中，本文讨论了FPGA结合QDR存储器来实现SAR预处理器的设计过程，包括利用QDR进行方位数据存取的具体方法，并给出了系统设计步骤和实现细节。由于FPGA具备动态可重配置的特性，这意味着设计可以灵活地调整以适应不同的信号处理需求。 基于FPGA和QDR的SAR雷达信号实时预处理的实现，能够有效解决数据过采样和实时处理的矛盾，为系统提供了高性能的硬件支持。FPGA在数据并行处理和高速运算上的优势，配合QDR存储器的高速数据吞吐能力，能够确保在实时成像系统中满足数据处理和存储需求，是当前及未来SAR系统设计中不可或缺的重要技术。