穿墻成像雷達(dá)數(shù)字處理技術(shù)研究.pdf

1、穿墻成像雷達(dá)(Through-Wall Imaging Radar, TWIR)能夠穿透非金屬墻壁等障礙物，對墻后目標(biāo)進(jìn)行成像、檢測、識別和跟蹤，在軍事（反恐、探雷、墻內(nèi)目標(biāo)探測）、民用（安防、災(zāi)后生命救援）方面均有十分廣泛的應(yīng)用。數(shù)字處理機(jī)子系統(tǒng)作為穿墻成像雷達(dá)的核心模塊之一，直接影響著整個(gè)穿墻成像雷達(dá)的性能與效率。隨著穿墻成像雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展與用戶對系統(tǒng)實(shí)時(shí)性需求的不斷提高，數(shù)字處理機(jī)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，數(shù)據(jù)吞吐量與處理所需運(yùn)算

2、量的不斷增加使得傳統(tǒng)的數(shù)字處理方案面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的基于單核單片處理芯片的數(shù)字處理方案允許承載的運(yùn)算量小，處理速度慢，難以適應(yīng)穿墻成像雷達(dá)系統(tǒng)的快速發(fā)展。本文結(jié)合某型穿墻成像雷達(dá)的實(shí)際需求，利用高速 FPGA(Field Programmable Gate Array）與多核DSP（Digital Signal Processor）設(shè)計(jì)了一種新的處理機(jī)架構(gòu)，有效完成了收發(fā)系統(tǒng)控制、回波數(shù)據(jù)采集、高速串行接口以及多核DSP并行處理軟件的

3、設(shè)計(jì)，實(shí)測處理結(jié)果表明本文所提方法相對傳統(tǒng)穿墻成像雷達(dá)數(shù)字處理方法有較大的性能提升。本文的具體工作內(nèi)容如下：
　　1.針對某型穿墻成像雷達(dá)在數(shù)字處理過程中的算法運(yùn)算量和數(shù)據(jù)量的具體需求，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)字處理機(jī)系統(tǒng)方案，確定了處理機(jī)核心芯片的選型以及互聯(lián)結(jié)構(gòu)組成。
　　2.完成了以 FPGA為核心的采集控制模塊的設(shè)計(jì)，包括數(shù)據(jù)采集模塊的實(shí)現(xiàn)方式，收發(fā)系統(tǒng)的控制邏輯設(shè)計(jì)和高速串行接口的設(shè)計(jì)；并且針對步進(jìn)頻穿墻成像雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一

4、種新的步進(jìn)頻掃頻方法，可大幅度減小單幀信號掃描時(shí)長。
　　3.設(shè)計(jì)了穿墻成像雷達(dá)成像算法的多核并行處理方案，根據(jù)穿墻成像雷達(dá)成像處理流程中各階段數(shù)據(jù)量和處理時(shí)間對任務(wù)進(jìn)行了均衡分割與分配，以最大限度提高任務(wù)執(zhí)行效率和多核處理器的利用率。最后設(shè)計(jì)了一種核間通信機(jī)制，確保各內(nèi)核之間流暢的通信以及子任務(wù)的同步。
　　4.將設(shè)計(jì)的數(shù)字處理系統(tǒng)成功應(yīng)用于某型穿墻成像雷達(dá)系統(tǒng)，通過試驗(yàn)測試了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與成像性能，驗(yàn)證了所提步進(jìn)頻掃頻方