基于FPGA和DSP的实时微波关联成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于FPGA和DSP的实时微波关联成像装置及方法，最主要解决现有技术中关联成像算法耗时较长，无法实时成像，缺乏完整成像装置的问题。其装置包括天线控制模块、DSP模块、A/D模块、FPGA模块、PC显示器模块。其步骤包括：(1)产生并发送随机相位编码信息；(2)产生随机涨落的天线辐射场；(3)采集数据；(4)预处理并发送回波数据；(5)获取微波关联超分辨图像；(6)PC显示器模块显示微波关联超分辨图像。本发明专利技术充分利用FPGA和DSP各自的架构特点，发挥多核DSP的并行执行的优势和处理速度，在很好地满足实时性的前提下，同时保证较高的精确度。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA和DSP的实时微波关联成像装置及方法
本专利技术属于雷达通信
，更进一步涉及雷达成像
中的一种基于现场可编程门阵列FPGA(Field-ProgrammableGateArray)和数字信号处理器DSP(DigitalSignalProcessing)的实时微波关联成像装置及方法。本专利技术可用于前视或凝视场景下，对雷达回波数据进行实时成像处理，获得雷达关联成像超分辨图像。
技术介绍
微波关联成像技术是结合了微波实孔径成像技术和量子成像理论而产生的改进的成像理论。微波关联成像是通过构造时空两维随机变化的辐射场与目标相互作用，通过接收的散射回波与辐射场作关联处理，从而实现观测区域内目标的高分辨雷达成像。同时微波关联成像不依赖于目标物体与雷达之间的相对运动而产生的多普勒效应，可以在前视或凝视场景下完成超分辨图像，有效突破了瑞利实孔径分辨极限。进行作为一种新的高分辨雷达成像技术，在成像机理和实验系统研制等方面已取得显著进展。西安电子科技大学在其提出的专利申请文献“一种基于相控阵雷达的三维关联成像方法”(申请日：2014.08.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA和DSP的实时微波关联成像装置，包括天线控制模块、A/D模块、PC显示器模块，其特征在于，还包括FPGA模块、DSP模块；其中：/n所述天线控制模块，用于按照接收到的随机相位编码信息控制相控阵天线；/n所述A/D模块用于实时采集接收天线接收到的回波信号；/n所述FPGA模块，用于对A/D采集到的回波信号进行数字下变频的预处理，将基带回波信号发送至DSP模块的同时向DSP模块发送一个中断信息；/n所述DSP模块，用于对接收的基带回波信号依次进行脉冲压缩、走动校正，计算相控阵天线的等效方向图、通过等效方向图对走动校正后的回波数据采用正交匹配跟踪算法进行关联优化求解、将超分辨图像...

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA和DSP的实时微波关联成像装置，包括天线控制模块、A/D模块、PC显示器模块，其特征在于，还包括FPGA模块、DSP模块；其中：
所述天线控制模块，用于按照接收到的随机相位编码信息控制相控阵天线；
所述A/D模块用于实时采集接收天线接收到的回波信号；
所述FPGA模块，用于对A/D采集到的回波信号进行数字下变频的预处理，将基带回波信号发送至DSP模块的同时向DSP模块发送一个中断信息；
所述DSP模块，用于对接收的基带回波信号依次进行脉冲压缩、走动校正，计算相控阵天线的等效方向图、通过等效方向图对走动校正后的回波数据采用正交匹配跟踪算法进行关联优化求解、将超分辨图像数据传送至PC显示器模块；
所述PC显示器模块，用于显示微波关联超分辨图像。


2.根据权利要求1所述装置的一种基于FPGA和DSP的实时微波关联成像方法，其特征在于，采用正交匹配跟踪算法进行关联优化求解，该方法的步骤包括以下：
步骤1，产生并发送随机相位编码信息：
DSP模块产生随机相位编码信息，并将此信息通过串行高速接口发送至FPGA模块，FPGA模块将接收到的随机相位编码信息通过同步串口发送至天线控制模块，该随机相位编码信息主要包括相控阵发射天线相位和相控阵接收天线相位；
步骤2，产生随机涨落的天线辐射场：
天线控制模块按照接收到的随机相位编码信息控制相控阵天线，其中发射相位信息控制相控阵发射天线产生随机涨落的天线辐射场，接收相位信息控制相控阵接收天线阵接收回波；
步骤3，采集数据：
A/D输入模块实时采集接收天线接收到的回波信号；
步骤4，预处理并发送回波数据：
FPGA模块对A/D模块采集到的回波信号进行数字下变频的预处理，得到基带回波信号,通过串行高速接口将基带回波信号发送至DSP模块的同时向DSP模块发送一个中断信息以通知DSP模块接收数据；
步骤5，获取微波关联超分辨图像：
第一步，DSP模块对接收的基带回波信号依次进行脉冲压缩、走动校正；
第二步，相控阵天线阵面划分为M×N个子阵，每个子阵大小K×L，按照下式，计算相控阵天线子阵方向图因子：



其中，Fsub(θ,β；t)表示相控阵天线子阵的方位角θ、相控阵天线子阵俯仰角β在t时刻的相控阵天线子阵方向图因子，K、L分别表示相控阵天线阵面子阵在X方向、Y方向阵元的总数，∑表示求和操作，exp表示以自然常数e为底的指数操作，j表示虚数符号，k0表示空间自由波数，其中k0＝2π/λ，λ表示相控阵天线的工作波长，dx表示相控阵天线子阵阵元在X方向上相邻阵元的间距，sin表示正弦操作，cos表示余弦操作，θ0、β0分别表示Fsub(θ,β；t)方位角θ、俯仰角β在t时刻的极值点，dy表示相控阵天线子阵阵元在Y方向相邻阵元的间距；
第三步，按照下式，计算相控阵天线阵列综合方向图因子：



其中，Fsyn(θ,β；t)表示相控阵天线子阵的方位角θ、相控阵天线子阵的俯仰角β在t时刻的相控阵天线阵列综合方向图因子，M、N表示相控阵天线阵面在X方向、Y方向子阵的总数，Δφm,n(t)表示相控阵天线子阵间额外叠加的随机相位，该随机相位是由步骤1产生的随机相位编码信息；
第四步，按照下式，DSP模块计算相控阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚超，王健，张浩，黄平平，阮峰，全英汇，吕金虎，胡浩，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61