【引言】

合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，SAR）憑借其全天時、全天候、穿透能力強和探測距離遠等優點，在災害監測、民用勘探、應急救援等多個領域得到了廣泛應用。相比傳統的機載SAR，微型合成孔徑雷達（Miniature Synthetic Aperture Radar，Mini-SAR）使用無人機平臺，這使其整體體積遠小于傳統機載SAR，因此它具有使用更加靈活、成本更低的優點，是一種高效的信息獲取平臺[1-2]。Mini-SAR技術已經成為現階段雷達研究的熱點之一。

微型SAR的數據處理主要分為兩類：一類是離線處理，即將微型SAR只采集數據而不作處理，將采集的數據儲存到硬盤中[3-5]，待采集結束后將數據導入到電腦進行數據處理，這種方式在生成圖像過程中不考慮體積、功耗、時間等問題，可以采用高性能處理器進行批量處理，處理速度較快。但是這種處理方式不能實時查看雷達成像結果，如果雷達系統運行過程中出現故障，容易造成回波數據錯誤，而這種錯誤不能立即被發現。另一類處理方式是實時處理，雷達回波數據不僅儲存在硬盤中，還通過實時成像處理器實時處理回波數據，并將處理后的圖像通過Wi-Fi或者無線鏈路傳輸到地面站。文獻[6]最早設計了適用于無人駕駛飛行器（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）的SAR實時成像處理板卡，該板卡使用現場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）和數字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）實現，使用波數域算法（Wavenumber Domain Algorithm, WKA）處理SAR圖像數據，峰值功耗為15 W。文獻[7]使用FPGA和DSP設計了重量為700 g、功耗小于16 W的微型SAR實時成像與數據采集系統，該系統能夠實時生成800 m測繪帶范圍的圖像。文獻[8-9]使用Xilinx V7 FPGA設計實現了SAR實時成像處理系統，處理8k×4k采樣點的圖像數據需要5.1 s。文獻[10]使用Jetson TK1設計實現了實時成像處理器，處理4k×4k點的SAR圖像數據需要3 104.84 ms。文獻[11]使用NVIDIA Jetson TX2設計了實時成像SAR處理器，通過該處理器可以獲得10 m分辨率的SAR圖像。文獻[12]設計了基于FWCM的低成本微型SAR，使用NVIDIA Jetson Nano生成場景大小為120 m×100 m的SAR圖像，并通過5 GHz Wi-Fi鏈路將圖片傳送到地面站。

本文基于NVIDIA Jetson TX2設計了用于微型SAR的實時成像處理器。本文首先分析了無人機平臺對于硬件選擇與算法選擇的要求，然后研究了成像算法在GPU中的實現，最后給出了試驗結果。

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【作者信息】

姚森1，2，李和平1，白浩琦1，2

（1.中國科學院空天信息創新研究院， 北京100190；2.中國科學院大學 電子電氣與通信工程學院，北京 100049）