文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.233949
引用格式： 姚森，李和平，白浩琦. 基于TX2的微型SAR實(shí)時(shí)成像信號(hào)處理技術(shù)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(11)：160-164.
【引言】
合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR）憑借其全天時(shí)、全天候、穿透能力強(qiáng)和探測(cè)距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，在災(zāi)害監(jiān)測(cè)、民用勘探、應(yīng)急救援等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。相比傳統(tǒng)的機(jī)載SAR，微型合成孔徑雷達(dá)（Miniature Synthetic Aperture Radar，Mini-SAR）使用無(wú)人機(jī)平臺(tái)，這使其整體體積遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)機(jī)載SAR，因此它具有使用更加靈活、成本更低的優(yōu)點(diǎn)，是一種高效的信息獲取平臺(tái)[1-2]。Mini-SAR技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)階段雷達(dá)研究的熱點(diǎn)之一。
微型SAR的數(shù)據(jù)處理主要分為兩類：一類是離線處理，即將微型SAR只采集數(shù)據(jù)而不作處理，將采集的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到硬盤(pán)中[3-5]，待采集結(jié)束后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這種方式在生成圖像過(guò)程中不考慮體積、功耗、時(shí)間等問(wèn)題，可以采用高性能處理器進(jìn)行批量處理，處理速度較快。但是這種處理方式不能實(shí)時(shí)查看雷達(dá)成像結(jié)果，如果雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)故障，容易造成回波數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，而這種錯(cuò)誤不能立即被發(fā)現(xiàn)。另一類處理方式是實(shí)時(shí)處理，雷達(dá)回波數(shù)據(jù)不僅儲(chǔ)存在硬盤(pán)中，還通過(guò)實(shí)時(shí)成像處理器實(shí)時(shí)處理回波數(shù)據(jù)，并將處理后的圖像通過(guò)Wi-Fi或者無(wú)線鏈路傳輸?shù)降孛嬲尽Ｎ墨I(xiàn)[6]最早設(shè)計(jì)了適用于無(wú)人駕駛飛行器（Unmanned Aerial Vehicle，UAV）的SAR實(shí)時(shí)成像處理板卡，該板卡使用現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）和數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processor，DSP）實(shí)現(xiàn)，使用波數(shù)域算法（Wavenumber Domain Algorithm, WKA）處理SAR圖像數(shù)據(jù)，峰值功耗為15 W。文獻(xiàn)[7]使用FPGA和DSP設(shè)計(jì)了重量為700 g、功耗小于16 W的微型SAR實(shí)時(shí)成像與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)生成800 m測(cè)繪帶范圍的圖像。文獻(xiàn)[8-9]使用Xilinx V7 FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了SAR實(shí)時(shí)成像處理系統(tǒng)，處理8k×4k采樣點(diǎn)的圖像數(shù)據(jù)需要5.1 s。文獻(xiàn)[10]使用Jetson TK1設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)成像處理器，處理4k×4k點(diǎn)的SAR圖像數(shù)據(jù)需要3 104.84 ms。文獻(xiàn)[11]使用NVIDIA Jetson TX2設(shè)計(jì)了實(shí)時(shí)成像SAR處理器，通過(guò)該處理器可以獲得10 m分辨率的SAR圖像。文獻(xiàn)[12]設(shè)計(jì)了基于FWCM的低成本微型SAR，使用NVIDIA Jetson Nano生成場(chǎng)景大小為120 m×100 m的SAR圖像，并通過(guò)5 GHz Wi-Fi鏈路將圖片傳送到地面站。
本文基于NVIDIA Jetson TX2設(shè)計(jì)了用于微型SAR的實(shí)時(shí)成像處理器。本文首先分析了無(wú)人機(jī)平臺(tái)對(duì)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(shí)現(xiàn)，最后給出了試驗(yàn)結(jié)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(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院， 北京100190；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 電子電氣與通信工程學(xué)院，北京 100049）