【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(yōu)點，在災害監(jiān)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(tǒng)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(tǒng)機載SAR，因此它具有使用更加靈活、成本更低的優(yōu)點，是一種高效的信息獲取平臺[1-2]。Mini-SAR技術已經(jīng)成為現(xiàn)階段雷達研究的熱點之一。

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)儲存到硬盤中[3-5]，待采集結(jié)束后將數(shù)據(jù)導入到電腦進行數(shù)據(jù)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(jié)果，如果雷達系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)故障，容易造成回波數(shù)據(jù)錯誤，而這種錯誤不能立即被發(fā)現(xiàn)。另一類處理方式是實時處理，雷達回波數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，并將處理后的圖像通過Wi-Fi或者無線鏈路傳輸?shù)降孛嬲尽Ｎ墨I[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(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）和數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）實現(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[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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r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(xiàn)了SAR實時成像處理系統(tǒng)，處理8k×4k采樣點的圖像數(shù)據(jù)需要5.1 s。文獻[10]使用Jetson TK1設計實現(xiàn)了實時成像處理器，處理4k×4k點的SAR圖像數(shù)據(jù)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(xiàn)，最后給出了試驗結(jié)果。

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【作者信息】

姚森1，2，李和平1，白浩琦1，2

（1.中國科學院空天信息創(chuàng)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）