Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Shahraki dehsokhteh,Shahabedin Rahmanian
علی شهرکی ده سوخته (استاد مشاور) شهاب الدین رحمانیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hadi Kafiri
هادی کفیری

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391

TITLE

Fixed-Point Hardware Implementation of the Image Formation Algorithm in Synthetic Aperture Radar
: Today, synthetic aperture radars have wide applications in aerial photography and ground surface monitoring. One of the main challenges in implementation of these radars is signal domain mapping (raw data) to the image domain. Several algorithms have been provided for image formation in synthetic aperture radars that are different in terms of efficiency and computational complexity. These algorithms can be implemented in software and hardware. However, due to the relatively large amount of processing in real-time applications, the hardware implementation must be used.Hardware implementation is executable in floating-point and fixed-point methods. Fixed-point implementation has less hardware resources, more speed and low power consumption. The most important subject on the fixed-point implementation is the selection of an appropriate word length for signals to have an accurate calculation. By calculating and applying the optimal word length for signals and algorithm calculations, we can have an acceptable image quality, reduce hardware resources required and increase processing speed. In this thesis, RDA algorithm which is the most popular and efficient image formation algorithm is used and the optimal word length for its hardware implementation is determined. For this purpose, RDA algorithm is first simulated as floating-point by MATLAB software and by using raw data of ERS-2 satellite radar. Then, by generating the fixed-point model of algorithm functions such as the fast Fourier transform function and using fixed-point signals, the fixed-point model of the algorithm is extracted. In the next step, the fixed-point model is simulated with different word lengths and by comparing its output with the floating-point image by the help of an universal image quality index , the minimum word length required can be obtained to achieve an image quality close to the floating point image. Then, in order to study the implementation effects of fixed-point more accurately, estimate the required hardware resources and working frequency, the hardware model of the system is generated by the use of system generator tools of Xilinx Inc. in the Simulink environment. Finally, the results of the simulation and analysis for implementation on a FPGA of Virtex-5 family are presented. Keywords: Synthetic Aperture Radar, Hardware Implementation, Fixed-Point model, System Generator
امروزه رادارهای روزنه مصنوعی کاربردهای وسیعی در عکس‌برداری هوایی و دیده‌بانی سطح زمین دارند. یکی از چالش‌های پیش رو در پیاده‌سازیاین رادارها نگاشت فضای سیگنال (دیتای خام) به فضای تصویر است. الگوریتم‌های مختلفی برای تشکیل تصویر در رادارهای روزنه مصنوعی ارائه شده است که از نظر کارایی و پیچیدگی محاسبات با هم تفاوت دارند. پیاده‌سازی این الگوریتم‌ها به صورت نرم‌افزاری و سخت‌افزاری قابل انجام است که با توجه به حجم نسبتاً زیاد پردازش‌های لازم در کاربردهای بلادرنگ باید از پیاده‌سازی سخت‌افزاری استفاده نمود. پیاده‌سازی سخت‌افزاری به دو صورت ممیز شناور و ممیز ثابت قابل اجرا است که پیاده‌سازی ممیز ثابت منابع سخت‌افزاری کمتر، سرعت بیشتر و توان مصرفی کمتری دارد. مهم‌ترین بحث در پیاده‌سازی ممیز ثابت انتخاب طول کلمه مناسب برای سیگنال‌ها است تا محاسبات دارای دقت کافی باشد. با محاسبه و استفاده از طول کلمه بهینه برای سیگنال‌ها و محاسبات الگوریتم، می‌توان در عین داشتن کیفیت تصویر قابل قبول، منابع سخت‌افزاری مورد نیاز را کاهش و سرعت پردازش را افزایش داد. در این پایان‌نامه از الگوریتم تشکیل تصویر RDA که از رایج‌ترین و کارآمدترین الگوریتم‌های تشکیل تصویر است، استفاده می‌شود و طول کلمه مناسب برای پیاده‌سازی سخت‌افزاری آن محاسبه می‌شود. برای این منظور ابتدا الگوریتم RDA به صورت ممیز شناور و با استفاده از دیتای خام رادار ماهواره ERS-2 توسط نرم‌افزار متلب شبیه‌سازی می‌شود. سپس با ایجاد مدل ممیز ثابت توابع الگوریتم مانند تابع تبدیل فوریه سریع و استفاده از سیگنال‌های ممیز ثابت، مدل ممیز ثابت الگوریتم استخراج می‌شود. در مرحله بعد مدل ممیز ثابت با طول کلمه‌های مختلف شبیه‌سازی شده و با مقایسه خروجی آن با تصویر ممیز شناور به کمک یک شاخص جامع کیفیت تصویر، کمترین طول کلمه لازم برای دستیابی به کیفیتی نزدیک به تصویر ممیز شناور به دست می‌آید. در ادامه جهت بررسی دقیق‌تر اثرات پیاده‌سازی ممیز ثابت و نیز تخمین منابع سخت‌افزاری مورد نیاز و فرکانس کاری، مدل سخت‌افزاری سیستم با استفاده از ابزار سیستم ژنراتورشرکت Xilinxدر محیط نرم‌افزار سیمولینک ایجاد شده و نتایج حاصل از شبیه‌سازی و آنالیز آن برای پیاده‌سازی روی یک FPGA از خانواده Virtex-5 ارائه می‌شود. کلمات کلیدی: رادار روزنه مصنوعی، پیاده‌سازیسخت‌افزاری، مدل ممیز ثابت، سیستم ژنراتور.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی