基于fpga和多dsp的sar实时成像处理方法

基于fpga和多dsp的sar实时成像处理方法
【专利摘要】本发明属于雷达实时成像处理【技术领域】，特别涉及基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理方法。该处理方法包括以下步骤：利用FPGA芯片对回波数据进行预处理，得到子孔径数据；FPGA芯片将每个子孔径数据按顺序发送至第一DSP，并由其交替转发至第三、四、七DSP进行多普勒中心估计、距离徙动校正、多普勒调频率估计、运动参数估计，将处理后的数据经第一片DSP按顺序转发至第八DSP；第八DSP对每个子孔径数据沿距离向分成三块，分别发送至第二、五、六DSP进行运动参数拟合、相位补偿、方位脉压、多视处理，得到对应的分块图像数据；将分块图像数据回传至第八DSP进行图像量化、图像拼接处理，最终得到一幅SAR图像。
【专利说明】基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达实时成像处理【技术领域】，特别涉及基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理方法。
【背景技术】
[0002]合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)具有全天时、全天候、远距离和高分辨率成像等特点。合成孔径雷达的一个重要功能是成像，这已广泛应用于军事和民用领域。随着数字信号处理技术和合成孔径雷达成像算法的不断发展，对合成孔径雷达回波信号进行实时处理，并实现高分辨率的实时成像成为了研究的新热点。
[0003]DSP作为专门的微处理器，主要用于计算，优势是软件的灵活性，适用于条件进程，特别是复杂的多算法任务，DSP通过汇编或闻级语目(如C语目)进行编程，实时实现方案。因此，采用DSP器件的优势在于:软件更新速率快，极大的提高了系统的可靠性、通用性、可更新性和灵活性。
[0004]FPGA具有高度并行、流水处理、资源利用率高、灵活性强等特点，开发结构相对简单，功耗也较低，越来越多的单独应用到SAR成像系统中。
[0005]传统的SAR实时成像处理采用多片DSP并联技术，往往存在DSP资源分配不合理、DSP之间并行度不高、处理时间较长等缺点。随着技术的更新，不对传统的方法进行优化，将很难达到实时处理的要求。

【发明内容】

[0006]本发明的目的在于提出基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理方法。本发明不仅达到了实时成像处理的要求，而且还具有较高的精确度。
[0007]为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
[0008]基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理方法包括以下步骤:
[0009]S1:利用机载合成孔径雷达接收回波数据，将所述回波数据发送至FPGA芯片中，对所述回波数据依次进行距离向脉冲压缩处理、数字下变频处理，将经数字下变频处理后的数据沿方位向进行分块，得到多个子孔径数据；FPGA芯片将每个子孔径数据按顺序发送至第一 DSP芯片中；
[0010]S2:第一 DSP芯片按接收子孔径数据的顺序，将各个子孔径数据交替发送至第三DSP芯片、第四DSP芯片以及第七DSP芯片，第三DSP芯片、第四DSP芯片或第七DSP芯片根据接收到的子孔径数据，进行多普勒中心估计、距离徙动校正、多普勒调频率估计、运动参数估计；得出对应的子孔径处理后数据，然后将对应的子孔径处理后数据发送至第一 DSP
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心片；
[0011]S3:第一 DSP芯片按接收子孔径处理后数据的顺序，将子孔径处理后数据依次发送至第八DSP芯片；第八DSP芯片每接收到一个子孔径处理后数据，就对该子孔径处理后数据进行距离向分块处理，得到对应的三个距离向分块数据，第八DSP芯片将对应的距离向三个分块数据分别发送至第二 DSP芯片、第五DSP芯片、第六DSP芯片；第二 DSP芯片、第五DSP芯片或第六DSP芯片在接收到一幅SAR图像数据对应的所有距离向分块数据之后，进行运动参数拟合、相位补偿、方位向脉冲压缩处理、多视处理，得到对应的多个分块图像数据；第二 DSP芯片、第五DSP芯片或第六DSP芯片将所述对应的分块图像数据发送至第八DSP
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心片；
[0012]S4:第八DSP芯片实时对所述分块图像数据进行整幅图像量化、图像拼接处理，最终得到一幅SAR图像。
[0013]本发明的特点和进一步改进在于:
[0014]在步骤S2中，子孔径数据处理芯片根据接收到的子孔径数据进行多普勒中心估计，得出子孔径数据对应的多普勒中心；子孔径数据处理芯片根据接收到的子孔径数据进行距离徙动校正、多普勒调频率估计，得到子孔径数据对应的多普勒调频率；子孔径数据处理芯片根据子孔径数据对应的多普勒调频率，得出载机的速度和加速度；所述子孔径数据处理芯片为第三DSP芯片、第四DSP芯片或第七DSP芯片；
[0015]在步骤S2中，所述子孔径处理后数据包括子孔径数据对应的多普勒中心、子孔径数据对应的多普勒调频率、载机的速度以及载机的加速度。
[0016]在步骤S3中，距离向分块数据处理芯片在接收到一幅SAR图像数据对应的所有距离向分块数据之后，进行运动参数拟合，得出多个经运动参数拟合的数据；
[0017]然后分别对多个经运动参数拟合的数据进行相位补偿，得出对应的多个相位补偿后数据；对多个相位补偿后数据分别进行方位向脉冲压缩处理，得出对应的多个方位脉压后数据；对多个方位脉压后数据分别进行多视处理，得出对应的多个分块图像数据。
[0018]在步骤S3中，在得出对应的多个相位补偿后数据，采用匹配滤波的方式对多个相位补偿后数据分别进行方位向脉冲压缩处理。
[0019]本发明的有益效果为:第一，本发明以FPGA芯片和DSP芯片作为核心处理器，充分发挥FPGA芯片和DSP芯片处理能力优势，不仅达到了实时处理的要求，而且还具有较高的精确度。
[0020]第二，本发明充分利用8片DSP的资源，合理分配每片DSP的处理任务，让数据传输时间和成像算法时间并行，同时实现了多片DSP之间的大体同步，大大节省了整个算法处理的时间，完全符合实时成像处理所给的时间要求，并且数据图像达到了实时成像的各项标准。
【专利附图】

【附图说明】
[0021]图1为基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理装置的结构示意图；
[0022]图2为本发明的基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理方法的流程图；
[0023]图3为实测数据的SAR成像结果图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0025]本发明提出了一种基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理装置。参照图1，为基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理装置的结构示意图。该基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理装置包括FPGA芯片、上位机、第一 DSP芯片至第八DSP芯片；FPGA芯片的输出端电连接第一 DSP芯片的输入端(FPGA芯片与第一 DSP芯片之间的数据传输速率为300MB/s);第一 DSP芯片分别电连接第三DSP芯片、第四DSP芯片以及第七DSP芯片；第一 DSP芯片的输出端电连接第八DSP芯片的输入端，第八DSP芯片分别电连接第二 DSP芯片、第五DSP芯片、以及第六DSP芯片，第八DSP芯片的输出端电连接上位机的输入端。
[0026]参照图2，为本发明的基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理方法的流程图。本发明的基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理方法，基于上述基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理装置，包括以下步骤:
[0027]S1:利用机载合成孔径雷达接收回波数据，将上述回波数据发送至FPGA芯片中，对上述回波数据依次进行距离向脉冲压缩处理、数字下变频(DDC)处理，将经数字下变频处理后的数据沿方位向进行分块，得到多个子孔径数据；FPGA芯片将每个子孔径数据按顺序发送至第一 DSP芯片中。具体说明如下:
[0028]具体地，FPGA芯片每接收到一个脉冲的数据，就开始进行相应的距离向脉冲压缩处理、以及数字下变频处理。
[0029]S2:第一 DSP芯片按接收子孔径数据的顺序，将各个子孔径数据交替发送至第三DSP芯片、第四DSP芯片以及第七DSP芯片，第三DSP芯片、第四DSP芯片或第七DSP芯片根据接收到的子孔径数据，进行多普勒中心估计、距离徙动校正、多普勒调频率估计、运动参数估计；得出对应的子孔径处理后数据，然后将对应的子孔径处理后数据发送至第一 DSP芯片。具体说明如下:
[0030]在步骤S2中，第一 DSP芯片交替发送各个子孔径数据的过程为:第一 DSP芯片将接收的第N个子孔径数据发送至第三DSP芯片，将接收的第N+1个子孔径数据发送至第四DSP芯片，将接收的第N+2个子孔径数据发送至第七DSP芯片，N为整数且N为3的倍数。本发明实施例中，每个子孔径数据的大小为16MB。
[0031]在步骤S2中，子孔径数据处理芯片根据接收到的子孔径数据进行多普勒中心估计，得出子孔径数据对应的多普勒中心。下面说明多普勒中心估计的原理:如果没有多普勒中心偏移时，则接收的子孔径数据在方位向的功率谱表示为S (f)，它和天线方向图相同，且以零频对称，功率谱对应的相关函数R( τ )为实函数，其中，f为方位频率，τ为方位时延。如果存在多普勒偏移时，功率谱表示为S(f_fd。)，fdc为待求的子孔径数据对应的多普勒中
心。此时功率谱的相关函数表示为j(r)，于是，在进行多普勒中心估计时，可以从功
率谱的相关函数的相角估计出fd。。
[0032]在步骤S2中，子孔径数据处理芯片根据接收到的子孔径数据进行距离徙动校正、多普勒调频率估计，得到子孔径数据对应的多普勒调频率。具体地，SAR回波数据具有方位平移不变性，通常在方位多普勒域完成距离徙动的校正，在正侧视情况下，主要是对距离弯曲的校正。
[0033]在方位多普勒域，距离徙动量可以表示为:
【权利要求】
1.基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理方法，其特征在于，包括以下步骤: 51:利用机载合成孔径雷达接收回波数据，将所述回波数据发送至FPGA芯片中，对所述回波数据依次进行距离向脉冲压缩处理、数字下变频处理，将经数字下变频处理后的数据沿方位向进行分块，得到多个子孔径数据；FPGA芯片将每个子孔径数据按顺序发送至第一DSP芯片中； 52:第一 DSP芯片按接收子孔径数据的顺序，将各个子孔径数据交替发送至第三DSP芯片、第四DSP芯片以及第七DSP芯片，第三DSP芯片、第四DSP芯片或第七DSP芯片根据接收到的子孔径数据，进行多普勒中心估计、距离徙动校正、多普勒调频率估计、运动参数估计；得出对应的子孔径处理后数据，然后将对应的子孔径处理后数据发送至第一 DSP芯片； 53:第一 DSP芯片按接收子孔径处理后数据的顺序，将子孔径处理后数据依次发送至第八DSP芯片；第八DSP芯片每接收到一个子孔径处理后数据，就对该子孔径处理后数据进行距离向分块处理，得到对应的三个距离向分块数据，第八DSP芯片将对应的距离向三个分块数据分别发送至第二 DSP芯片、第五DSP芯片、第六DSP芯片；第二 DSP芯片、第五DSP芯片或第六DSP芯片在接收到一幅SAR图像数据对应的所有距离向分块数据之后，进行运动参数拟合、相位补偿、方位向脉冲压缩处理、多视处理，得到对应的多个分块图像数据;第二DSP芯片、第五DSP芯片或第六DSP芯片将所述对应的分块图像数据发送至第八DSP芯片; 54:第八DSP芯片实时对所述分块图像数据进行整幅图像量化、图像拼接处理，最终得到一幅SAR图像。
2.如权利要求1所述的基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理方法，其特征在于，在步骤S2中，子孔径数据处理芯片根据接收到的子孔径数据进行多普勒中心估计，得出子孔径数据对应的多普勒中心；子孔径数据处理芯片根据接收到的子孔径数据进行距离徙动校正、多普勒调频率估计，得到子孔径数据对应的多普勒调频率；子孔径数据处理芯片根据子孔径数据对应的多普勒调频率，得出载机的速度和加速度；所述子孔径数据处理芯片为第三DSP芯片、第四DSP芯片或第七DSP芯片； 在步骤S2中，所述子孔径处理后数据包括子孔径数据对应的多普勒中心、子孔径数据对应的多普勒调频率、载机的速度以及载机的加速度。
3.如权利要求1所述的基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理方法，其特征在于，在步骤S3中，距离向分块数据处理芯片在接收到一幅SAR图像数据对应的所有距离向分块数据之后，进行运动参数拟合，得出多个经运动参数拟合的数据； 然后分别对多个经运动参数拟合的数据进行相位补偿，得出对应的多个相位补偿后数据；对多个相位补偿后数据分别进行方位向脉冲压缩处理，得出对应的多个方位脉压后数据；对多个方位脉压后数据分别进行多视处理，得出对应的多个分块图像数据。
4.如权利要求3所述的基于FPGA和多DSP的SAR实时成像处理方法，其特征在于，在步骤S3中，在得出对应的多个相位补偿后数据，采用匹配滤波的方式对多个相位补偿后数据分别进行方位向脉冲压缩处理。
【文档编号】G01S13/90GK104007437SQ201410216266
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月21日 优先权日:2014年5月21日
【发明者】梁毅, 马倩, 刘士杰, 邢孟道, 王虹现 申请人:西安电子科技大学