基于fpga和dsp的雷达回波实时模拟方法
【专利摘要】本发明属于雷达回波模拟【技术领域】，特别涉及基于FPGA和DSP的雷达回波实时模拟方法。该方法包括以下步骤：步骤1，在FPGA芯片中预先存储以下数据：每个方位时刻雷达的位置坐标、矩形面目标场景中每个像素点的坐标和灰度值、距离向匹配函数的共轭项，根据FPGA芯片预先存储的数据，得出每个方位时刻矩形面目标场景中每个像素点对应的距离单元序号和方位向回波数据；步骤2，FPGA芯片将在步骤1中计算得到的两部分数据传输至DSP芯片，DSP芯片对来自FPGA芯片的数据进行数据整合，得出矩阵Η；步骤3，DSP芯片将矩阵Η传输至FPGA芯片，FPGA芯片根据矩阵Η的每列元素和距离向匹配函数的共轭项，得出雷达回波数据矩阵。
【专利说明】基于FPGA和DSP的雷达回波实时模拟方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达回波模拟【技术领域】，特别涉及基于FPGA和DSP的雷达回波实时模拟方法，可为成像系统设计和指标评估提供精确的回波数据并对SAR成像处理系统进行测试和检验。
【背景技术】
[0002]传统的SAR (Synthetic Aperture Radar合成孔径雷达)应用于侦查领域，回波数据只需要在单次仿真任务确定后生成即可，对回波仿真的时间没有严格的要求。大多数的回波模拟器都是基于PC (Personal Computer)平台的模拟，主要目的是为系统设计、成像和指标评估提供精确的回波数据。随着SAR应用领域的不断扩展，特别是在组合导航控制中的应用，SAR仿真参与闭环仿真实验中。SAR模拟器需要根据实时提供的雷达飞行航迹，实时地提供回波信号，以供闭环仿真中的反馈控制使用。在传统的PC机和工作站平台的SAR模拟系统中，由于其在模拟效率、数据传输和数据形式上的劣势，无法应用在实时仿真的环境中。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提出基于FPGA和DSP的雷达回波实时模拟方法，以此实现实时模拟高速机动平台对自然场景录取回波。
[0004]为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
[0005]基于FPGA和DSP的雷达回波实时模拟方法包括以下步骤:
[0006]步骤1，利用FPGA芯片预先存储以下数据:每个方位时刻雷达的位置坐标、矩形面目标场景中每个像素点的坐标、矩形面目标场景中每个像素点的灰度值、距离向匹配函数的共轭项、雷达的载波波长、雷达回波第一个距离单元对应的斜距、雷达相邻两个距离单元对应的斜距差，根据FPGA芯片预先存储的数据，得出每个方位时刻矩形面目标场景中每个像素点对应的距离单元序号、以及每个方位时刻矩形面目标场景中每个像素点的方位向回波数据；
[0007]步骤2，FPGA芯片将每个方位时刻矩形面目标场景中每个像素点对应的距离单元序号、以及每个方位时刻矩形面目标场景中每个像素点的方位向回波数据传输至DSP芯片，DSP芯片对来自FPGA芯片的数据进行数据整合，得出矩阵H ；
[0008]步骤3，DSP芯片将矩阵H传输至FPGA芯片，FPGA芯片根据矩阵H的每列元素、以及距离向匹配函数的共轭项，得出雷达回波数据矩阵。
[0009]本发明的特点和进一步改进在于:
[0010]所述步骤I的具体子步骤为:
[0011](1.1)利用FPGA芯片预先存储以下数据:第I方位时刻至第nan方位时刻雷达的位置坐标、矩形面目标场景中每个像素点的坐标、矩形面目标场景中每个像素点的灰度值、距离向匹配函数的共轭项、雷达的载波波长、雷达回波第一个距离单元对应的斜距、雷达相邻两个距离单元对应的斜距差，nan表示雷达方位点数；
[0012]每个方位时刻雷达的位置坐标包括:对应方位时刻雷达的横坐标、纵坐标和竖坐标，对应方位时刻雷达的竖坐标指对应方位时刻雷达的高度；矩形面目标场景中每个像素点的坐标包括:矩形面目标场景中对应像素点的横坐标、纵坐标和竖坐标，矩形面目标场景中对应像素点的竖坐标指:矩形面目标场景中对应像素点在雷达观测场景中的对应高度；
[0013](1.2)FPGA芯片根据每个方位时刻雷达的位置坐标、矩形面目标场景中每个像素点的坐标，并按照以下公式计算出每个方位时刻矩形面目标场景中每个像素点相对雷达的斜距:
【权利要求】
1.基于FPGA和DSP的雷达回波实时模拟方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1，利用FPGA芯片预先存储以下数据:每个方位时刻雷达的位置坐标、矩形面目标场景中每个像素点的坐标、矩形面目标场景中每个像素点的灰度值、距离向匹配函数的共轭项、雷达的载波波长、雷达回波第一个距离单元对应的斜距、雷达相邻两个距离单元对应的斜距差，根据FPGA芯片预先存储的数据，得出每个方位时刻矩形面目标场景中每个像素点对应的距离单元序号、以及每个方位时刻矩形面目标场景中每个像素点的方位向回波数据； 步骤2，FPGA芯片将每个方位时刻矩形面目标场景中每个像素点对应的距离单元序号、以及每个方位时刻矩形面目标场景中每个像素点的方位向回波数据传输至DSP芯片，DSP芯片对来自FPGA芯片的数据进行数据整合，得出矩阵H ； 步骤3，DSP芯片将矩阵H传输至FPGA芯片，FPGA芯片根据矩阵H的每列元素、以及距离向匹配函数的共轭项，得出雷达回波数据矩阵。
2.如权利要求1所述的基于FPGA和DSP的雷达回波实时模拟方法，其特征在于，所述步骤I的具体子步骤为: (1.D利用FPGA芯片预先存储以下数据:第I方位时刻至第nan方位时刻雷达的位置坐标、矩形面目标场景中每个像素点的坐标、矩形面目标场景中每个像素点的灰度值、距离向匹配函数的共轭项、雷达的载波波长、雷达回波第一个距离单元对应的斜距、雷达相邻两个距离单元对应的斜距差，nan表示雷达方位点数； 每个方位时刻雷达的位置坐标包括:对应方位时刻雷达的横坐标、纵坐标和竖坐标，对应方位时刻雷达的竖坐标指对应方位时刻雷达的高度；矩形面目标场景中每个像素点的坐标包括:矩形面目标场景中对应像素点的横坐标、纵坐标和竖坐标，矩形面目标场景中对应像素点的竖坐标指:矩形面目标场景中对应像素点在雷达观测场景中的对应高度； (1.2)FPGA芯片根据每个方位时刻雷达的位置坐标、矩形面目标场景中每个像素点的坐标，并按照以下公式计算出每个方位时刻矩形面目标场景中每个像素点相对雷达的斜距:
其中，Ra,i表示第a个方位时刻矩形面目标场景内第i个像素点相对雷达的斜距，a为整数且ae [l，nan]，i为整数且i e [1，N]，N为矩形面目标场景内像素点的个数4社乂3表不第a个方位时刻雷达的横坐标，AntYa表不第a个方位时刻雷达的纵坐标，AntZa表不第a个方位时刻雷达的竖坐标；Xi表示矩形面目标场景内第i个像素点的横坐标，yi表示矩形面目标场景内第i个像素点的纵坐标，Zi表示矩形面目标场景内第i个像素点的竖坐标； (1.3)FPGA芯片根据以下公式计算每个方位时刻矩形面目标场景中每个像素点的方位向相位、以及每个方位时刻矩形面目标场景中每个像素点对应的距离单元序号:
其中，P。表示第a个方位时刻矩形面目标场景内第i个像素点的方位向相位，λ。为雷达的载波波长;Ma，i表示第a个方位时刻矩形面目标场景内第i个像素点对应的距离单元序号，Rmin表示雷达回波第一个距离单元对应的斜距，Ar表示雷达相邻两个距离单元对应的斜距差； (1.4)FPGA芯片根据以下公式得出每个方位时刻矩形面目标场景中每个像素点的方位向回波数据:
Ki = Pa, i X amPi 其中，Aa;i表示第a个方位时刻矩形面目标场景内第i个像素点的方位向回波数据，amPi为矩形面目标场景中第i个像素点的灰度值。
3.如权利要求1所述的基于FPGA和DSP的雷达回波实时模拟方法，其特征在于，在步骤I中，第a个方位时刻矩形面目标场 景内第i个像素点对应的距离单元序号为Ma，i;a为整数且ae [1，nan]，nan表示雷达方位点数，i为整数且i e [1，N]，N为矩形面目标场景内像素点的个数；第a个方位时刻矩形面目标场景内第i个像素点的方位向回波数据为Aiu ； 所述步骤2的具体子步骤为: FPGA芯片将子步骤(1.3)得出的每个方位时刻矩形面目标场景中每个像素点对应的距离单元序号、以及子步骤(1.4)得出的每个方位时刻矩形面目标场景中每个像素点的方位向回波数据传输至DSP芯片；DSP芯片对来自FPGA芯片的数据进行数据整合； DSP芯片对来自FPGA芯片的数据进行数据整合的过程为:在第a个方位时刻矩形面目标场景中第I个像素点的方位向回波数据Ay至第N个像素点的方位向回波数据Aa，N中，将具有距离单元序号的方位向回波数据进行相加，根据相加结果将第a个方位时刻矩形面目标场景中N个像素点的方位向回波数据整合为nrn个数据，按顺序将整合后的nrn个数据组成长度为nrn的列向量，所述长度为nrn的列向量为矩阵H的第a列；将a从I至nan进行遍历，从而得出矩阵H的每列元素。
4.如权利要求1所述的基于FPGA和DSP的雷达回波实时模拟方法，其特征在于，所述步骤3的具体子步骤为: (3.1)DSP芯片将矩阵H传输至FPGA芯片，FPGA芯片对矩阵H的每列元素作FFT运算，得出对应的变化后的列向量，矩阵H第a列元素作傅里叶变换后变为列向量H' (:, a)毋为整数且ae [1，nan], nan表示雷达方位点数； (3.2)FPGA芯片根据距离向匹配函数的共轭项，得出第I列频域数据E' (:,1)至第nan列频域数据E ' (:, nan)，第a列频域数据E ' (:，a)为:
E ' (:, a) = H ; (:, a) Xs 其中，s表示距离向匹配函数的共轭项； 分别对第I列频域数据E ' (:，I)至第nan列频域数据E，(:,nan)进行逆傅里叶变换，得出第I列时域数据E (:, I)至第nan列时域数据E (:,nan);利用第I列时域数据E (:, I)至第nan列时域数据E (:,nan)组成雷达回波数据矩阵E。
【文档编号】G01S13/90GK104076341SQ201410317495
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】李亚超, 陈露露, 全英汇, 邢孟道 申请人:西安电子科技大学