专利名称：一种合成孔径雷达实时成像处理转置存储器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转置存储器(Corner Turning Memory，CTM)，它应用于微波遥感领域，特别是合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)成像领域，其主要目的是对合成孔径雷达实时成像处理中距离压缩后输出数据存储转置，使得数据格式符合方位压缩的需要。
背景技术：
本发明涉及的转置存储器系统执行广义信号处理功能，它不改变输入数据的大小，数据经过这种系统时输出顺序发生改变，确切的说就是实现矩阵转置功能。这种转置存储器系统主要由控制器和存储器组成，控制器用Xilinx公司的FPGA实现，存储器件采用SDRAM，通过FPGA对SDRAM的读写控制实现数据流的矩阵转置。
本发明涉及的转置存储器(CTM)系统采用三页式结构，这种结构写入一页数据的同时读出两页数据，输出数据重叠一半，能够适应合成孔径雷达(SAR)实时成像处理方位压缩的重叠保留要求，同时实现了输入输出并行流水进行，使得合成孔径雷达成像处理器的距离压缩模块和方位压缩模块能够并行处理，大大增强了合成孔径雷达成像处理器的实时处理能力。
在多维图像和信号处理中，矩阵转置是经常用到的数字信号处理过程，比如在二维信号处理中，可能需要数据矩阵在两个方向(行和列)分别处理，比如先进行行数据处理再进行列数据处理，行处理完成后输出的数据是按行排列的，所以在接下来的列处理过程前需要对数据矩阵进行转置以适应列处理的数据格式要求。矩阵转置可以看作是两个矩阵之间的映射Xi，j→Xj，i。如果数据矩阵的数据量不大，实现转置功能是比较容易的，可以将数据存储在片内的高速存储器中进行转置输出。但是当数据量很大时，就必须通过控制器控制片外存储器实现存储转置功能。
应用在合成孔径雷达实时成像处理中的转置存储器(CTM)，实现矩阵转置的功能，合成孔径雷达实时成像处理要求转置存储器(CTM)具有实时性且输入输出并行流水进行。同时，合成孔径雷达巨大的回波数据量要求转置存储器(CTM)有足够大的存储容量。
发明内容
本发明目的是要提出一种大容量、高速、输入输出并行流水化进行的转置存储器系统。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种合成孔径雷达实时成像处理转置存储器，包括控制器件、主存储器、电源、输入输出接口；其有2～3片主存储器，其数据总线与输入通道切换模块的输出以及输出通道切换模块的输入电连接；输入通道切换模块与输入接口电连接，输出通道切换模块与输出接口电连接；一控制模块，分别与主存储器、输入接口、输出接口电连接；一电源模块，对转置存储器内的各个部分供电；其中，2～3片主存储器，采用SDRAM分别存储2～3页数据；控制模块、输入通道切换模块和输出通道切换模块由FPGA实现，控制模块实现对存储器的读写控制并给主存储器提供读写地址；输入通道切换实现输入数据到2～3片主存储器之间的通路选择，输出通道切换实现输出数据和2～3片主存储器之间的通路选择，它们和控制模块共同实现对输入数据的矩阵转置功能；输入接口实现转置存储器的输入接口功能，输出接口实现转置存储器的输出接口功能。
所述的转置存储器，其还包括输入输出驱动电路，输入驱动电路置于输入接口和输入通道切换模块之间，以输入接口、输入驱动电路、输入通道切换模块的顺序电连接；输出驱动电路置于输出通道切换模块和输出接口之间，以输出通道切换模块、输出驱动电路、输出接口的顺序电连接；一控制模块，分别与主存储器、输入驱动电路、输出驱动电路电连接；其中，输入驱动电路用于增强输入信号的驱动能力，输出驱动电路用于增强输出信号的驱动能力。
所述的转置存储器，其输入数据按行顺序输入，输入数据行的长度是每页数据的列数，输入数据不分页，数据按行顺序连续输入，每行数据有标志行起始的行同步信号，转置存储器将第一行数据作为第一页的起始行，根据实际应用中每页数据的行数自动将数据分页；输入数据和同步信号与输入同步时钟同步。
所述的转置存储器，其将输入数据转置后按列输出，输出每页数据有页同步信号表示一页数据开始，输出数据每列有列同步信号表示一列数据开始，输出数据和同步信号均按输出同步时钟同步输出，输出数据列的长度为两页输入数据的行数。
所述的转置存储器，其所述主存储器，优先采用SDRAM存储器，或采用SRAM、DDR SDRAM、DDR-II SDRAM存储器。
所述的转置存储器，其采用三页式结构实现输入输出的并行流水处理时，三页式结构有三片主存储器，控制器向一片存储器写数据同时并行地依次从另两片存储器中读出数据，其输出数据率是输入数据率的两倍。
所述的转置存储器，其采用两页式结构实现输入输出的并行流水处理时，有二片主存储器，输出列数据不重叠，而只实现单页数据的简单转置功能。
所述的转置存储器，其特征在于，所属的控制模块、输入通道切换模块和输出通道切换模块优先采用FPGA实现，或采用CPLD、EPLD、专门定制的ASIC器件实现。
本发明提出的转置存储器(CTM)系统具有如下显著特点(1)本发明提出的转置存储器(CTM)系统包括控制器件、主存储器、电源、输入输出接口、输入输出驱动电路、配置程序存储器。主存储器用于存储数据；控制器件控制主存储器的读写以实现矩阵转置功能；电源用来给系统中的各种器件供电；输入/输出接口实现系统和外部的连接；输入/输出驱动提供输入/输出的电流驱动能力；配置程序存储器存储实现系统功能的程序数据。
(2)本发明提出的转置存储器(CTM)系统通过控制器件对主存储器读写控制实现矩阵转置功能。控制器对驻存储器的读写控制通过控制器内部的时序逻辑产生电路产生控制时序以及地址序列实现。对存储器采用“顺序写入、跳变读出”的读写方式实现数据的矩阵转置。
(3)本发明提出的转置存储器(CTM)系统采用“顺序写入、跳变读出”主存储器的方式实现矩阵转置，但不排除采用“跳变写入、顺序读出”或其它主存储器读写方式实现矩阵转置功能。
(4)本发明提出的转置存储(CTM)系统采用三页式结构实现输入输出的并行流水处理。三页式结构有三片主存储器构成，控制器向一片存储器写数据同时并行地依次从另两片存储器中读出数据。
(5)三页式结构不构成对本发明的限制，在不同的应用中转置存储(CTM)可以采用其它结构。
(6)本发明提出的转置存储器(CTM)系统输出的数据率是输入数据率的两倍，在不同的应用中，不排除输入数据率和输出数据率其它关系。
(7)本发明提出的转置存储器(CTM)系统中控制器通过Xilinx公司的FPGA实现，但这并不排除用其它可编程器件实现。
(8)本发明提出的转置存储器(CTM)系统中主存储器优先采用SDRAM存储器，但并不排除用SRAM、DDR SDRAM、DDR-II SDRAM或其随机访问存储器做主存储器。
(9)本发明提出的转置存储器(CTM)系统输入、输出接口可以采用各种结构形式。
图1是两次一维处理级联实现ASR成像原理图；图2是三页式结构转置存储器工作原理；图3是CTM原理图；
图4是CTM输入接口时序；图5是CTM输出接口时序；图6是CTM的另一个实现实例；图7是CTM的再一个实现实例。
具体实施例方式
下面详细说明本发明的内容。
合成孔径雷达实时成像处理是对连续的二维回波数字信号的匹配滤波，通过一定的处理，这种二维匹配滤波可以分解成两次一维处理的级联，两次一维处理级联实现合成孔径雷达(SAR)成像原理图如图1所示，两次一维匹配滤波处理分别称为距离压缩和方位压缩。距离压缩实现回波数据距离向(纵向)的匹配滤波，其输出数据流是沿距离向的，方位压缩实现回波数据方位向(横向)的匹配滤波，方位压缩要求输入数据沿方位向排列且每次处理的方位向数据存在一定的数据重合。距离压缩输出数据到方位压缩要求输入数据的格式转换由转置存储器(CTM)完成，转置存储器(CTM)实现的格式转换相当于矩阵转置。
本发明提出的转置存储器(CTM)采用三页式结构，输出方位线重叠一个合成孔径长度，三页式结构实现转置存储器(CTM)的工作原理如图2所示。图中，M为SAR成像合成孔径长度内的方位向采样点数，N为SAR回波距离向采样点数。从图2看出，转置存储器(CTM)有三个存储区A、B、C，它们对应三页式结构的三页，转置存储器(CTM)工作时，一方面向一页存储区按行顺序写入数据，同时从另两页存储区按列依次读出数据，输出数据一条方位线长度为2M，输出每帧含N条方位线。这样就实现了矩阵转置功能。转置存储器(CTM)对三页主存储器的读写有三种状态，过程见表1。
表1CTM对三页(片)主存储器的读写过程
本发明提出的一种合成孔径雷达实时成像处理转置存储器，其第一实施例结构框图如图3所示。图3中主存储器A、B、C采用SDRAM分别存储三页数据；控制模块、输入通道切换模块和输出通道切换模块由FPGA实现，控制模块实现对存储器的读写控制并给主存储器提供读写地址；输入通道切换实现输入数据到三片主存储器之间的通路选择，输出通道切换实现输出数据和三片主存储器之间的通路选择，它们和控制模块共同实现对输入数据的矩阵转置功能；输入接口实现转置存储器(CTM)的输入接口功能，输出接口实现转置存储器(CTM)的输出接口功能；输入驱动用于增强输入信号的驱动能力，输出驱动用于增强输出信号的驱动能力；电源模块对转置存储器(CTM)的各个部分供电。
转置存储器(CTM)的输入数据按行顺序输入，输入接口时序如图4所示。图4中，N为输入数据行的长度(也就是每页数据的列数)，转置存储器(CTM)的输入不分页，数据按行顺序连续输入，每行数据有标志行起始的行同步信号，转置存储器(CTM)将第一行数据作为第一页的起始行，根据实际应用中每页数据的行数自动将数据分页。输入数据和同步信号与输入同步时钟同步。
转置存储器(CTM)将输入数据转置后按列输出，输出每页数据有页同步信号表示一页数据开始，输出数据每列有列同步信号表示一列数据开始，输出数据和同步信号均按输出同步时钟同步输出，输出接口时序如图5所示。图5中，2M为输出数据列的长度(也就是两页输入数据的行数)。
转置存储器(CTM)的矩阵转置功能通过FPGA对SDRAM主存储器“顺序写入、跳变读出”实现，对SDRAM的读写顺序通过FPGA产生相应的读写地址序列实现。对一页主存储器写数据的同时依次从另两页主存储器读出数据，转置存储器(CTM)实现输入输出并行进行，输出数据率是输入数据率的两倍。
本发明一种合成孔径雷达实时成像处理转置存储器的第二实施例，转置存储器(CTM)也可以采用两页式结构，输出列数据不重叠，而只实现单页数据的简单转置功能。其结构框图如图6所示。
本发明的第三实施例，采用两页式结构或三页式结构，转置存储器(CTM)也可以不需要输入、输出驱动部分，其结构框图如图7所示。
权利要求
1.一种合成孔径雷达实时成像处理转置存储器，包括控制器件、主存储器、电源、输入输出接口；其特征在于，有2～3片主存储器，其数据总线与输入通道切换模块的输出以及输出通道切换模块的输入电连接；输入通道切换模块与输入接口电连接，输出通道切换模块与输出接口电连接；一控制模块，分别与主存储器、输入接口、输出接口电连接；一电源模块，对转置存储器内的各个部分供电；其中，2～3个主存储器，采用SDRAM分别存储2～3页数据；控制模块、输入通道切换模块和输出通道切换模块由FPGA实现，控制模块实现对存储器的读写控制并给主存储器提供读写地址；输入通道切换实现输入数据到主存储器之间的通路选择，输出通道切换实现输出数据和主存储器之间的通路选择，它们和控制模块共同实现对输入数据的矩阵转置功能；输入接口实现转置存储器的输入接口功能，输出接口实现转置存储器的输出接口功能。
2.如权利要求1所述的转置存储器，其特征在于，还包括输入输出驱动电路，输入驱动电路置于输入接口和输入通道切换模块之间，以输入接口、输入驱动电路、输入通道切换模块的顺序电连接；输出驱动电路置于输出通道切换模块和输出接口之间，以输出通道切换模块、输出驱动电路、输出接口的顺序电连接；一控制模块，分别与主存储器、输入驱动电路、输出驱动电路电连接；其中，输入驱动电路用于增强输入信号的驱动能力，输出驱动电路用于增强输出信号的驱动能力。
3.如权利要求1或2所述的转置存储器，其特征在于，其输入数据按行顺序输入，输入数据行的长度是每页数据的列数，输入数据的输入不分页，数据按行顺序连续输入，每行数据有标志行起始的行同步信号，转置存储器将第一行数据作为第一页的起始行，根据实际应用中每页数据的行数自动将数据分页；输入数据和同步信号与输入同步时钟同步。
4.如权利要求1或2所述的转置存储器，其特征在于，其将输入数据转置后按列输出，输出每页数据有页同步信号表示一页数据开始，输出数据每列有列同步信号表示一列数据开始，输出数据和同步信号均按输出同步时钟同步输出，输出数据列的长度为两页输入数据的行数。
5.如权利要求1或2所述的转置存储器，其特征在于，所述主存储器，优先采用SDRAM存储器，或采用SRAM、DDR SDRAM、DDR-II SDRAM存储器。
6.如权利要求1或2所述的转置存储器，其特征在于，采用三页式结构实现输入输出的并行流水处理时，三页式结构有三片主存储器，控制器向一片存储器写数据同时并行地依次从另两片存储器中读出数据，其输出数据率是输入数据率的两倍。
7.如权利要求1或2所述的转置存储器，其特征在于，采用两页式结构实现输入输出的并行流水处理时，有二片主存储器，输出列数据不重叠，而只实现单页数据的简单转置功能。
8.如权利要求1或2所述的转置存储器，其特征在于，所属的控制模块、输入通道切换模块和输出通道切换模块优先采用FPGA实现，或采用CPLD、EPLD、专门定制的ASIC器件实现。
全文摘要
一种合成孔径雷达实时成像处理转置存储器，有2～3片主存储器，其数据总线与输入通道切换模块的输出以及输出通道切换模块的输入电连接；输入通道切换模块与输入接口电连接，输出通道切换模块与输出接口电连接；一控制模块，分别与主存储器、输入接口、输出接口电连接；一电源模块，对转置存储器内的各个部分供电；其中，2～3个主存储器，采用SDRAM分别存储2～3页数据；控制模块、输入通道切换模块和输出通道切换模块由FPGA实现，控制模块实现对存储器的读写控制并给主存储器提供读写地址；共同实现对输入数据的矩阵转置功能。本发明是一种大容量、高速、输入输出并行流水化进行的转置存储器系统。
文档编号G01S13/90GK1877360SQ200510075200
公开日2006年12月13日 申请日期2005年6月10日 优先权日2005年6月10日
发明者李早社, 禹卫东 申请人:中国科学院电子学研究所