专利名称：合成孔径雷达原始数据非线性压缩器的制作方法
技术领域：
本发明属于合成孔径雷达，特别是星载合成孔径雷达的非线性压缩器。
合成孔径雷达(SAR)作为一种广泛应用的微波遥感手段经过几十年的研究和发展，已经从机载系统发展到星载系统。由于SAR系统的工作特点，大数据量导致的卫星到地面的高数据传输速率问题成为发展星载SAR所必须解决的一个关键问题。虽然，对于高数据率问题的解决可以从系统指标设计上加以考虑，例如，降低分辨力、测绘带宽等；也可以从图象参数指标的设计上加以考虑，例如，降低图象的动态范围、辐射分辨力等。但是，这些解决数据量问题的考虑都是以最终降低雷达图象的质量为代价的。因此，通过数据压缩技术在尽可能不降低或少降低图象质量的前题下减少数据率的方法得到了越来越多的重视。
在合成孔径雷达系统中，原始数据不同于图象数据，是雷达天线接收到的许多小散射体响应的叠加，可以等效为相互独立的随机变量之和。由于雷达天线照射的面积很大，根据中心极限定理，各小散射体响应的叠加可以近似为高斯分布。对于这种具有高熵的雷达原始数据进行压缩，通常总要引起信息的丢失，从而影响到图象的质量。数据压缩问题实际上就是要根据不同的用途要求，在图象质量和数据压缩算法复杂度以及实现的难易程度之间进行折衷。
已经用在麦哲伦合成孔径雷达和航天飞机合成孔径雷达上的分块浮点量化和分块自适应量化方法都是根据雷达信号的局部统计特性将高比特数据转换为低比特编码的数据压缩方法，见R.Kwok and W.T.K.Johnson，＂BlockAdaptive Quantization of Magellan SAR Data.＂IEEE Trans.Geos.and RemoteSensing vol.GES-27.1989.T.H.Joo，D.N.Held，“An Adaptive Quzntization Method For Burst Mode SAR”IEEE International Radar Conference，1985.Bryan L.Huneycutt“SpaceborneImaging Radar--C instrument”，IEEE Trans.on Geoscience and Remote Sensing，Vol.27，No.2，1989。这两种数据压缩方法都属于自适应量化方法，主要区别在于编码方法略有不同。自适应量化方法是根据计算提取的雷达数据的统计参数进行自适应量化的方法，由于要对雷达回波数据进行时时统计计算，所以硬件电路实现起来比较复杂，其工作原理如图1所示。
本发明的目的是提供一种硬件实现简单，用低比特数据保持雷达信号具有较宽动态范围的非线性压缩器。
本发明的主要特点是合成孔径雷达原始数据信号经A/D量化后直接进入非线性编码器。
本发明电路简单，动态范围宽，特别适用于星载合成孔径雷达的原始数据实时压缩。
图1是分块自适应量化压缩器原理图2是非线性量化的信噪比关系曲线3是非线性压缩器的电路原理图。
下面结合附图详述本发明。在均匀量化中，量化阶距与信号电平大小无关。量化误差的最大瞬时值等于量化阶距的一半。所以信号电平越低，信噪比越小；信号电平越高，信噪比越大。当然，当信号电平超过一定范围时，会产生过饱和噪声使信噪比下降。
非线性量化器的想法就是针对克服均匀量化器的不足而产生的。我们希望量化阶距能跟随输入信号电平的大小而改变。在信号电平低时，用小的量化阶距量化，对高电平信号则用大的量化阶距量化。这样就使输入信号与量化噪声之比在小信号到大信号的整个范围内基本上一致，并且对大信号进行量化所需的量化级数比均匀量化时少得多。
针对星载合成孔径雷达系统，本发明给出了一种在A/D均匀量化以后进行非线性数字编码的方法。通过将信号进行高比特位的均匀量化，例如8比特，再根据信号的大小进行非线性编码到低比特位数，例如3比特或4比特。这样一方面可以降低数据量；另一方面可以使量化后的信号具有较宽的动态范围。本文给出了从8比特到4比特和从8比特到3比特的两种非线性编码方案，并且根据信号的统计特性计算了非线性量化的信噪比曲线如图2所示。其中曲线(1)为4比特均匀量化信噪比关系曲线，曲线(2)为3比特均匀量化信噪比关系曲线，曲线(3)为8比特到4比特非均匀量化信噪比关系曲线，曲线(4)为8比特到3比特非均匀量化信噪比关系曲线。可以看出非线性量化相对于均匀量化来说，尽管最大信噪比值会有所下降，但是却具有展宽信号动态范围的作用。在合成孔径雷达系统中，如果要求信号的量化比特位数为4位，信号的信噪比不小于12分贝，由图中可以看出，非线性量化的信号动态范围要比均匀量化的信号动态范围高出25分贝左右。
压缩方案的选取是与信号的统计特性相关的。具有不同统计特性的信号都有一个相对应的最佳压缩方案，使量化噪声达到最小。但是在实际应用中还应考虑到压缩方案易于在电路中实现等问题。本发明中，我们所采用的从8比特到4比特和从8比特到3比特的两种非线性编码方案以映射区间分别表示为{0，1}、{1，2}{2，4}、{4，8}、{8，16}、{16，32}、{32，64}、{64，127}和{0，1}、{1，7}、{7，32}、{32，127}，并且是奇对称的。
从上面的讨论中可以看出，非线性量化器的编码过程与雷达信号的统计特性并没有直接关系。对于雷达数据的编码可以直接通过编码电路很简单地实现。如图3所示，雷达I、Q正交解调信号经过A/D量化以后变为8比特的数字信号。其中1比特的符号位直接输出，另外7比特的数字信号经过非线性编码器编码为2比特的数字号，最后编码为3比特信号输出。
电路中，关键的部分在于非线性编码器的实现。这一部分电路可以用查表的方式实现，即用输入的7比特数据作为一个只读存储器的地址信号，将事先存好的编码数据从中读出，这样就可以完成非线性编码的功能。在实际电路中可以采用I、Q信号分别量化同时编码的方案来简化编码电路。另外也可以采用可编程电路器件直接进行编码，可以很方便地选取不同的编码方案。
很明显的可以看出，非线性量化的方案在电路实现中非常简单，几乎等同于均匀量化的方案，并且也没有附加的数据进入数传通道。解码过程也同样易于实现。但也应当注意到这种数字式实现的非线性编码方案，是通过高比特数的A/D量化器将雷达信号量化以后再编码到低比特数的数据。所以要求A/D量化器要有一定的位数。A/D量化器的位数为8-16比特。
权利要求
1.一种合成孔径雷达原始数据非线性压缩器，其特征是合成孔径雷达原始数据信号经A/D量化后直接进入非线性编码器。
2.按权利要求1所述的合成孔径雷达原始数据非线性压缩器，其特征是所说的A/D变换器为8-16比特。
3.按权利要求1或2所述的合成孔径雷达原始数据非线性压缩器，其特征是A/D量化后有两路输出，其中一路1比特信号接到非线性编码器的输出端，另一路余下的数据进入非线性编码器。
全文摘要
一种合成孔径雷达原始数据非线性压缩器,合成孔径雷达原始数据信号经A/D量化后直接进入非线性编码器。本发明电路简单,动态范围宽,特别适用星载合成孔径雷达的原始数据实时压缩。
文档编号G01S7/00GK1171555SQ9611407
公开日1998年1月28日 申请日期1996年12月27日 优先权日1996年12月27日
发明者王岩飞 申请人:中国科学院电子学研究所