[发明专利]基于FPGA的SAR成像信号处理数据转置方法

说明书

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，涉及DDRII SDRAM转置存储器，特别是一种利用FPGA实现SAR成像信号处理数据转置方法，可应用于合成孔径雷达成像系统设计。

背景技术

合成孔径雷达SAR作为一种主动式微波传感器，能不受光照和气候条件的限制实现全天时、全天候对地观测，获取高分辨的地面场景信息，还可以透过地表和植被获取地表下信息，并能探测隐蔽目标。这些特点使它在军事领域如战场地形探测及预警、民用领域如资源考察、环境监测、水文观测等应用具有独特的优势。SAR成像信号处理的特点是运算复杂，数据量大，这就要求系统在进行快速运算的同时能进行大数据量的快速传输和存储。转置存储器CTM是SAR实时处理器的一个重要组成部分，它是实现从原始数据生成图像的重要过程，通过将距离连续数据转为方位连续数据，或将方位连续数据转为距离连续数据，实现SAR成像处理，此间高达数百兆的数据吞吐对转置存储器的速度和容量提出了很高的要求，转置实现的效率成为制约SAR实时成像处理的一个主要因素。

随着SAR实时成像处理的发展，对于CTM的研究取得了很大的进展，许多研制成功的实用CTM已经应用在实时成像系统中。通常情况下，采用DSP作为成像处理的核心，配合DSP内建的SDRAM控制器，使用软件的方法，利用SDRAM对数据进行转置运算，具体是通过地址跳变的存取方式，相当于“软件”转置。然而，“软件”转置没有“硬件”转置功耗低、速度快和效率高，同时DSP没有足够的硬件资源可以利用，处理速度不够快，灵活性不强，随着对SAR处理性能的要求越来越高，采用DSP的实现方式在效率方面远不能满足这种趋势的要求。

另一方面，近年来随着星载SAR系统的发展，星上实时成像成为SAR领域的一个研究热门。对于星上实时成像处理，CTM必须满足星上环境对硬件的抗辐照要求。由于目前DSP没有航天级抗辐照产品，采用DSP作为成像处理核心的方案不适应星上系统的要求，星上实时成像处理CTM必须采用新的方案实现。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于FPGA的SAR成像信号处理数据转置方法，实现“硬件”转置，使得CTM系统运行更稳定、功耗更低、速度更快、效率更高，以完全能满足实时成像处理转置存储的要求。

实现本发明目的的技术思路是，基于“矩阵分割”思想，将大矩阵分割成小矩阵，分别针对对角模式的矩阵块、对称非对角模式的矩阵块、非对称非对角模式的矩阵块，利用FPGA的DDRII SDRAM控制器设计和FPGA内部的RAM资源，其实现步骤包括如下：

(1)将SAR成像信号处理数据按距离向从前端连续地传入FPGA，再由FPGA将数据存入DDRII SDRAM存储器，形成矩阵数据；

(2)将DDRII SDRAM存储器中的矩阵数据进行矩阵分割：

(2a)以64×64小矩阵块为单位，按方阵的对角线方向，将矩阵数据划分出对称模式矩阵块；

(2b)以64×64小矩阵块为单位，以方阵的对角线作为对称轴，将矩阵数据划分出对称非对角模式矩阵块；

(2c)以64×64小矩阵块为单位，将除去方阵以外的剩余矩阵数据划分出非对称非对角模式矩阵块；

(3)使用FPGA中的RAM存储器资源，将单位对角模式矩阵块数据存入RAM，利用地址跳变每隔64个地址读出RAM中的数据，完成单位对角模式矩阵块方位向数据与距离向数据转换，实现对角模式矩阵块的转置处理；

(4)对称非对角模式矩阵块的转置处理：

(4a)将方阵对角线以上的单位对称非对角模式矩阵块横向分成两个相等的半单位矩阵块，再将方阵对角线以下的单位对称非对角模式矩阵块纵向分成两个相等的半单位矩阵块；

(4b)使用FPGA中的RAM存储器资源，将横向半单位矩阵块数据和与其对称的纵向半单位矩阵块数据存入RAM，利用地址跳变先每隔32个地址读出RAM中的数据，写入到横向半单位矩阵块中，再每隔64个地址读出RAM中的数据，写入到纵向半单位矩阵块中，完成横向半单位矩阵块数据和与其对称的纵向半单位矩阵块数据转换；

(5)当距离向采样点数和方位向采样点数不相等时，使用FPGA中的RAM存储器资源，将单位非对称非对角模式矩阵块数据存入RAM，利用地址跳变每隔64个地址读出RAM中的数据，完成单位非对称非对角模式矩阵块方位向数据与距离向数据转换，实现非对称非对角模式矩阵块的转置处理；反之不需要进行非对称非对角模式矩阵块的转置处理；

(6)转置完成后，进行复位操作，以便再次进行转置处理；