[发明专利]一种基于SAC算法的星载SAR自聚焦方法

摘要

本发明公开了一种基于SAC算法的星载SAR自聚焦系统，该系统采用FPGA完成，同时通过外界设备接收原始回波和卫星参数；FPGA中包括位置计算模块计算获得每条方位向数据的位置信息，并经过SDRAM存入到DPRAM中；DPRAM获取读取有效频谱数据，并输入至FFT IP核中进行IFFT，结果存储于SDRAM中；频移相关模块依据IFFT结果估计多普勒频率值存入SDRAM中；聚焦模块划分子块并计算各子块的多普勒频率估计值及其位置存入DPRAM中；剔值模块对DPRAM中估计值进行第一次剔值；均值模块对DPRAM中估计值求出均方差值；拟合模块对DPRAM中的估计值进行一次线性拟合，剔值模块剔除偏离值，重复三次后获得的拟合系数；依据该拟合系数，进行多普勒频率估计即可。该系统能够节省FPGA内部资源，并能够实时处理。

主权项

一种基于SAC算法的星载SAR自聚焦系统，其特征在于，该系统基于现场可编辑逻辑门阵列FPGA及其外接存储器DDR3和外接寄存器组实现，所述FPGA中集成有双端口存储器DPRAM、内部存储器SDRAM、傅里叶计算FFT IP核、位置计算模块、频移相关模块、聚焦模块、均值模块、剔值模块以及拟合模块；其中所述外接存储器DDR3接收卫星发来的原始回波数据；所述外接寄存器组接收卫星参数数据；所述卫星参数数据包括：脉冲重复频率prf、多普勒带宽Wdop、以及每条方位向数据的多普勒中心fdc；所述位置计算模块从所述外接寄存器组中获取卫星参数数据，根据卫星参数数据进行计算获得如下计算结果：每条方位向数据的频谱搬移中心位置Pcent和有效数据长度Leff，并获取每条方位向数据去模糊后的多普勒中心f'dc；所述计算结果经过所述SDRAM进入到所述DPRAM中；所述DPRAM依据所述计算结果，以f'dc为中心，从DDR3中读取2倍Leff长度的有效频谱数据；然后以f′dc为界把读取的有效频谱数据分为上下两个部分，进行逐点对应的共轭复乘运算，运算结果输入至所述FFT IP核中进行IFFT运算，将IFFT运算得到的每条方位向数据的最大值和最大值位置两个参数存储于内部存储器SDRAM中；所述频移相关模块从所述SDRAM中读取每条方位向数据的最大值和最大值位置运算获得每条方位向数据的多普勒频率估计初值，存入SDRAM中；所述聚焦模块根据聚焦深度划分N个子块，其中每个子块中包含多条方位向数据，聚焦模块从SDRAM中读取每个子块中的所有方位向数据的多普勒频率估计初值，取其中最大的值作为该子块统一的多普勒频率估计值，将每个子块统一的多普勒频率估计值及其位置存入所述DPRAM中；所述剔值模块遍历DPRAM中的N个子块的多普勒频率估计值，去掉一个最大值和一个最小值，求出剩余的N‑2个值的均方差，进行第一次剔值：剔除掉大于10倍均方差的值，将第一次剔值后的多普勒频率估计值及其对应的位置原位存储回DPRAM中；所述均值模块从所述DPRAM中读取剔值后的多普勒频率估计值，求出剔值后的均方差，将该剔值后的均方差值放入所述DPRAM中；所述拟合模块和剔值模块相互配合完成第二次剔值：所述拟合模块从所述DPRAM中读取剔值后的多普勒频率估计值进行一次线性拟合，拟合模块计算每个剔值后的多普勒频率估计值偏离拟合结果的误差均值，剔值模块将误差均值超过所述剔值后的均方差一定范围的多普勒频率估计值再次剔除；第二次剔值过程重复执行三次后，拟合模块将第二次剔值后的多普勒频率估计值进行一次线性拟合，获得拟合系数存入所述DPRAM中；拟合模块依据所述DPRAM中所存的拟合系数进行多普勒频率估计，获得输出结果；所述FPGA中共集成4个DPRAM、2个SDRAM和2个FFT IP核，其中4个DPRAM分别为第一初值估计DPRAM、第二初值估计DPRAM、第一精度优化DPRAM和第二精度优化DPRAM；2个SDRAM分别为第一SDRAM和第二SDRAM；所述2个FFT IP核分别为第一FFT IP核和第二FFT IP核；其中所述第一初值估计DPRAM和第二初值估计DPRAM并行同时从DDR3中读取两条方位向数据；其中所述位置计算模块的计算结果经过所述第一SDRAM同时进入到第一精度优化DPRAM和第二精度优化DPRAM中；所述第一精度优化DPRAM和第二精度优化DPRAM依据所述计算结果，以f'dc为中心，二者同时从DDR3中读取2倍Leff长度的有效频谱数据；然后以f′dc为界把读取的有效频谱数据分为上下两个部分，进行逐点对应的共轭复乘运算，第一精度优化DPRAM和第二精度优化DPRAM运算结果分别对应输入至第一FFT IP核和第二FFT IP核中分别进行IFFT运算，将第一FFT IP核和第二FFT IP核中的IFFT运算得到的每条方位向数据的最大值和最大值位置两个参数均存储于所述第二SDRAM中；所述频移相关模块从所述第二SDRAM中读取每条方位向数据的最大值和最大值位置运算获得每条方位向数据的多普勒频率估计初值，存入第二SDRAM中；所述聚焦模块从第二SDRAM中读取每个子块中的所有方位向数据的多普勒频率估计初值，取其中最大的值作为该子块统一的多普勒频率估计值，将每个子块统一的多普勒频率估计值及其位置存入所述第一精度优化DPRAM中；所述剔值模块遍历第一精度优化DPRAM中的N个子块的多普勒频率估计值，去掉一个最大值和一个最小值，求出剩余的N‑2个值的均方差，剔除掉大于10倍均方差的值，将剔值后的多普勒频率估计值及其对应的位置原位存储回第一精度优化DPRAM中；所述均值模块从所述第一精度优化DPRAM中读取剔值后的多普勒频率估计值，求出剔值后的均方差，将该剔值后的均方差值放入所述第一精度优化DPRAM中；第一精度优化DPRAM与第二精度优化DPRAM精进行数据乒乓流水操作；所述拟合模块从所述第二精度优化DPRAM中读取剔值后的多普勒频率估计值进行一次线性拟合，拟合模块计算每个剔值后的多普勒频率估计值偏离拟合结果的误差均值，将误差均值超过所述剔值后的均方差一定范围的多普勒频率估计值再次剔除，拟合模块重复执行三次后，将再次剔除后的多普勒频率估计值进行一次线性拟合，获得拟合系数存入所述DPRAM中；拟合模块依据所述DPRAM中所存的拟合系数进行多普勒频率估计，获得输出结果。