CN105044718A - 基于fpga和dsp的大斜视雷达成像装置和成像方法 - Google Patents

基于fpga和dsp的大斜视雷达成像装置和成像方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA和DSP的大斜视高分辨率雷达成像方法，其思路是：将得到的第一幅图数据、第二幅图数据、第三幅图数据和第四幅图数据进行乒乓传送，第一DSP1接收第一幅图数据后发送至第二DSP处理后回发至第一DSP，第一DSP再将处理过的第一幅图数据发送至FPGA，第四DSP收到第二幅图数据后发送至第三DSP处理后回发至第四DSP，第四DSP再将处理过的第二幅图数据发送至FPGA；第一DSP收到第三幅图数据处理后发送至FPGA，第四DSP收到第四幅图数据处理后发送至FPGA，FPGA再将处理过的各幅图数据发送至第五DSP5后再发送至PC显示器上，PC显示器依次显示处理过的各幅图数据。

Description

基于FPGA和DSP的大斜视雷达成像装置和成像方法
技术领域
本发明属雷达成像技术领域，特别涉及一种基于FPGA和DSP的大斜视雷达成像装置和成像方法，即一种基于现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGateArray，FPGA)和数字信号处理器(DigitalSignalProcessing，DSP)大斜视雷达成像装置和成像方法，适用于对雷达回波数据进行实时成像处理，获得大斜视高分辨率SAR图像。
背景技术
大斜视高分辨率雷达成像已是雷达的重要工作模式之一，尤其在地形匹配导航、空地监视、地面目标识别等任务中对雷达工作模式中的大斜视高分辨率成像均有要求。
目前，大斜视高分辨率雷达成像方法已较为成熟，在方法理论研究到达相当成熟时，必须推进大斜视高分辨率雷达成像方法的实用化研究，使得大斜视高分辨率雷达成像方法能够真正的用于国防科技，最终利惠于民。使用大斜视高分辨率雷达成像方法进行成像时，要求雷达在大斜视时有很好的横向分辨能力，该要求使得雷达方位向必须积累更大的数据量。所以，雷达大斜视高分辨率成像方法实用化的主要困难在于对大数据量的实时化处理。
伴随着数字信号处理技术及微电子工艺的蓬勃发展，现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGateArray，FPGA)的性能越来越高，数字信号处理器(DigitalSignalProcessing，DSP)也面向多片多核化发展，合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)的实时回波数据量非常大，对雷达信号实时处理系统的数据存储模块容量、信号处理模块的实时处理能力均提出了很高的要求。此时，基于单片DSP芯片的架构虽然已经比较成熟，但其运算能力非常有限，而且FPGA的方法效果较弱，无法满足雷达信号处理系统要求的实时性，以及雷达信号实时处理系统对大数据量的实时化处理要求。
发明内容
针对以上现有方法不足，本发明以大斜视高分辨率雷达成像方法为理论支持，提出一种基于FPGA和DSP的大斜视雷达成像装置和成像方法，即基于现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)的大斜视雷达成像装置和成像方法，该大斜视雷达成像装置和成像方法充分发挥现场可编程门阵列(FPGA)高效并行和数据分配灵活的特点，以及数字信号处理器(DSP)对大数据量的强大浮点运算能力，实现大斜视高分辨率雷达成像目的。
本发明主要思路是：首先利用FPGA分发雷达回波数据，即将雷达回波数据通过FPGA与DSP之间的串行高速接口(RapidIO)传送至DSP，传送方式为乒乓传送，分别传送给第一DSP、第四DSP，第一DSP接收第一幅图数据后通过超链接高速接口(Hyperlink)发送至第二DSP，第二DSP处理完第一幅图数据后通过超链接高速接口(Hyperlink)回发至第一DSP，第一DSP再将处理过的第一幅图数据通过超链接高速接口(Hyperlink)发送至FPGA；第四DSP接收第二幅图数据后通过超链接高速接口(Hyperlink)发送至第三DSP，第三DSP处理完第二幅图数据后通过通过超链接高速接口(Hyperlink)回发至第四DSP，第四DSP再将处理过的第二幅图数据通过超链接高速接口(Hyperlink)发送至FPGA；第一DSP接收第三幅图数据后进行处理，并将处理过的第三幅图像数据发送至FPGA，第四DSP接收第四幅图数据后进行处理，并将处理过的第四幅图像数据发送至FPGA，FPGA再通过串行高速接口(RapidIO)将接收到的处理过的第一幅图数据、处理过的第二幅图数据、处理过的第三幅图数据、处理过的第四幅图数据发送至第五DSP，第五DSP通过以太网将处理过的第一幅图数据、处理过的第二幅图数据、处理过的第三幅图数据、处理过的第四幅图数据发送至PC机显示器，PC机显示器显示处理过的第一幅图数据、处理过的第二幅图数据、处理过的第三幅图数据、处理过的第四幅图数据。
为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
技术方案一：
一种基于FPGA和DSP的大斜视雷达成像装置，其特征在于，包括：FPGA、第一DSP、第二DSP、第三DSP、第四DSP、第五DSP以及PC显示器；
所述FPGA设置有第一串行高速接口、第二串行高速接口和第三串行高速接口；
所述第一串行高速接口依次串联连接第一DSP和第二DSP；
所述第二串行高速接口依次串联连接第四DSP和第三DSP；
所述第三串行高速接口连接第五DSP，第五DSP通过以太网连接所述PC显示器；
所述FPGA处理接收到的雷达回波数据，得到低速率基带信号，并将低速率基带信号以两幅图的数据量为一组传输数据进行乒乓传送，第一组传输数据包含第一幅图像数据和第二幅图像数据，第二组传输数据包含第三幅图像数据和第四幅图像数据；
所述第一DSP接收FPGA发来的第一幅图像数据后，通过超链接高速接口将第一幅图像数据传送至第二DSP；
所述第一DSP再接收FPGA发来的第三幅图像数据，进行大斜视高分辨率SAR图像处理；
所述第二DSP对第一幅图像数据做大斜视高分辨率SAR图像处理，第二DSP完成第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且收到新的一幅图像数据后，将第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过超链接高速接口发送至第一DSP；
所述第一DSP完成第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理后，将接收到的第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
所述第一DSP完成第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理并且收到新的一幅图像数据后，将第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
所述第四DSP收到FPGA发来的第二幅图像数据后，通过超链接高速接口将第二幅图像数据传送至第三DSP；
所述第三DSP对第二幅图像数据做大斜视高分辨率SAR图像处理，第三DSP完成第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理并且收到新的一幅图像数据后，将第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过超链接高速接口发送至第四DSP；
所述第四DSP收到FPGA发来的第四幅图像数据后，进行大斜视高分辨率SAR图像处理，第四DSP完成第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理后，将接收到的第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
所述第四DSP完成第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且收到新的一幅图像数据后，将第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
所述第五DSP接收第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像后，通过以太网将第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像依次发送至PC显示器；
所述PC显示器依次显示第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像。
技术方案二：
一种基于FPGA和DSP的大斜视雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，FPGA处理接收到的雷达回波数据，得到低速率基带信号，并通过串行高速接口将低速率基带信号以两幅图的数据量为一组传输数据进行乒乓传送，第一组传输数据包含第一幅图像数据和第二幅图像数据，第二组传输数据包含第三幅图像数据和第四幅图像数据，然后FPGA将第一组传输数据乒乓传送至第一DSP和第四DSP，之后再将第二组传输数据乒乓传送至第一DSP和第四DSP。
步骤2，第一DSP接收FPGA发来的第一幅图像数据后，通过超链接高速接口将第一幅图像数据传送至第二DSP2，第二DSP2对第一幅图像数据做大斜视高分辨率SAR图像处理；
同时，第四DSP接收FPGA发来的第二幅图像数据后，通过超链接高速接口将第二幅图像数据发送至第三DSP，第三DSP对第二幅图像数据做大斜视高分辨率SAR图像处理。
步骤3，第一DSP再接收FPGA发来的第三幅图像数据，进行大斜视高分辨SAR成像处理，第四DSP再接收FPGA发来的第四幅图像数据，进行大斜视高分辨率SAR成像处理，第一DSP、第二DSP、第三DSP、第四DSP分别对各幅图数据做大斜视高分辨率SAR图像处理的步骤相同。
步骤4，第二DSP完成第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且收到新的一幅图像数据后，将第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过超链接高速接口发送至第一DSP，第一DSP完成第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理后，将接收到的第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
同时，第三DSP完成第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且接收新的一幅图像数据后，将第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过超链接高速接口发送至第四DSP，第四DSP完成第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理后，将第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA。
步骤5，第一DSP完成第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且接收新的一幅图数据后，将第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
同时，第四DSP完成第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且接收新的一幅图像数据后，将第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA。
步骤6，FPGA将第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口依次发送至第五DSP，第五DSP通过以太网将第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像发送至PC显示器，PC显示器依次显示第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像，从而完成整个大斜视高分辨率成像处理工作。
本发明的有益效果如下：
第一，本发明对FPGA数据处理程序进行了简化，重点是进行数据分发，并且FPGA只对雷达回波数据进行数字下变频处理；同时，FPGA采用3个全双工串行高速接口(RapidIO)模块，分别对应第一DSP、第四DSP和第五DSP，此设计使得雷达回波数据分配更加灵活；此外，FPGA与多片多核DSP的协同处理，能够更好地满足系统的实时性要求。
第二，本发明选择5片8核的高性能数字信号处理器(DSP)对雷达回波数据进行处理，其中4片DSP，即第一DSP、第二DSP、第三DSP和第四DSP进行乒乓成像方法处理，符合大斜视高分辨的大数据量要求，也很好地满足了实时性要求。
第三，本发明对数字信号处理器(DSP)的8核采用并行化设计，充分利用8核数字信号处理器(DSP)的硬件资源优势，这种并行化设计不仅得到了很高的精度，还提高了流水执行效率，大幅提高了雷达回波数据处理速度。
第四，本发明中雷达回波数据传输所使用的串行高速接口(RapidIO)和超链接高速接口(Hyperlink)均为全双工高速数据传输接口，串行高速接口(RapidIO)峰值速度为50Gbps，超链接高速接口(Hyperlink)峰值速度为50Gbps，能够合理利用这两个全双工高速数据传输接口，很大程度上提高了所有雷达回波数据的传输速度，大大提高了系统的工作效率。
第五，本发明的整个系统设计过程中，子模块的设计以及模块间的通信均经过了严格的硬件平台验证，以保证系统的实时性和可行性。另外，FPGA和DSP协同处理的系统结构也充分利用了FPGA和DSP各自的架构特点，即在保证很高的实时性要求的前提下，又保证了较高的精度要求。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的一种基于FPGA和DSP的大斜视高分辨率雷达成像方法数据流向结构示意图；
图2是本发明的现场可编程门阵列(FPGA)数据流向示意图；
图3是本发明的数字信号处理器(DSP)方法结构示意图；
图4是使用本发明算法得到的成像结果图。
具体实施方式：
参照图1，说明本发明的一种基于FPGA和DSP的大斜视高分辨率雷达成像装置，其特征在于，包括：FPGA、第一DSP、第二DSP、第三DSP、第四DSP、第五DSP以及PC显示器；
所述FPGA设置有第一串行高速接口、第二串行高速接口和第三串行高速接口；
所述第一串行高速接口依次串联连接第一DSP和第二DSP；
所述第二串行高速接口依次串联连接第四DSP和第三DSP；
所述第三串行高速接口连接第五DSP，第五DSP通过以太网连接所述PC显示器；
所述FPGA，处理接收到的雷达回波数据，得到低速率基带信号，并将低速率基带信号以两幅图的数据量为一组传输数据进行乒乓传送，第一组传输数据包含第一幅图像数据、第二幅图像数据，第二组传输数据包含第三幅图像数据、第四幅图像数据；
所述第一DSP接收FPGA发来的第一幅图像数据后，通过超链接高速接口将第一幅图像数据传送至第二DSP；
所述第一DSP再接收FPGA发来的第三幅图像数据，进行大斜视高分辨率SAR图像处理；
所述第二DSP对第一幅图像数据做大斜视高分辨率SAR图像处理，第二DSP完成第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且收到新的一幅图像数据后，将第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过超链接高速接口发送至第一DSP；
所述第一DSP完成第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理后，将接收到的第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
所述第一DSP完成第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理并且收到新的一幅图像数据后，将第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
所述第四DSP收到FPGA发来的第二幅图像数据后，通过超链接高速接口将第二幅图像数据传送至第三DSP；
所述第三DSP对第二幅图像数据做大斜视高分辨率SAR图像处理，第三DSP完成第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理并且收到新的一幅图像数据后，将第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过超链接高速接口发送至第四DSP；
所述第四DSP收到FPGA发来的第四幅图像数据后，进行大斜视高分辨率SAR图像处理，第四DSP完成第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理后，将接收到的第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
所述第四DSP完成第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且收到新的一幅图像数据后，将第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
所述第五DSP接收第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像后，通过以太网将第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像发送至PC显示器；
所述PC显示器依次显示第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像。
本发明的一种基于FPGA和DSP的大斜视高分辨率雷达成像方法，包括以下步骤：
步骤1，FPGA处理接收到的雷达回波数据，得到低速率基带信号，并通过串行高速接口(RapidIO)将低速率基带信号以两幅图的数据量为一组传输数据进行乒乓传送，第一组传输数据包含第一幅图像数据和第二幅图像数据，第二组传输数据包含第三幅图像数据和第四幅图像数据，然后FPGA将第一组传输数据乒乓传送至第一DSP和第四DSP，之后再将第二组传输数据乒乓传送至第一DSP和第四DSP。
具体地，参照图2，为本发明现场可编程门阵列(FPGA)数据流向示意图，FPGA实时接收前端模块传送过来的雷达回波数据，并对该雷达回波数据依次进行模数(A/D)转换、低压差分信号(LowVoltageDifferentialSignaling，LVDS)接收模块处理，并依照先进先出(FirstInputFirstOutput，FIFO)队列原则进行输出后，再经过直接数字控制系统(DirectDigitalControl，DDC)或有限长单位冲激响应(FiniteImpulseResponse，FIR)滤波器处理后，得到低速率基带信号，并通过串行高速接口(RapidIO)将该低速率基带信号以两幅图的数据量为一组传输数据进行乒乓传送，第一组传输数据包含第一幅图像数据和第二幅图像数据，第二组传输数据包含第三幅图像数据和第四幅图像数据，然后FPGA将第一组传输数据乒乓传送至第一DSP和第四DSP，之后再将第二组传输数据乒乓传送至第一DSP和第四DSP，乒乓传送的时间间隔是完成一个合成孔径数据即一幅图的数据积累所需的时间。
步骤2，第一DSP接收FPGA发来的第一幅图像数据后，通过超链接高速接口(Hyperlink)将第一幅图像数据传送至第二DSP2，第二DSP2对第一幅图像数据做大斜视高分辨率SAR图像处理；
同时，第四DSP接收FPGA发来的第二幅图像数据后，通过超链接高速接口(Hyperlink)将第二幅图像数据发送至第三DSP，第三DSP对第二幅图像数据做大斜视高分辨率SAR图像处理。
步骤3，第一DSP再接收FPGA发来的第三幅图像数据，进行大斜视高分辨SAR图像处理，第四DSP再接收FPGA发来的第四幅图像数据，进行大斜视高分辨率SAR图像处理，第一DSP、第二DSP、第三DSP、第四DSP分别对各幅图数据做大斜视高分辨率SAR图像处理的步骤相同。
具体地，参照图3，为本发明的数字信号处理器(DSP)方法结构示意图，本发明采用8核DSP的主辅模式进行数据处理，即核0作为主核，核1～核7作为辅核；一个主核和7个辅核均会对自己接收到的数据进行处理，主核除负责处理自己的数据以外，还负责一个主核和7个辅核各核数据的积累、计算和分发。
使用定义在共享存储区域的消息(Message)变量赋值，实现一个主核和7个辅核八个核处理步骤的同步功能，即当一个主核和7个辅核中的任意一核对应的消息变量被赋值时，主核查询该核对应的消息(Message)变量，直到查询到一个主核和7个辅核中的每一核对应的消息变量均被赋值后，主核才能通知一个主核和7个辅核可以开始进行下一步操作。一个主核和7个辅核中的任意一核通过给该核对应的消息(Message)变量赋值作为该核完成一步操作的标志，当消息变量赋值为1时，表明与该消息变量对应的核接收的子图数据开始进行多普勒频率估计；当消息(Message)变量赋值为4时，表明与该消息变量对应的核接收的子图数据完成了距离徙动校正、距离脉压、调频率估计的操作；当消息(Message)变量赋值为10时，表明与该消息变量对应的核接收的子图数据完成了运动误差补偿、方位向成像、多视和量化处理。
步骤3的具体子步骤为：
3.1所述主核负责接收一幅图像数据，并将该幅图像数据按照一个图像数据的核能够处理的数据量分成八块子图数据，每当积累够一个核能够处理的数据量即一块子图数据后，主核通过对存放在共享存储区的消息(Message)变量陆续赋值，进而依次将消息变量通知主核和7个辅核；
所述主核和7个辅核通过查询各核对应的消息变量，从而准备对各核分别接收的第一块子图数据～第八块子图数据分别开始做下一步处理，即多普勒中心频率估计。
具体地，消息(Message)变量初值为0，当积累够一个核能够处理的数据量即第一块子图数据后，主核通过给主核对应的消息(Message)变量赋值1，告诉主核可以开始处理数据，然后把第一块子图数据的起始地址发送给主核，主核通过查询自己的消息(Message)变量，发现为1后从对应第一块子图数据的起始地址获取第一块子图数据，并开始进行多普勒中心频率估计；接着当积累够一个核能够处理的数据量即第二块子图数据后，主核通过给辅核核1的消息(Message)变量赋值1，告诉辅核核1可以开始处理数据，然后把第二块子图数据的起始地址发送给辅核核1，辅核核1通过自己查询自己的消息(Message)变量，发现为1后从对应第二块子图数据的起始地址获取第二块子图数据，并开始进行多普勒中心频率估计，以此类推，辅核核2～辅核核7各自接收的子图数据依次开始进行多普勒中心频率估计。
多普勒中心频率是指雷达波束中心线(LOS)上的多普勒频率，它对应于雷达波束的能量中心，多普勒中心估计就是估计雷达回波信号的方位谱中心频率，对于工作于正侧视情况下的机载合成孔径雷达(SAR)，只有当其飞行航线为理想直线时，其多普勒中心才为零；而实际中，机载合成孔径雷达(SAR)不可能达到严格的直线飞行，即存在垂直航向的速度分量，此时多普勒中心不为零，因此需要对雷达回波信号的多普勒中心频率进行估计。
当运动平台以恒定的速度飞行时，雷达回波数据可以看成是一系列线性多普勒调频波，其调频率与运动平台速度的平方成正比，调频率可以通过现有的理论公式计算得到；而实际中，运动平台速度不可避免地会发生变化，多普勒调频率也会随之发生变化。所以，为了获得更高的成像质量，对多普勒调中心频率的估计也是必不可少的。
3.2所述主核对接收的第一块子图数据进行多普勒中心频率估计，7个辅核分别对核1～核7接收的第二块子图数据～第八块子图数据分别进行多普勒中心频率估计；
所述主核和7个辅核将各核接收的第一块子图数据～第八块子图数据估计得到的多普勒中心频率估计值，分别赋值给各核对应的消息变量，
所述主核分别查询各核对应的消息变量后，依次得到各核分别接收的第一块子图数据～第八块子图数据的8个多普勒中心频率估计值；
所述主核计算8个多普勒中心频率估计值的平均值，并将该8个多普勒中心频率估计值的平均值作为该幅图像数据的多普勒中心频率估计值；
所述主核将该幅图像数据的多普勒中心频率估计值分别发送至各核对应的消息变量，进而作为各核分别接收的第一块子图数据～第八块子图数据的多普勒中心估计值。
3.3所述主核根据该幅图像数据的多普勒中心频率估计值，对接收到的第一块子图数据进行距离徙动校正、距离脉压、调频率估计的操作后，对主核对应的消息变量进行第一完成标志的赋值，本发明对主核对应的消息变量赋值4作为第一完成标志；
所述7个辅核根据该幅图像数据的多普勒中心频率估计值，分别完成核1～核7分别接收的第二块子图数据～第八块子图数据的距离徙动校正、距离脉压、调频率估计的操作后，分别通过对核1～核7各自对应的消息变量进行第一完成标志的赋值，本发明对核1～核7对应的消息变量分别赋值4作为第一完成标志；
所述主核通过查询各核对应的消息变量，确定各核分别接收的八块子图数据均完成距离徙动校正、距离脉压、调频率估计的操作后，然后主核通过调频率拟合计算，得到该幅图像数据的运动误差；
所述主核将该运动误差赋值给各核对应的消息变量，进而做为各核分别接收的第一块子图数据～第八块子图数据的运动误差；
具体地，距离徙动包括由于雷达和动目标相对运动产生的距离弯曲，以及由于雷达斜视产生的距离走动。在正侧视情况下，距离徙动主要指距离弯曲，距离弯曲现象会使动目标在距离向和方向位的二维方向上发生耦合，增加旁瓣的信号强度，降低成像质量。因此，必须对距离徙动进行校正，解除距离向和方位向的耦合性，从而提高成像质量。
运动平台非理想运动状况的不稳定性较大，如果不采取运动误差补偿，将导致所接收到的雷达回波数据受到不稳定因素的影响而产生较大失真，从而导致雷达成像质量下降，甚至不能成像，而这种较大失真表现在两个方面，即包络延时及相位误差。因此，在雷达成像算法中，将会通过相位梯度自聚焦(PGA)算法对包络延时和相位误差分别进行补偿，从而进一步提高雷达成像质量。
3.4所述主核对接收的完成距离徙动校正、距离脉压、调频率估计操作的的第一块子图数据进行运动误差补偿、方位向成像、多视和量化后，对主核对应的消息变量进行第二完成标志的赋值，本发明对主核对应的消息变量赋值10作为第二完成标志；
所述7个辅核对接收的分别完成距离徙动校正、距离脉压、调频率估计操作的第二块子图数据～第八块子图数据，分别进行运动误差补偿、方位向成像、多视和量化的操作后，分别对7个辅核各自对应的消息变量进行第二完成标志的赋值，本发明对7个辅核各自对应的消息变量分别赋值10作为第二完成标志；
所述主核查询各核对应的消息变量，确定各核接收的完成距离徙动校正、距离脉压、调频率估计操作的第一块子图数据～第八块子图数据均完成完成运动误差补偿、方位向成像、多视和量化处理的操作处理后，对此时的各块子图数据进行拼接，从而形成该幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像，并在设定的时间节点内发送给下一级进行处理；
3.5采用3.1～3.4同样的处理方法，使得DSP1～DSP4中各自得到的一幅图像数据均完成大斜视高分辨SAR图像处理，分别形成第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像。
步骤4，第二DSP完成第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且收到新的一幅图像数据后，将第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过超链接高速接口(Hyperlink)发送至第一DSP，第一DSP完成第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理后，将接收到的第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口(RapidIO)发送至FPGA；
同时，第三DSP完成第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且接收新的一幅图像数据后，将第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过超链接高速接口(Hyperlink)发送至第四DSP，第四DSP完成第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理后，将第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口(RapidIO)发送至FPGA。
步骤5，第一DSP完成第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且接收新的一幅图数据后，将第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口(RapidIO)发送至FPGA；
同时，第四DSP完成第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且接收新的一幅图像数据后，将第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口(RapidIO)发送至FPGA。
步骤6，FPGA将第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口(RapidIO)依次发送至第五DSP，第五DSP通过以太网(Ethernet)将第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像发送至PC显示器，PC显示器依次显示第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像，从而完成整个大斜视高分辨率成像处理工作。
本发明的效果可以通过仿真实验得到说明。
(1)仿真参数：
本发明实验的仿真参数设置如下：雷达工作频率为34.2GHZ，脉冲宽度是2e-6s，平台速度为16.7m/s，采样频率是200e6MHz，斜视角30°，带宽为100e6MHz，脉冲重复频率为500Hz，雷达距场景中心距离是1836m；
(2)仿真内容
通过对本发明的基于现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGateArray，FPGA)和数字信号处理器(DigitalSignalProcessing，DSP)硬件处理平台整体结构和链接拓扑的详细描述，以及对应用接口和数据传输的优化设计，将方法步骤分步映射移植到信号处理平台上，按照预先规划的流程步骤依次执行操作，最终得到结果。
(3)结果分析
图4是利用本发明的一种基于FPGA和DSP的大斜视高分辨率雷达成像方法在某次试验中的处理结果图，该处理结果图是利用基于FPGA和DSP的大斜视高分辨率雷达成像方法处理后的15幅图拼接而得到的图像，经过验证，系统得以正确运行，并且其实时性得到很好的保证。
并且，系统在很好地满足实时性的前提下，本发明中的硬件成像系统也出色地完成了实时大斜视高分辨率雷达成像，达到了预期的效果，验证了本发明方法的可行性和有效性。
综上所述，仿真实验验证了本发明的正确性，有效性和可靠性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围；这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种基于FPGA和DSP的大斜视雷达成像装置，其特征在于，包括：FPGA、第一DSP、第二DSP、第三DSP、第四DSP、第五DSP以及PC显示器；
所述FPGA设置有第一串行高速接口、第二串行高速接口和第三串行高速接口；
所述第一串行高速接口依次串联连接第一DSP和第二DSP；
所述第二串行高速接口依次串联连接第四DSP和第三DSP；
所述第三串行高速接口连接第五DSP，第五DSP通过以太网连接所述PC显示器；
所述FPGA处理接收到的雷达回波数据，得到低速率基带信号，并将低速率基带信号以两幅图的数据量为一组传输数据进行乒乓传送，第一组传输数据包含第一幅图像数据、第二幅图像数据，第二组传输数据包含第三幅图像数据、第四幅图像数据；
所述第一DSP接收FPGA发来的第一幅图像数据后，通过超链接高速接口将第一幅图像数据传送至第二DSP；
所述第一DSP再接收FPGA发来的第三幅图像数据，进行大斜视高分辨率SAR图像处理；
所述第二DSP对第一幅图像数据做大斜视高分辨率SAR图像处理，第二DSP完成第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且收到新的一幅图像数据后，将第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过超链接高速接口发送至第一DSP；
所述第一DSP完成第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理后，将接收到的第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
所述第一DSP完成第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理并且收到新的一幅图像数据后，将第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
所述第四DSP收到FPGA发来的第二幅图像数据后，通过超链接高速接口将第二幅图像数据传送至第三DSP；
所述第三DSP对第二幅图像数据做大斜视高分辨率SAR图像处理，第三DSP完成第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理并且收到新的一幅图像数据后，将第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过超链接高速接口发送至第四DSP；
所述第四DSP收到FPGA发来的第四幅图像数据后，进行大斜视高分辨率SAR图像处理，第四DSP完成第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理后，将接收到的第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
所述第四DSP完成第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且收到新的一幅图像数据后，将第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
所述第五DSP接收第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像后，通过以太网将第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像发送至PC显示器；
所述PC显示器依次显示第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像。
2.一种基于FPGA和DSP的大斜视雷达成像方法，包括以下步骤：
步骤1，FPGA处理接收到的雷达回波数据，得到低速率基带信号，并通过串行高速接口将低速率基带信号以两幅图的数据量为一组传输数据进行乒乓传送，第一组传输数据包含第一幅图像数据和第二幅图像数据，第二组传输数据包含第三幅图像数据和第四幅图像数据，然后FPGA将第一组传输数据乒乓传送至第一DSP和第四DSP，之后再将第二组传输数据乒乓传送至第一DSP和第四DSP；
步骤2，第一DSP接收FPGA发来的第一幅图像数据后，通过超链接高速接口将第一幅图像数据传送至第二DSP，第二DSP对第一幅图像数据做大斜视高分辨率SAR图像处理；
同时，第四DSP接收FPGA发来的第二幅图像数据后，通过超链接高速接口将第二幅图像数据发送至第三DSP，第三DSP对第二幅图像数据做大斜视高分辨率SAR图像处理；
步骤3，第一DSP再接收FPGA发来的第三幅图像数据，进行大斜视高分辨SAR图像处理，第四DSP再接收FPGA发来的第四幅图像数据，进行大斜视高分辨率SAR图像处理；
步骤4，第二DSP完成第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且收到新的一幅图像数据后，将第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过超链接高速接口发送至第一DSP，第一DSP完成第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理后，将接收到的第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
同时，第三DSP完成第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且接收新的一幅图像数据后，将第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过超链接高速接口发送至第四DSP，第四DSP完成第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理后，将第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
步骤5，第一DSP完成第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且接收新的一幅图数据后，将第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
同时，第四DSP完成第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像处理，并且接收新的一幅图像数据后，将第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口发送至FPGA；
步骤6，FPGA将第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像通过串行高速接口依次发送至第五DSP，第五DSP通过以太网将第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像发送至PC显示器，PC显示器依次显示第一幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第二幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第三幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像、第四幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图像。
3.如权利要求2所述的一种基于FPGA和DSP的大斜视雷达成像方法，其特征在于，所述的大斜视高分辨率SAR成像处理，其中，第一DSP、第二DSP、第三DSP、第四DSP分别采用8核DSP的主辅模式，即核0作为主核，核1～核7作为辅核；
所述的大斜视高分辨率SAR成像处理的具体子步骤为：
3.1所述主核负责接收一幅图像数据，并将该幅图像数据按照一个主核能够处理的数据量分成八块子图数据，每当积累够一个核能够处理的数据量即一块子图数据后，主核通过对存放在共享存储区的消息变量陆续赋值，进而依次将消息变量通知主核和7个辅核；
所述主核和7个辅核通过查询各核对应的消息变量，从而准备对各核分别接收的第一块子图数据～第八块子图数据分别开始做下一步处理，即多普勒中心频率估计；
3.2所述主核对接收的第一块子图数据进行多普勒中心频率估计，7个辅核分别对核1～核7接收的第二块子图数据～第八块子图数据分别进行多普勒中心频率估计；
所述主核和7个辅核将各核接收的第一块子图数据～第八块子图数据估计得到的多普勒中心频率估计值，分别赋值给各核对应的消息变量；
所述主核分别查询各核对应的消息变量后，依次得到各核分别接收的第一块子图数据～第八块子图数据的8个多普勒中心频率估计值；
所述主核计算8个多普勒中心频率估计值的平均值，并将该8个多普勒中心频率估计值的平均值作为该幅图像数据的多普勒中心频率估计值；
所述主核将该幅图像数据的多普勒中心频率估计值分别发送至各核对应的消息变量，进而作为各核分别接收的第一块子图数据～第八块子图数据的多普勒中心估计值；
3.3所述主核根据该幅图像数据的多普勒中心频率估计值，对接收到的第一块子图数据进行距离徙动校正、距离脉压、调频率估计的操作后，对主核对应的消息变量进行第一完成标志的赋值；
所述7个辅核根据该幅图像数据的多普勒中心频率估计值，分别完成核1～核7分别接收的第二块子图数据～第八块子图数据的距离徙动校正、距离脉压、调频率估计的操作后，分别对核1～核7各自对应的消息变量进行第一完成标志的赋值；
所述主核通过查询各核对应的消息变量，确定各核分别接收的八块子图数据均完成距离徙动校正、距离脉压、调频率估计的操作后，然后主核通过调频率拟合计算，得到该幅图像数据的运动误差；
所述主核将该运动误差赋值给各核对应的消息变量，进而做为各核分别接收的第一块子图数据～第八块子图数据的运动误差；
3.4所述主核对接收的完成距离徙动校正、距离脉压、调频率估计操作的第一块子图数据进行运动误差补偿、方位向成像、多视和量化后，对主核对应的消息变量进行第二完成标志的赋值；
所述7个辅核对接收的分别完成距离徙动校正、距离脉压、调频率估计操作的第二块子图数据～第八块子图数据，分别进行运动误差补偿、方位向成像、多视和量化的操作后，分别对7个辅核各自对应的消息变量进行第二完成标志的赋值；
所述主核查询各核对应的消息变量，确定各核接收的完成距离徙动校正、距离脉压、调频率估计操作的第一块子图数据～第八块子图数据均完成运动误差补偿、方位向成像、多视和量化处理的操作处理后，对此时的各块子图数据进行拼接，从而形成该幅图像数据的大斜视高分辨率SAR图成像。
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