CN108152816A - 基于多核dsp的实时sar成像系统及成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多核DSP的实时SAR成像系统及成像方法，该成像系统包括A/D输入模块、FPGA模块、DSP模块和D/A输出模块；A/D输入模块用于成像回波信号的采样；FPGA模块用于接收成像回波信号并进行预处理，预处理完成后向DSP模块发送中断；DSP模块用于对预处理后的成像回波信号进行方位向和距离向聚焦，得到成像结果；D/A输出模块用于产生射频发射机的调制信号。本发明通过EMIF异步接口实现多核DSP与FPGA之间的高速数据传输，多核DSP并行处理数据实现了高速数据处理，有效解决了SAR成像系统数据量大、实时性要求高等难题。

Description

基于多核DSP的实时SAR成像系统及成像方法
技术领域
本发明涉及SAR成像技术，特别是一种基于多核DSP的实时SAR成像系统及成像方法。
背景技术
雷达成像技术利用微波谱段的电磁波作为探测载体，通过高分辨雷达来获得观测对象电磁散射特性。雷达成像技术应用最多的是合成孔径雷达(SAR)。合成孔径雷达具有全天时、全天候、远距离、高分辨、宽测绘带等优势，在军事和民用领域展现出了卓越的应用价值和广阔的应用前景。
当前，机载和星载SAR的应用已十分广泛，已得到亚米级的分辨率，场景图像的质量可与同类用途的光学图像相媲美。利用SAR的高分辨能力，并结合其他雷达技术，SAR还可完成场景的高程测量，以及在场景中显示地面运动目标(GMTI)。SAR成像算法具有数据量大，成像算法复杂，实时性要求高等特点，利用多核DSP超高的运算速率可以使SAR成像获得较大的提升空间。
SAR成像算法常用的有R-D算法，R-D算法通过对回波信号进行距离向和方位向聚焦之后得到成像结果，其缺点是运算量大，成像算法复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多核DSP的实时SAR成像系统及成像方法，解决SAR成像系统数据量大，实时性要求高的问题。
实现本发明目的的技术方案为：一种基于多核DSP的实时SAR成像系统，包括A/D输入模块、FPGA模块、DSP模块和D/A输出模块；
A/D输入模块用于成像回波信号的采样；
FPGA模块用于接收成像回波信号并进行预处理，预处理完成后向DSP模块发送中断；
DSP模块用于对预处理后的成像回波信号进行方位向和距离向聚焦，得到成像结果；
D/A输出模块用于产生调制信号。
一种基于多核DSP的实时SAR成像方法，包括以下步骤：
通过A/D输入模块采样得到成像回波信号；
FPGA模块接收成像回波信号并进行预处理，预处理后向DSP模块发送中断；
DSP模块对预处理后的成像回波信号进行方位向和距离向聚焦，得到成像结果；
D/A输出模块产生调制信号。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：
本发明提供的EMIF异步接口实现多核DSP与FPGA之间的高速数据传输，多核DSP并行处理数据实现了高速数据处理，对比单核，运算速率可提高4-5倍，有效解决了SAR成像系统数据量大、实时性要求高等问题。
附图说明
图1为本发明基于多核DSP的实时SAR成像方法流程图。
图2为EMIF16高速数据接口连接示意图。
具体实施方式
结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步描述。
本发明的一种基于多核DSP的实时SAR成像系统，包括A/D输入模块、FPGA模块、DSP模块和D/A输出模块；
A/D输入模块用于成像回波信号的采样；
FPGA模块用于接收成像回波信号并进行预处理，预处理完成后向DSP模块发送中断；
DSP模块用于对预处理后的成像回波信号进行方位向和距离向聚焦，得到成像结果；
D/A输出模块用于输出调制信号。
进一步的，DSP模块设置有EMIF16高速数据接口，用于DSP模块和FPGA模块间的高速数据通信。
进一步的，所述预处理包括低通滤波和正交变换。
结合图1，一种基于多核DSP的实时SAR成像方法，包括以下步骤：
通过A/D输入模块采样得到成像回波信号；
FPGA模块接收成像回波信号并进行预处理，预处理后向DSP模块发送中断；
DSP模块对预处理后的成像回波信号进行方位向和距离向聚焦，得到成像结果；
D/A输出模块输出调制信号。
进一步的，预处理包括低通滤波和正交变换。
进一步的，DSP模块对预处理后的成像回波信号进行方位向聚焦的具体过程为：
对成像回波信号首先进行距离向FFT，对距离向FFT完成后得到的频域信号进行方位向FFT，然后进行方位向匹配滤波，最后进行方位向IFFT，得到成像结果。
进一步的，DSP模块对预处理后的成像回波信号进行聚焦的具体过程为：
成像回波信号的基频信号在距离快时间-方位慢时间域可写为
其中γ是发射的LFM信号的调频率，而在任一时刻tm雷达天线相位中心的斜距为R(tm)。式中，ar(t)和aa(t)分别为雷达线性调频信号的窗函数和方位窗函数，前者在未加权时为矩形窗，后者除滤波加权外，还与天线波束形状有关；λ＝c/fc为中心频率对应的波长；其中c为电磁波传播速度，fc为LFM信号的中心频率。
对距离徙动的校正分两步进行：首先在时域校正掉距离走动的主要部分，然后转到距离频率-方位频率(多普勒)域进行剩余的距离走动和距离弯曲的校正；压缩后的信号为
其中σ0为常数，R0为场景中心的射线斜距，Δfr和Δfa分别为信号的频带宽度和多普勒带宽，V为飞机飞行速度，θ0为雷达波束的倾斜角，Xn为点目标与起始位置之间的距离。
图2为DSP模块与FPGA模块之间的连接示意图。如图所示，将EMIF16的地址总线，数据总线以及控制总线与FPGA的I/O口连接。FPGA内部采用乒乓RAM的模式存储数据以确保数据的完整性。

Claims (7)

1.一种基于多核DSP的实时SAR成像系统，其特征在于，包括A/D输入模块、FPGA模块、DSP模块和D/A输出模块；
A/D输入模块用于成像回波信号的采样；
FPGA模块用于接收成像回波信号并进行预处理，预处理完成后向DSP模块发送中断；
DSP模块用于对预处理后的成像回波信号进行方位向和距离向聚焦，得到成像结果；
D/A输出模块用于产生射频发射机的调制信号。
2.根据权利要求1所述的基于多核DSP的实时SAR成像系统，其特征在于，DSP模块设置有EMIF16高速数据接口，用于DSP模块和FPGA模块间的高速数据通信。
3.根据权利要求1所述的基于多核DSP的实时SAR成像系统，其特征在于，预处理包括低通滤波和正交变换。
4.一种基于权利要求1所述基于多核DSP的实时SAR成像系统的实时SAR成像方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过A/D输入模块采样得到成像回波信号；
FPGA模块接收成像回波信号并进行预处理，预处理后向DSP模块发送中断；
DSP模块对预处理后的成像回波信号进行方位向和距离向聚焦，得到成像结果；
D/A输出模块产生调制信号。
5.根据权利要求4所述的基于多核DSP的实时SAR成像方法，其特征在于，预处理包括低通滤波和正交变换。
6.根据权利要求4所述的基于多核DSP的实时SAR成像方法，其特征在于，DSP模块对预处理后的成像回波信号进行方位向聚焦的具体过程为：
对成像回波信号首先进行距离向FFT，对距离向FFT完成后得到的频域信号进行方位向FFT，然后进行方位向匹配滤波，最后进行方位向IFFT，得到成像结果。
7.根据权利要求4或6所述的基于多核DSP的实时SAR成像方法，其特征在于，DSP模块对预处理后的成像回波信号进行聚焦的具体过程为：
成像回波信号的基频信号在距离快时间-方位慢时间域可写为
其中γ为发射的LFM信号的调频率，R(tm)为任一时刻tm雷达天线相位中心的斜距；ar(t)和aa(t)分别为雷达线性调频信号的窗函数和方位窗函数，λ＝c/fc为中心频率对应的波长，c为电磁波传播速度，fc为LFM信号的中心频率。
对距离徙动的校正分两步进行：
首先在时域校正掉距离走动的主要部分，然后转到距离频率-方位频率域进行剩余的距离走动和距离弯曲的校正；压缩后的信号为
其中σ0为常数，R0为场景中心的射线斜距，Δfr和Δfa分别为信号的频带宽度和多普勒带宽，V为飞机飞行速度，θ0为雷达波束的倾斜角，Xn为点目标与起始位置之间的距离。
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