CN111766582B - 一种双基前视sar图像几何校正方法及装置 - Google Patents

一种双基前视sar图像几何校正方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法及装置，所述方法包括：DSP将参数数据发送到FPGA中；FPGA在地平面上布置一个二维虚拟矩阵，FPGA具有k个斜地像素点对应关系计算模块；从二维虚拟矩阵中取出k个未处理的像素点及坐标；将获取的所述未处理的像素点的坐标同时输入所述斜地像素点对应关系计算模块，每个斜地像素点对应关系计算模块处理一个未处理的像素点的坐标；将所述FPGA的各个斜地像素点对应关系计算模块的计算结果组合成斜地投影转换矩阵；DSP的回波完成距离向和方位向处理，获得成像斜平面的图像后，结合所述斜地投影转换矩阵，将成像斜平面的图像校正为地平面的图像。

Description

一种双基前视SAR图像几何校正方法及装置
技术领域
本发明涉及雷达成像处理领域，尤其涉及一种基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法及装置。
背景技术
自上个世纪50年代合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)作为一种遥感探测系统问世以来，SAR以其独特的全天时、全天候、工作能力等优势，一直吸引着国内外各领域专家的关注，SAR得到了快速发展。双基前视SAR的优势在于可以前视成像，双基前视SAR具有分离的发射平台和接收平台，发射平台斜视目标区域，接收平台前视接收场景的回波信号，基于双基前视SAR的特点，其在匹配制导等领域具有非常好的应用前景。
但双基前视SAR的回波处理，受限于当前的集成电路工业水平和成像算法理论水平，目前通常采用频域成像算法。双基前视SAR频域成像算法通常包括以下三个步骤：距离向回波处理、方位向处理和图像几何校正。距离向回波处理的作用是将回波在距离向进行压缩，将图像点目标的二维回波响应压缩成绩，并辅以包络拉直处理，方便后续的方位向处理。方位向处理的作用是将图像点目标的一维响应线压缩成点，完成双基前视SAR回波的成像处理，获得成像斜平面的图像。但双基前视SAR由于其结构特点，造成经算法处理得出的成像斜平面的图像与地平面实际的图像相比，存在旋转、拉伸等形变因素，不利于图像处理。由于最终需要获取地平面图像进行处理，因此，需要对成像斜平面进行图像几何校正，以将成像斜平面的图像转换成地平面图像。
图像几何校正步骤包括：计算斜地投影矩阵和斜地图像映射。计算斜地投影矩阵就是计算地平面图像像素点与成像斜平面图像的像素点之间的投影关系，由于二维图像像素点多，造成实际计算量很大。斜地图像映射是根据已经计算好的斜地投影矩阵，将斜平面的图像投影到地平面，在现有技术中，考虑到成像算法的计算复杂度较高。因此，双基前视SAR成像算法一般采用数字信号处理器(digital signal processor,DSP)实现。然而，由于DSP的并行度有限，以当前TI公司最好的DSP 6678为例，其仅有8个核，实现斜平面的图像投影到地平面还是非常耗时的。
因此，需要设计新的处理方法，以降低双基前视SAR图像几何校正计算耗时长、计算量大的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法及装置，所述方法及装置，用以解决现有技术中双基前视SAR图像几何校正计算耗时长、计算量大的问题。
根据本发明的第一方面，提供一种基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S201：DSP将成像场景中心参数、发射平台及接收平台的运动参数数据，通过高速接口发送到FPGA中；所述DSP与FPGA之间通过高速接口互连；所述FPGA具有k个斜地像素点对应关系计算模块；
步骤S202：FPGA根据成像场景中心的坐标，在地平面上布置一个以成像分辨率为间隔的二维虚拟矩阵；所述二维虚拟矩阵中每个元素代表像素点的坐标，将所述二维虚拟矩阵中的全部元素标记为未处理；
步骤S203：判断所述二维虚拟矩阵中的像素点是否全标记为已处理，若是，进入步骤S209；若否，进入步骤S204；
步骤S204：判断所述二维虚拟矩阵中未处理的像素点个数是否大于或等于k；若是，进入步骤S205，若否，进入步骤S208；
步骤S205：从所述二维虚拟矩阵中取出k个未处理的像素点，获取所述k个未处理的像素点的坐标；
步骤S206：将获取的所述未处理的像素点的坐标同时输入所述斜地像素点对应关系计算模块，每个斜地像素点对应关系计算模块处理一个未处理的像素点的坐标；
步骤S207：FPGA将各个斜地像素点对应关系计算模块的计算结果发送到DSP，并存储到DSP的内存中；将所述二维虚拟矩阵中的处理完毕的像素点标记为已处理；进入步骤S203；
步骤S208：从所述二维虚拟矩阵中取出全部未处理的像素点，获取全部未处理的像素点的坐标；进入步骤S206；
步骤S209：将所述FPGA的各个斜地像素点对应关系计算模块的计算结果组合成斜地投影转换矩阵；DSP的回波完成距离向和方位向处理，获得成像斜平面的图像后，结合所述斜地投影转换矩阵，将成像斜平面的图像校正为地平面的图像。
进一步地，所述运动参数数据包括发射平台的位置信息、速度信息、角度信息，以及接收平台的位置信息、速度信息、角度信息。
进一步地，所述步骤S206：将获取的所述未处理的像素点的坐标同时输入所述斜地像素点对应关系计算模块，每个斜地像素点对应关系计算模块处理一个未处理的像素点的坐标，包括：
步骤S2061：对于任一未处理的像素点(xg,yg)，计算像素点坐标与接收平台之间的欧式距离：
Figure BDA0002580736400000041
其中，xg为二维虚拟矩阵中的像素点的x轴坐标，yg为二维虚拟矩阵中的像素点的y轴坐标，(loc_rx0,loc_ry0,loc_rz0)为接收平台坐标系下，成像中心时刻的接收平台坐标位置；
步骤S2062：将接收平台坐标系下的点坐标(xg,yg)旋转到发射平台坐标系，获得其在发射平台坐标系下的点坐标(xxp,yyp)；计算所述发射平台坐标系下点坐标(xxp,yyp)与所述发射平台之间的欧式距离Rtp：
xxp＝xg×cos(θcros)-yg×sin(θcros) (2)
yyp＝xg×sin(θcros)+yg×cos(θcros) (3)
Figure BDA0002580736400000042
其中，θcros为所述发射平台与所述接收平台的运动夹角，(loc_xxt0,loc_yyt0,loc_zzt0)为发射平台坐标系下，成像中心时刻的发射平台坐标位置；
步骤S2063：计算点坐标(xg,yg)与发射平台和接收平台之间的欧式距离和，并计算出所述距离和对应的成像斜平面的距离门位置：
R＝(Rrp+Rtp)/δr
其中，δr为系统的距离门参数；
步骤S2064：计算点坐标(xg,yg)与接收平台之间的斜视角，并根据经典多普勒频率计算公式，计算出点坐标(xg,yg)与所述接收平台之间的相对多普勒频率：
Figure BDA0002580736400000043
fdcr＝v_ry0×(sin(θr))/λ (7)
其中，Hr为接收平台相对于地平面的高度，等于loc_rz0；v_ry0为接收平台坐标系下的接收平台速度；λ为发射信号的波长；
步骤S2065：计算点坐标(xg,yg)与发射平台之间的斜视角，并根据经典多普勒频率计算公式，计算出点坐标(xg,yg)与所述发射平台之间的相对多普勒频率：
Figure BDA0002580736400000051
fdct＝v_tyy0×(sin(θt))/λ (9)
其中，Ht发射平台相对于地平面的高度，等于loc_zzt0；v_tyy0为发射平台坐标系下的发射平台速度；
步骤S2066：计算点坐标(xg,yg)与发射平台和接收平台之间的多普勒频率和，并计算出该多普勒频率和对应的成像斜平面的多普勒门位置：
fdc＝fdcr+fdct (10)
Fa＝(fdc+PRF/2)/δd (11)
其中，PRF为系统的重频参数，δd为系统的多普勒门参数；
(R,Fa)即为与地平面的点坐标(xg,yg)相对应的、经由所述斜地像素点对应关系计算模块的计算结果。
进一步地，所述运动夹角可以由系统设计时设定。
根据本发明第二方面，提供一种基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正装置，所述装置包括：
数据传输模块：DSP将成像场景中心参数、发射平台及接收平台的运动参数数据，通过高速接口发送到FPGA中；所述DSP与FPGA之间通过高速接口互连；所述FPGA具有k个斜地像素点对应关系计算模块；
二维虚拟矩阵生成模块：FPGA根据成像场景中心的坐标，在地平面上布置一个以成像分辨率为间隔的二维虚拟矩阵；所述二维虚拟矩阵中每个元素代表像素点的坐标，将所述二维虚拟矩阵中的全部元素标记为未处理；
第一判断模块：判断所述二维虚拟矩阵中的像素点是否全标记为已处理；
第二判断模块：判断所述二维虚拟矩阵中未处理的像素点个数是否大于或等于k；
第一获取像素点模块：从所述二维虚拟矩阵中取出k个未处理的像素点，获取所述k个未处理的像素点的坐标；
计算模块：将获取的所述未处理的像素点的坐标同时输入所述斜地像素点对应关系计算模块，每个斜地像素点对应关系计算模块处理一个未处理的像素点的坐标；
存储模块：FPGA将各个斜地像素点对应关系计算模块的计算结果发送到DSP，并存储到DSP的内存中；将所述二维虚拟矩阵中的处理完毕的像素点标记为已处理；
第二获取像素点模块：从所述二维虚拟矩阵中取出全部未处理的像素点，获取全部未处理的像素点的坐标；
校正模块：将所述FPGA的各个斜地像素点对应关系计算模块的计算结果组合成斜地投影转换矩阵；DSP的回波完成距离向和方位向处理，获得成像斜平面的图像后，结合所述斜地投影转换矩阵，将成像斜平面的图像校正为地平面的图像。
进一步地，所述运动参数数据包括发射平台的位置信息、速度信息、角度信息，以及接收平台的位置信息、速度信息、角度信息。
进一步地，所述计算模块，包括：
第一计算子模块：对于任一未处理的像素点(xg,yg)，计算像素点坐标与接收平台之间的欧式距离：
Figure BDA0002580736400000061
其中，xg为二维虚拟矩阵中的像素点的x轴坐标，yg为二维虚拟矩阵中的像素点的y轴坐标，(loc_rx0,loc_ry0,loc_rz0)为接收平台坐标系下，成像中心时刻的接收平台坐标位置；
第二计算子模块：将接收平台坐标系下的点坐标(xg,yg)旋转到发射平台坐标系，获得其在发射平台坐标系下的点坐标(xxp,yyp)；计算所述发射平台坐标系下点坐标(xxp,yyp)与所述发射平台之间的欧式距离Rtp：
xxp＝xg×cos(θcros)-yg×sin(θcros) (2)
yyp＝xg×sin(θcros)+yg×cos(θcros) (3)
Figure BDA0002580736400000071
其中，θcros为所述发射平台与所述接收平台的运动夹角，(loc_xxt0,loc_yyt0,loc_zzt0)为发射平台坐标系下，成像中心时刻的发射平台坐标位置；
第三计算子模块：计算点坐标(xg,yg)与发射平台和接收平台之间的欧式距离和，并计算出所述距离和对应的成像斜平面的距离门位置：
R＝(Rrp+Rtp)/δr
其中，δr为系统的距离门参数；
第四计算子模块：计算点坐标(xg,yg)与接收平台之间的斜视角，并根据经典多普勒频率计算公式，计算出点坐标(xg,yg)与所述接收平台之间的相对多普勒频率：
Figure BDA0002580736400000072
fdcr＝v_ry0×(sin(θr))/λ (7)
其中，Hr为接收平台相对于地平面的高度，等于loc_rz0；v_ry0为接收平台坐标系下的接收平台速度；λ为发射信号的波长；
第五计算子模块：计算点坐标(xg,yg)与发射平台之间的斜视角，并根据经典多普勒频率计算公式，计算出点坐标(xg,yg)与所述发射平台之间的相对多普勒频率：
Figure BDA0002580736400000081
fdct＝v_tyy0×(sin(θt))/λ (9)
其中，Ht发射平台相对于地平面的高度，等于loc_zzt0；v_tyy0为发射平台坐标系下的发射平台速度；
第六计算子模块：计算点坐标(xg,yg)与发射平台和接收平台之间的多普勒频率和，并计算出该多普勒频率和对应的成像斜平面的多普勒门位置：
fdc＝fdcr+fdct (10)
Fa＝(fdc+PRF/2)/δd (11)
其中，PRF为系统的重频参数，δd为系统的多普勒门参数；
(R,Fa)即为与地平面的点坐标(xg,yg)相对应的、经由所述斜地像素点对应关系计算模块的计算结果。
进一步地，所述运动夹角可以由系统设计时设定。
根据本发明第三方面，提供一种基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正系统，包括：
处理器，用于执行多条指令；
存储器，用于存储多条指令；
其中，所述多条指令，用于由所述存储器存储，并由所述处理器加载并执行如前所述的一种基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法。
根据本发明第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行如前所述的一种基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法。
根据本发明的上述方案，相对于现有技术，本发明充分利用各种集成电路器件的优势，在传统基于DSP的信号处理系统的基础上，辅以FPGA进行计算加速，将斜地投影矩阵的计算功能移到了FPGA中，大辐度提高了图像像素点映射关系的计算并行度，大幅度提高了斜地转换矩阵中各图像点像素的投影关系的计算速度，降低了图像几何校正的计算耗时，对双基前视SAR系统的实际工程化应用打下基础。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明提供如下附图进行说明。在附图中：
图1为现有技术中使用DSP进行双基前视SAR图像几何校正的方法流程图；
图2为本发明一个实施方式的基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法流程图；
图3为本发明一个实施方式的基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法的交互图；
图4为本发明一个实施方式的FPGA中计算像素点坐标与接收平台之间的欧式距离的实现方式框图；
图5为本发明一个实施方式的FPGA中计算发射平台坐标系下点坐标与发射平台之间的欧式距离的实现方式框图；
图6为本发明一个实施方式的计算点坐标与发射平台和接收平台之间的欧式距离和的实现方式框图；
图7为本发明一个实施方式的计算点坐标与接收平台之间的相对多普勒频率的实现方式框图；
图8为本发明一个实施方式的计算点坐标与发射平台之间的相对多普勒频率的实现方式框图；
图9为本发明一个实施方式的多普勒频率和对应的成像斜平面的多普勒门位置的实现方式框图；
图10为本发明一个实施方式的基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正装置结构框图。
具体实施方式
首先结合图2-3说明本发明的基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法。图2为基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法流程图，图3为基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法的交互图。如图2-3所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S201：DSP将成像场景中心参数、发射平台及接收平台的运动参数数据，通过高速接口发送到FPGA中；所述DSP与FPGA之间通过高速接口互连；所述FPGA具有k个斜地像素点对应关系计算模块；
所述成像场景中心即被雷达波照射的成像目标区域，所述成像场景中心参数包括GPS坐标下的经度、纬度、高度；
步骤S202：FPGA根据成像场景中心的坐标，在地平面上布置一个以成像分辨率为间隔的二维虚拟矩阵；所述二维虚拟矩阵中每个元素代表像素点的坐标，将所述二维虚拟矩阵中的全部元素标记为未处理；
所述成像分辨率为地面图像的分辨率，例如为2m*2m；所述二维虚拟矩阵可以根据实际需求进行设置，例如，可以设置为1024*1024、800*600、512*512。例如，希望观察1024m*1024m的地面图像，且设置了地面图像分辨率为2m*2m，则所述二维虚拟矩阵的大小为512*512。所述二维虚拟矩阵中的每个元素代表的是坐标，例如，场景中心的坐标为(2000,2000)，且图像分辨率为2m*2m，则场景中心坐标周围最近的4个点的目标为(2002,2002)，(1998,1998)，(2002,1998)，(1998,2002)。
步骤S203：判断所述二维虚拟矩阵中的像素点是否全标记为已处理，若是，进入步骤S209；若否，进入步骤S204；
步骤S204：判断所述二维虚拟矩阵中未处理的像素点个数是否大于或等于k；若是，进入步骤S205，若否，进入步骤S208；
步骤S205：从所述二维虚拟矩阵中取出k个未处理的像素点，获取所述k个未处理的像素点的坐标；
步骤S206：将获取的所述未处理的像素点的坐标同时输入所述斜地像素点对应关系计算模块，每个斜地像素点对应关系计算模块处理一个未处理的像素点的坐标；
步骤S207：FPGA将各个斜地像素点对应关系计算模块的计算结果发送到DSP，并存储到DSP的内存中；将所述二维虚拟矩阵中的处理完毕的像素点标记为已处理；进入步骤S203；
步骤S208：从所述二维虚拟矩阵中取出全部未处理的像素点，获取全部未处理的像素点的坐标；进入步骤S206；
步骤S209：将所述FPGA的各个斜地像素点对应关系计算模块的计算结果组合成斜地投影转换矩阵；DSP的回波完成距离向和方位向处理，获得成像斜平面的图像后，结合所述斜地投影转换矩阵，将成像斜平面的图像校正为地平面的图像。
本实施例中，将对斜地投影转换矩阵的计算置于FPGA中，由FPGA中的若干个斜地像素点对应关系计算模块进行并行计算。可以根据选择的FPGA的具体型号所拥有的资源量，设置斜地像素点对应关系计算模块的数量。所述斜地像素点对应关系计算模块可以达到几十甚至几百个，其并行度远大于DSP中的并行度。
所述步骤S201：DSP将成像场景中心参数、发射平台及接收平台的运动参数数据，通过高速接口发送到FPGA中；所述DSP与FPGA之间通过高速接口互连，所述FPGA具有k个斜地像素点对应关系计算模块，包括：
本实施例中，将斜地投影矩阵的计算功能移到可编程逻辑门阵列(FPGA)中，将FPGA作为一个计算加速器，DSP与FPGA之间通过高速接口互连，根据FPGA所拥有的资源量，提供并行计算模块，即若干个可以进行并行计算的斜地像素点对应关系计算模块，对数据进行计算。
所述运动参数数据包括位置信息、速度信息、角度信息，即发射平台中的位置信息、速度信息、角度信息，接收平台中的位置信息、速度信息、角度信息。
所述步骤S206：将获取的所述未处理的像素点的坐标同时输入所述斜地像素点对应关系计算模块，每个斜地像素点对应关系计算模块处理一个未处理的像素点的坐标，包括：
步骤S2061：对于任一未处理的像素点(xg,yg)，计算像素点坐标与接收平台之间的欧式距离：
Figure BDA0002580736400000121
其中，xg为二维虚拟矩阵中的像素点的x轴坐标，yg为二维虚拟矩阵中的像素点的y轴坐标，(loc_rx0,loc_ry0,loc_rz0)为接收平台坐标系下，成像中心时刻的接收平台坐标位置；
所述接收平台坐标系的坐标原点为(0,0,Hr)，其中，接收机运动方向为y轴，z轴指天，x轴垂直于y轴和z轴，满足右手坐标系；Hr为接收平台相对于地平面的高度；
所述接收平台坐标位置为接收平台坐标系下的一个具体的坐标位置；
本实施例中，FPGA中计算像素点坐标与接收平台之间的欧式距离的实现框图如图4所示。
步骤S2062：将接收平台坐标系下的点坐标(xg,yg)旋转到发射平台坐标系，获得其在发射平台坐标系下的点坐标(xxp,yyp)；计算所述发射平台坐标系下点坐标(xxp,yyp)与所述发射平台之间的欧式距离Rtp：
xxp＝xg×cos(θcros)-yg×sin(θcros) (2)
yyp＝xg×sin(θcros)+yg×cos(θcros) (3)
Figure BDA0002580736400000131
其中，θcros为所述发射平台与所述接收平台的运动夹角，(loc_xxt0,loc_yyt0,loc_zzt0)为发射平台坐标系下，成像中心时刻的发射平台坐标位置；
所述发射平台坐标系的坐标原点为(0,0,Ht)，其中，发射机运动方向为y轴，z轴指天，x轴垂直于y轴和z轴，满足右手坐标系；Ht发射平台相对于地平面的高度；
所述发射平台坐标位置为发射平台坐标系下的一个具体的坐标位置；
所述运动夹角可以由系统设计时设定，所述接收平台坐标系下的点坐标与未处理的像素点的坐标一致。
本实施例中，FPGA中计算发射平台坐标系下点坐标(xxp,yyp)与发射平台之间的欧式距离的实现框图如图5所示。
步骤S2063：计算点坐标(xg,yg)与发射平台和接收平台之间的欧式距离和，并计算出所述距离和对应的成像斜平面的距离门位置：
R＝(Rrp+Rtp)/δr
其中，δr为双基SAR成像系统的距离门参数；
本实施例中，FPGA中计算点坐标与发射平台和接收平台之间的欧式距离和的实现框图如图6所示。
步骤S2064：计算点坐标(xg,yg)与接收平台之间的斜视角，并根据经典多普勒频率计算公式，计算出点坐标(xg,yg)与所述接收平台之间的相对多普勒频率：
Figure BDA0002580736400000141
fdcr＝v_ry0×(sin(θr))/λ (7)
其中，Hr为接收平台相对于地平面的高度，等于loc_rz0；v_ry0为接收平台坐标系下的接收平台速度；λ为发射信号的波长；
本实施例中，FPGA中计算点坐标与接收平台之间的相对多普勒频率的实现框图如图7所示。
步骤S2065：计算点坐标(xg,yg)与发射平台之间的斜视角，并根据经典多普勒频率计算公式，计算出点坐标(xg,yg)与所述发射平台之间的相对多普勒频率：
Figure BDA0002580736400000142
fdct＝v_tyy0×(sin(θt))/λ (9)
其中，Ht发射平台相对于地平面的高度，等于loc_zzt0；v_tyy0为发射平台坐标系下的发射平台速度；
本实施例中，FPGA中计算点坐标与发射平台之间的相对多普勒频率的实现框图如图8所示。
步骤S2066：计算点坐标(xg,yg)与发射平台和接收平台之间的多普勒频率和，并计算出该多普勒频率和对应的成像斜平面的多普勒门位置：
fdc＝fdcr+fdct (10)
Fa＝(fdc+PRF/2)/δd (11)
其中，PRF为双基SAR成像系统的重频参数，δd为双基SAR成像系统的多普勒门参数；
(R,Fa)即为与地平面的点坐标(xg,yg)相对应的、经由所述斜地像素点对应关系计算模块的计算结果。
如此，即完成了地平面的点坐标(xg,yg)与成像斜平面的坐标(R,Fa)的对应关系的计算。
本实施例中，FPGA中计算多普勒频率和对应的成像斜平面的多普勒门位置的实现框图如图9所示。
本实施例中，由于斜地转换矩阵的计算公式中有很多非线性运算，如反正切函数、余弦函数、开方函数等，而这些非线性运算在FPGA中均不能直接实现，因此，在具体的实现过程中，可以借助xilinx公司提供的ip库中的cordicip核来高精度的近似实现上述运算。
又一实施例中，以DSP6678为例，其常见工作频率为1Ghz，内部共有8个计算单元，即8核，因此，其最多同时进行8个点像素的映射关系运算，并行度为8。而FPGA资源丰富，在本实施例中计算并行度受限于乘法器的数量，以xilinx的V7690T型FPGA为例，其常见工作频率为200Mhz，内部存在3600个专用乘法器，实现本实施例的方法时，每个计算模块需要5个，因此，最大并行度可达720。从计算并行度的角度来看，FPGA是DSP的90倍。从计算耗时的角度来看，FPGA的计算耗时是DSP的十八分之一。由此可见，用FPGA来完成像素点映射关系的计算非常合适。
本发明实施例进一步给出一种基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正装置，如图10所示，所述装置包括：
数据传输模块：DSP将成像场景中心参数、发射平台及接收平台的运动参数数据，通过高速接口发送到FPGA中；所述DSP与FPGA之间通过高速接口互连；所述FPGA具有k个斜地像素点对应关系计算模块；
二维虚拟矩阵生成模块：FPGA根据成像场景中心的坐标，在地平面上布置一个以成像分辨率为间隔的二维虚拟矩阵；所述二维虚拟矩阵中每个元素代表像素点的坐标，将所述二维虚拟矩阵中的全部元素标记为未处理；
第一判断模块：判断所述二维虚拟矩阵中的像素点是否全标记为已处理；
第二判断模块：判断所述二维虚拟矩阵中未处理的像素点个数是否大于或等于k；
第一获取像素点模块：从所述二维虚拟矩阵中取出k个未处理的像素点，获取所述k个未处理的像素点的坐标；
计算模块：将获取的所述未处理的像素点的坐标同时输入所述斜地像素点对应关系计算模块，每个斜地像素点对应关系计算模块处理一个未处理的像素点的坐标；
存储模块：FPGA将各个斜地像素点对应关系计算模块的计算结果发送到DSP，并存储到DSP的内存中；将所述二维虚拟矩阵中的处理完毕的像素点标记为已处理；
第二获取像素点模块：从所述二维虚拟矩阵中取出全部未处理的像素点，获取全部未处理的像素点的坐标；
校正模块：将所述FPGA的各个斜地像素点对应关系计算模块的计算结果组合成斜地投影转换矩阵；DSP的回波完成距离向和方位向处理，获得成像斜平面的图像后，结合所述斜地投影转换矩阵，将成像斜平面的图像校正为地平面的图像。
本发明实施例进一步给出一种基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正系统，包括：
处理器，用于执行多条指令；
存储器，用于存储多条指令；
其中，所述多条指令，用于由所述存储器存储，并由所述处理器加载并执行如前所述的一种基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法。
本发明实施例进一步给出一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行如前所述的基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机装置(可以是个人计算机，实体机服务器，或者网络云服务器等，需安装Windows或者Windows Server操作系统)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S201：DSP将成像场景中心参数、发射平台及接收平台的运动参数数据，通过高速接口发送到FPGA中；所述DSP与FPGA之间通过高速接口互连；所述FPGA具有k个斜地像素点对应关系计算模块；
步骤S202：FPGA根据成像场景中心的坐标，在地平面上布置一个以成像分辨率为间隔的二维虚拟矩阵；所述二维虚拟矩阵中每个元素代表像素点的坐标，将所述二维虚拟矩阵中的全部元素标记为未处理；
步骤S203：判断所述二维虚拟矩阵中的像素点是否全标记为已处理，若是，进入步骤S209；若否，进入步骤S204；
步骤S204：判断所述二维虚拟矩阵中未处理的像素点个数是否大于或等于k；若是，进入步骤S205，若否，进入步骤S208；
步骤S205：从所述二维虚拟矩阵中取出k个未处理的像素点，获取所述k个未处理的像素点的坐标；
步骤S206：将获取的所述未处理的像素点的坐标同时输入所述斜地像素点对应关系计算模块，每个斜地像素点对应关系计算模块处理一个未处理的像素点的坐标；
步骤S207：FPGA将各个斜地像素点对应关系计算模块的计算结果发送到DSP，并存储到DSP的内存中；将所述二维虚拟矩阵中的处理完毕的像素点标记为已处理；进入步骤S203；
步骤S208：从所述二维虚拟矩阵中取出全部未处理的像素点，获取全部未处理的像素点的坐标；进入步骤S206；
步骤S209：将所述FPGA的各个斜地像素点对应关系计算模块的计算结果组合成斜地投影转换矩阵；DSP的回波完成距离向和方位向处理，获得成像斜平面的图像后，结合所述斜地投影转换矩阵，将成像斜平面的图像校正为地平面的图像。
2.如权利要求1所述的基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法，其特征在于，所述运动参数数据包括发射平台的位置信息、速度信息、角度信息，以及接收平台的位置信息、速度信息、角度信息。
3.如权利要求1所述的基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法，其特征在于，所述步骤S206：将获取的所述未处理的像素点的坐标同时输入所述斜地像素点对应关系计算模块，每个斜地像素点对应关系计算模块处理一个未处理的像素点的坐标，包括：
步骤S2061：对于任一未处理的像素点(xg,yg)，计算像素点坐标与接收平台之间的欧式距离：
Figure FDA0002580736390000021
其中，xg为二维虚拟矩阵中的像素点的x轴坐标，yg为二维虚拟矩阵中的像素点的y轴坐标，(loc_rx0,loc_ry0,loc_rz0)为接收平台坐标系下，成像中心时刻的接收平台坐标位置；
步骤S2062：将接收平台坐标系下的点坐标(xg,yg)旋转到发射平台坐标系，获得其在发射平台坐标系下的点坐标(xxp,yyp)；计算所述发射平台坐标系下点坐标(xxp,yyp)与所述发射平台之间的欧式距离Rtp：
xxp＝xg×cos(θcros)-yg×sin(θcros) (2)
yyp＝xg×sin(θcros)+yg×cos(θcros) (3)
Figure FDA0002580736390000022
其中，θcros为所述发射平台与所述接收平台的运动夹角，(loc_xxt0,loc_yyt0,loc_zzt0)为发射平台坐标系下，成像中心时刻的发射平台坐标位置；
步骤S2063：计算点坐标(xg,yg)与发射平台和接收平台之间的欧式距离和，并计算出所述距离和对应的成像斜平面的距离门位置：
R＝(Rrp+Rtp)/δr
其中，δr为系统的距离门参数；
步骤S2064：计算点坐标(xg,yg)与接收平台之间的斜视角，并根据经典多普勒频率计算公式，计算出点坐标(xg,yg)与所述接收平台之间的相对多普勒频率：
Figure FDA0002580736390000031
fdcr＝v_ry0×(sin(θr))/λ (7)
其中，Hr为接收平台相对于地平面的高度，等于loc_rz0；v_ry0为接收平台坐标系下的接收平台速度；λ为发射信号的波长；
步骤S2065：计算点坐标(xg,yg)与发射平台之间的斜视角，并根据经典多普勒频率计算公式，计算出点坐标(xg,yg)与所述发射平台之间的相对多普勒频率：
Figure FDA0002580736390000032
fdct＝v_tyy0×(sin(θt))/λ (9)
其中，Ht发射平台相对于地平面的高度，等于loc_zzt0；v_tyy0为发射平台坐标系下的发射平台速度；
步骤S2066：计算点坐标(xg,yg)与发射平台和接收平台之间的多普勒频率和，并计算出该多普勒频率和对应的成像斜平面的多普勒门位置：
fdc＝fdcr+fdct (10)
Fa＝(fdc+PRF/2)/δd (11)
其中，PRF为系统的重频参数，δd为系统的多普勒门参数；
(R,Fa)即为与地平面的点坐标(xg,yg)相对应的、经由所述斜地像素点对应关系计算模块的计算结果。
4.如权利要求3所述的基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法，其特征在于，所述运动夹角可以由系统设计时设定。
5.一种基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正装置，其特征在于，所述装置包括：
数据传输模块：DSP将成像场景中心参数、发射平台及接收平台的运动参数数据，通过高速接口发送到FPGA中；所述DSP与FPGA之间通过高速接口互连；所述FPGA具有k个斜地像素点对应关系计算模块；
二维虚拟矩阵生成模块：FPGA根据成像场景中心的坐标，在地平面上布置一个以成像分辨率为间隔的二维虚拟矩阵；所述二维虚拟矩阵中每个元素代表像素点的坐标，将所述二维虚拟矩阵中的全部元素标记为未处理；
第一判断模块：判断所述二维虚拟矩阵中的像素点是否全标记为已处理；
第二判断模块：判断所述二维虚拟矩阵中未处理的像素点个数是否大于或等于k；
第一获取像素点模块：从所述二维虚拟矩阵中取出k个未处理的像素点，获取所述k个未处理的像素点的坐标；
计算模块：将获取的所述未处理的像素点的坐标同时输入所述斜地像素点对应关系计算模块，每个斜地像素点对应关系计算模块处理一个未处理的像素点的坐标；
存储模块：FPGA将各个斜地像素点对应关系计算模块的计算结果发送到DSP，并存储到DSP的内存中；将所述二维虚拟矩阵中的处理完毕的像素点标记为已处理；
第二获取像素点模块：从所述二维虚拟矩阵中取出全部未处理的像素点，获取全部未处理的像素点的坐标；
校正模块：将所述FPGA的各个斜地像素点对应关系计算模块的计算结果组合成斜地投影转换矩阵；DSP的回波完成距离向和方位向处理，获得成像斜平面的图像后，结合所述斜地投影转换矩阵，将成像斜平面的图像校正为地平面的图像。
6.如权利要求5所述的基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正装置，其特征在于，所述运动参数数据包括发射平台的位置信息、速度信息、角度信息，以及接收平台的位置信息、速度信息、角度信息。
7.如权利要求5所述的基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正装置，其特征在于，所述计算模块，包括：
第一计算子模块：对于任一未处理的像素点(xg,yg)，计算像素点坐标与接收平台之间的欧式距离：
Figure FDA0002580736390000051
其中，xg为二维虚拟矩阵中的像素点的x轴坐标，yg为二维虚拟矩阵中的像素点的y轴坐标，(loc_rx0,loc_ry0,loc_rz0)为接收平台坐标系下，成像中心时刻的接收平台坐标位置；
第二计算子模块：将接收平台坐标系下的点坐标(xg,yg)旋转到发射平台坐标系，获得其在发射平台坐标系下的点坐标(xxp,yyp)；计算所述发射平台坐标系下点坐标(xxp,yyp)与所述发射平台之间的欧式距离Rtp：
xxp＝xg×cos(θcros)-yg×sin(θcros) (2)
yyp＝xg×sin(θcros)+yg×cos(θcros) (3)
Figure FDA0002580736390000052
其中，θcros为所述发射平台与所述接收平台的运动夹角，(loc_xxt0,loc_yyt0,loc_zzt0)为发射平台坐标系下，成像中心时刻的发射平台坐标位置；
第三计算子模块：计算点坐标(xg,yg)与发射平台和接收平台之间的欧式距离和，并计算出所述距离和对应的成像斜平面的距离门位置：
R＝(Rrp+Rtp)/δr
其中，δr为系统的距离门参数；
第四计算子模块：计算点坐标(xg,yg)与接收平台之间的斜视角，并根据经典多普勒频率计算公式，计算出点坐标(xg,yg)与所述接收平台之间的相对多普勒频率：
Figure FDA0002580736390000061
fdcr＝v_ry0×(sin(θr))/λ (7)
其中，Hr为接收平台相对于地平面的高度，等于loc_rz0；v_ry0为接收平台坐标系下的接收平台速度；λ为发射信号的波长；
第五计算子模块：计算点坐标(xg,yg)与发射平台之间的斜视角，并根据经典多普勒频率计算公式，计算出点坐标(xg,yg)与所述发射平台之间的相对多普勒频率：
Figure FDA0002580736390000062
fdct＝v_tyy0×(sin(θt))/λ (9)
其中，Ht发射平台相对于地平面的高度，等于loc_zzt0；v_tyy0为发射平台坐标系下的发射平台速度；
第六计算子模块：计算点坐标(xg,yg)与发射平台和接收平台之间的多普勒频率和，并计算出该多普勒频率和对应的成像斜平面的多普勒门位置：
fdc＝fdcr+fdct (10)
Fa＝(fdc+PRF/2)/δd (11)
其中，PRF为系统的重频参数，δd为系统的多普勒门参数；
(R,Fa)即为与地平面的点坐标(xg,yg)相对应的、经由所述斜地像素点对应关系计算模块的计算结果。
8.如权利要求5所述的基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正装置，其特征在于，所述运动夹角可以由系统设计时设定。
9.一种基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正系统，其特征在于，包括：
处理器，用于执行多条指令；
存储器，用于存储多条指令；
其中，所述多条指令，用于由所述存储器存储，并由所述处理器加载并执行如权利要求1-4之任一项所述的基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行如权利要求1-4之任一项所述的基于DSP及FPGA的双基前视SAR图像几何校正方法。
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