CN107907867B - 一种多工作模式的实时sar快视*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多工作模式的实时SAR快视***，包括原始数据记录与分发子***、实时解压缩及成像子***、综合显示与分析子***，该***采用串行Rapid IO进行通信，同时采用多个DSP并行处理的方式对雷达回波数据进行SAR条带模式、扫描成像模式、超精细模式或者滑动聚束模式的成像处理，得到SAR载荷图像数据帧，并将SAR载荷图像数据帧快速显示。该***实现了多工作模式SAR回波数据的实时快视处理。

Description

一种多工作模式的实时SAR快视***
技术领域
本发明涉及一种多工作模式的实时SAR快视***，属于实时数字信号处理技术领域。
背景技术
遥感卫星SAR载荷下传的数据为包含辅助数据和雷达回波数据信息的SAR载荷原始数据，按照卫星设计使用规范和SAR成像原理，卫星下传的载荷原始数据必须进行BAQ解压缩处理、成像处理后，才能获得可视的图像数据。
多工作模式是SAR卫星利用不同极化特性和不同的雷达拍摄方式来实现SAR载荷最大化利用的一种方式。而传统的SAR快视***只能适应单极化、单工作模式实时处理。不利于SAR卫星地面测试工作的开展，无法高效的得到判读数据。因此，研究一种多工作模式的实时SAR快视***提高判读效率并且节约硬件成本是非常有必要的。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种多工作模式的实时SAR快视***，利用多DSP嵌入式实时处理***实现实时解压缩及成像子***，对卫星SAR载荷下传的多工作模式合成孔径雷达原始回波数据进行BAQ解压缩、实时成像、实时判读、数据分析等处理，实现多工作模式SAR回波数据的实时快视处理。
本发明的技术解决方案是：一种多工作模式的实时SAR快视***，包括原始数据记录与分发子***、实时解压缩及成像子***、综合显示与分析子***，其中：
原始数据记录与分发子***，接收外部输入的SAR载荷原始数据帧，将SAR载荷原始数据帧存储至本地硬盘中，同时将其实时转发至实时解压缩及成像子***；
实时解压缩及成像子***，解析原始数据记录与分发子***实时转发的SAR载荷原始数据帧，得到压缩的雷达回波数据及其对应的辅助数据，将辅助数据发送给综合显示与分析***，解析辅助数据得到压缩的雷达回波数据对应的压缩模式、压缩比和成像模式，根据压缩模式和压缩比，对压缩的雷达回波数据进行解压缩处理，得到雷达回波数据，根据成像模式，采用多个DSP并行处理的方式对雷达回波数据进行SAR成像处理，得到SAR载荷图像数据帧，将SAR载荷图像数据帧转发至综合显示与分析子***；所述的辅助数据包括SAR载荷原始数据帧对应的帧计数，所述成像模式包括：所述成像模式包括条带模式、扫描成像模式、超精细模式和滑动聚束模式；
综合显示与分析子***，接收并存储实时解压缩及成像子***发送的SAR载荷图像数据帧，根据辅助数据中的帧计数，将其与对应的辅助数据拼接，将拼接后的SAR载荷图像数据帧实时显示、实时判读和数据分析。
所述实时解压缩及成像子***包括M个嵌入式处理机，原始数据记录与分发子***将SAR载荷原始数据帧分发给M个嵌入式处理机，M个嵌入式处理机并行对SAR载荷原始数据帧解析得到辅助数据和压缩的雷达回波数据，对压缩的雷达回波数据进行解压缩处理得到雷达回波数据，对雷达回波数据进行实时成像处理，并将处理之后的SAR图像数据发送至综合显示与分析子***。
每个嵌入式处理机包括解压缩模块和实时成像模块，其中：
解压缩模块，根据压缩比完成对SAR载荷原始数据帧的实时解压缩，将解压缩后的雷达回波数据实时发送给实时成像模块，将解压缩后的辅助信息实时发送给综合显示与分析子***；
实时成像模块，接收解压缩模块实时输出的解压缩后的雷达回波数据，根据成像模式，完成对解压缩后的雷达回波数据的实时成像，将成像后的SAR载荷图像数据和辅助数据发送给综合显示与分析子***的数据拼接模块。
所述实时成像模块包括调度模块、N个并行处理模块和存储模块，调度模块实时接收解压缩模块发送的雷达回波数据，将其存入存储模块，每收集满预设大小的数据时，轮流发送成像启动指令至N个处理模块；处理模块收到成像启动指令之后，访问指定的存储地址空间的雷达回波数据，根据成像模式不同，将相应的成像算法分解成R个阶段，每个阶段，N个处理模块并行对所访问的雷达回波数据执行相同的处理，完成之后，更新相应的存储地址空间的雷达回波数据，并发出阶段完成标识给调度模块，调度模块收到所有N个处理模块发送的阶段完成标识之后，通知N个处理模块并行执行下一个阶段的处理任务，直到算法完成更新存储模块中的雷达回波数据为SAR图像数据。
所述原始数据记录与分发子***和实时解压缩及成像子***之间和实时解压缩及成像子***与综合显示与分析子***之间均采用RapidIO总线进行通信。
原始数据记录与分发子***和实时解压缩及成像子***通过数据实时转发模块、PCIE数据控制模块和SRIO发送模块对外发送数据，具体通信方式为：
数据实时转发模块，将待发送数据帧按页存储在物理内存页中，并将数据物理内存页的首地址组成地址链表，然后将地址链表按页存储在指定的物理内存页中，地址链表每页的最后一个存储空间存储地址链表下一页的起始地址，发送数据时，将地址链表首地址存入PCIE数据控制模块,由PCIe数据控制模块从***内存指定的物理内存页中的首地址开始读取指定长度的地址链表，按链表中的地址主动读取数据，并将SAR原始数据发送至SRIO发送模块，SRIO发送模块将SAR原始数据转为Serial RapidIO数据协议格式，发送至实时解压缩及成像子***。
所述综合显示与分析子***包括数据拼接模块、实时判读模块、实时显示模块和数据分析模块，实时判读模块、实时显示模块和数据分析模块并行工作，其中：
数据拼接模块，接收解压缩及成像子***实时发出的辅助数据与SAR载荷图像数据，根据帧计数完成辅助数据与SAR载荷图像数据进行拼接，将拼接后的辅助数据与SAR载荷图像数据送入实时显示模块，从拼接后的辅助数据与SAR载荷图像数据中分离出辅助数据送入实时判读模块，从拼接后的辅助数据与SAR载荷图像数据中分离出SAR载荷图像数据送入数据分析模块；
实时显示模块，从数据拼接模块实时接收拼接后的辅助数据与SAR载荷图像数据，在屏幕指定窗口内进行实时快视。
实时判读模块，从数据拼接模块接收辅助数据，在***内存中直接按预设的判别标准进行实时判读，所述预设判读标准包括帧计数的连续性、帧计数总量的正确性；
数据分析模块，从数据拼接模块接收SAR载荷图像数据，按照峰值旁瓣比指标分析流程分析本次成像所获取的SAR载荷图像数据的峰值旁瓣比指标。
所述实时解压缩及成像子***还包括交换路由模块，所述交换路由模块连接原始数据记录与分发子***、综合显示与分析子***和所有M个嵌入式处理机，所述交换路由模块由3块SRIO交换芯片构成，交换芯片来两两相通。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
(1)、本发明实时解压缩及成像子***利用多个嵌入式处理机，每个处理机采用多DSP嵌入式并行实时数据处理，实现对卫星SAR载荷下传的多工作模式合成孔径雷达原始回波数据进行BAQ解压缩、全分辨率成像，提高了实时处理能力；
(2)、本发明在原始数据记录与分发子***和实时解压缩及成像子***之间和实时解压缩及成像子***与综合显示与分析子***之间均采用串行Rapid IO进行通信，提高了数据传输的实时性；
(3)、本发明综合显示与分析子***采用并行的方式，同时对数据进行实时判读、实时显示和数据分析，增强了高分辨多工作模式SAR回波遥感数据的处理和判读能力，实现了处理全过程的实时处理，提高了测试判读效率和判读质量。
附图说明
图1为本发明实施例的***模型；
图2为本发明实施例数据流结构；
图3为本发明实施例PCIe数据控制模块与原始数据转发模块的交互流程图；
图4为本发明实施例路由表SRIO拓扑结构；
图5为本发明实施例BAQ解压缩流程图；
图6为本发明实施例条带模式成像算法流程图；
图7为本发明实施例两步成像算法流程图与方位向去斜处理流程；
图8为本发明实施例CUDA抽样流程图；
图9为本发明实施例积分旁瓣比分析流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：
如图1、图2所示，本发明提供的一种多工作模式的实时SAR快视***实施例，主要由一台原始数据记录与分发子***、两台实时解压缩及成像子***、两台综合显示与分析子***组成。其中，综合显示与分析子***为含RAID磁盘阵列的高性能图形工作站。所述原始数据记录与分发子***和实时解压缩及成像子***之间和实时解压缩及成像子***与综合显示与分析子***之间均采用RapidIO总线和千兆以太网进行通信。其中，千兆网用来传输控制指令，RapidIO总线用来传输高速数据。
两台实时解压缩及成像子***和两台综合显示与分析子***并行工作，或者采用乒乓方式工作，以提高整个***的实时处理能力。
以下分别介绍就上述三个子***的具体设计与实现。
1、原始数据记录与分发子***
原始数据记录与分发子***接收外部输入的SAR载荷原始数据帧，将SAR载荷原始数据帧存储至本地硬盘中，同时将其实时转发至实时解压缩及成像子***。该子***共包括7个子模块，分别为任务控制模块、原始数据接收模块、原始数据记录模块、原始数据回放模块、原始数据转发模块、PCIE数据控制模块、SRIO发送模块。
1.1、任务控制模块
原始数据记录与分发子***上的任务控制模块主要负责接收测试人员输入的任务信息。任务控制模块控制整个软件的任务执行流程，并负责管理其他软件模块的启动与停止。
1.2、原始数据接收模块
数据接收模块通过光纤接收SAR载荷原始数据，并将数据存入***内存做高速临时数据缓存。在数据接收过程中，该模块实时判断数据接收状态包括：数据是否建链成功、数据是否正常、接收数据速率，接收数据总大小等，将判断正确的数据发送至原始数据记录模块进行存储。根据SAR载荷原始数据的帧计数、帧头，逐帧判断SAR载荷原始数据是否正常(通过帧头、帧计数，连续递增)，将发生错误的SAR载荷原始数据帧的帧计数值发送给综合显示与分析子***。
1.3、原始数据记录模块
记录对象：格式正确的SAR载荷原始数据；
记录方式：实时记录；
记录长度：满足单次最大数据量*1000次的记录长度，单独的辅助数据要求全测试周期全部存储；
原始数据记录模块对数据接收模块接收并缓冲到***内存并校验格式正确的数据进行实时存储。在存储时按日期时间划分目录，根据接收数据类型按照指定命名规则进行命名并存储。
目录划分规则为：“数据根目录\年\月-日\”，如“\data\2012\06-18\”
文件命名规则为：“工作模式_接收时间(年月日_时分秒)”，如“xxxx_20120618_153726.raw”。
在记录过程中，为保证写盘速率，采用无缓冲模式写入，每次写入尺寸设为16MB。最末尾一块数据采用有缓冲模式写入，写入精确长度文件数据，文件大小小于16MB，按照实际文件大小写入。这样进行磁盘写入可以根据磁盘特点一方面使用大数据块直接写入提高写入效率，另一方面可以兼容数据尺寸非16MB整数倍的数据文件。
原始数据记录时，每个原始数据文件匹配一个辅助信息文件，记录此文件接收时的速率。
1.4、原始数据回放模块
回放对象：原始数据记录模块记录的原始数据；
回放速率：标准数据输入速率；
回放模式分为单次回放和循环回放；
原始数据回放模块根据外部的指令找到用户指定的回放文件，并将文件内容按照指定数据排布格式、指定速率读入***内存进行高速缓冲，由原始数据转发模块进行读取播发。回放时读取记录的速率文件，按文件中的速率进行回放。
1.5原始数据转发模块
数据实时转发模块负责将原始数据实时分发给实时解压缩及成像子***进行实时处理。数据实时转发模块将待发送数据帧按页存储在物理内存页中，并将数据物理内存页的首地址组成地址链表，然后将地址链表按页存储在指定的物理内存页中，地址链表每页的最后一个存储空间存储地址链表下一页的起始地址，发送数据时，将地址链表首地址存入PCIE数据控制模块。
1.6、PCIE数据控制模块
PCIe数据控制模块，从***内存指定的物理内存页中的首地址开始读取指定长度的地址链表，按链表中的地址主动读取数据，并将SAR原始数据发送至SRIO发送模块。所有对***内存的数据读取操作均以DMA实现，以达到较高的数据率。PCIe数据控制模块与原始数据转发模块的交互过程如图3所示。
1.7、SRIO发送模块
SRIO发送模块将SAR原始数据转为Serial RapidIO数据协议格式，发送至实时解压缩及成像子***。
2、实时解压缩及成像子***
实时解压缩及成像子***包括交换路由模块和M个嵌入式处理机，将SAR载荷原始数据帧通过交换路由模块分发给M个嵌入式处理机，M个嵌入式处理机并行解析原始数据记录与分发子***实时转发的SAR载荷原始数据帧，得到压缩的雷达回波数据及其对应的辅助数据，将辅助数据发送给综合显示与分析***，解析辅助数据得到压缩的雷达回波数据对应的压缩模式、压缩比和成像模式，根据压缩模式和压缩比，对压缩的雷达回波数据进行解压缩处理，得到雷达回波数据，根据成像模式，采用多个DSP并行处理的方式对雷达回波数据进行SAR成像处理，得到SAR载荷图像数据帧，将SAR载荷图像数据帧转发至综合显示与分析子***；所述的辅助数据包括SAR载荷原始数据帧对应的帧计数、帧长度以及当前帧的经纬度和高度等信息等。
2.1、交换路由模块
交换路由模块连接原始数据记录与分发子***、综合显示与分析子***和所有M个嵌入式处理机。交换路由模块部署了三块交换芯片，三块交换芯片两两相连，每个交换芯片中可烧写交换路由程序，路由程序中指定了每个交换端口的ID和各个端口间数据交互的路径，构成交换网络。SRIO交换网络上，每个处理节点设备间是透明的点对点传输，每个设备节点都有其唯一的节点ID号(见图4中的DestID)作为标识，传输的数据包中包含有目的设备的ID号信息，根据不同的SRIO节点ID号播发到实时解压缩及成像子***相应的嵌入式处理器。对于交换设备，其每个端口都连接一个唯一的处理节点设备(目的设备)，因此每个端口都唯一对应一个目的设备ID号。因此，Tsi568路由表的作用就是确定每个端口输出的目的ID号，交换器根据数据包中的目的ID号确定正确的输出端口。每个端口均维护一个本端口的路由表信息。此外交换设备不支持多播，因此，一个ID号不能配置到多个端口。图4所示为该路由表SRIO拓扑结构。DestID为该端口对应的目的设备ID号。在两个版本的路由表配置文件中，所有通过InfiniBand连接的端口速率均配置为2.5Gbps。
2.2、嵌入式处理机
每个嵌入式处理机包括6个功能模块，分别为解压缩模块、实时成像处理模块、数据流管理模块、SRIO发送模块。
2.2.1、解压缩模块
解压缩模块，根据压缩比完成对SAR载荷原始数据帧的实时解压缩，将解压缩后的雷达回波数据实时发送给实时成像模块，将解压缩后的辅助信息实时发送给综合显示与分析子***。
本实施例中，直通模式加三种压缩模式,三种压缩模式为：高四位截取模式(在星上直接截取高四位)、8:4BAQ和8：3BAQ压缩模式。解压缩模块可以对星上直接截取高四位、8:4BAQ和8：3BAQ三种数据压缩方式的数据进行解压缩处理。其中，对于星上直接截取高四位的压缩方式，将高四位读取出来，低四位补零即可。BAQ解压缩模块部署在每块8DSP处理板的2片FPGA芯片中。
其实现步骤如下：
(a)、对所压缩的数据分块，计算块内样本的幅度均值，用所得到的均值查均值与标准差统计表，得到数据的标准偏差；
(b)、从标准差查标准差与最佳量化电平对应表，得到最佳量化电平阈值，将块内数据样本与阈值比较得到编码(用于查表的序号)，编码中包含一位符号位；
(c)、将编码及对应的块幅度均值一同下传至地面；
(d)、利用编码及对应的块数据幅度均值，根据译码值表对数据进行解压缩。
例如，在卫星载荷中，采用了3bitBAQ压缩的方法，分块大小取为512(距离向)×4(方位向)。I、Q的8位采样数据保留符号位，表示数据幅度的低7位送累加器阵列累加，得到每一分块的均值(取高6位)。根据6位均值查BAQ码表可得到数据标准差，结合最佳量化电平对应表可得到每个数据样本编码的低2位，与符号位组合为3位压缩数据，而6位数据均值作为BAQ码编入雷达数据当前帧的辅助数据。解压处理时，根据每块数据的均值通过查表可得到数据标准差，结合每个采样点的编码即可恢复8位原始数据。
如图5所示，BAQ解压缩流程为：
(1)、获取(512*3/8)*4分成S块；
(2)、对步骤(1)得到每个数据块执行如下步骤，得到所有：
(2.1)、对该数据块进行移位得到512*4个3位编码；
(2.2)、对3位编码查表得到表；
(2.3)、对数据块求均值，查表；
(2.4)、相乘得到译码值，1/S。
2.2.2、实时成像处理模块
实时成像处理模块接收解压缩模块实时输出的解压缩后的雷达回波数据，根据成像模式，完成对解压缩后的雷达回波数据的实时成像，将成像后的SAR载荷图像数据和辅助数据发送给综合显示与分析子***的数据拼接模块。所述成像模式包括条带模式、扫描成像模式、超精细模式和滑动聚束模式。
所述实时成像模块包括调度模块、N个并行处理模块和存储模块，其中，
存储模块，存储解压缩模块发送的解压缩之后的雷达回波数据；所述实时成像模块包括调度模块、N个并行处理模块和存储模块，调度模块实时接收解压缩模块发送的雷达回波数据，将其存入存储模块，每收集满预设大小的数据时，轮流发送成像启动指令至N个处理模块；处理模块收到成像启动指令之后，访问指定的存储地址空间的雷达回波数据，根据成像模式不同，将相应的成像算法分解成R个阶段，每个阶段，N个处理模块并行对所访问的雷达回波数据执行相同的处理，完成之后，更新相应的存储地址空间的雷达回波数据，并发出阶段完成标识给调度模块，调度模块收到所有N个处理模块发送的阶段完成标识之后，通知N个处理模块并行执行下一个阶段的处理任务，直到算法完成更新存储模块中的雷达回波数据为SAR图像数据。
当成像模式为条带模式时，逐行提取雷达回波原始数据进行方位向傅里叶变换得到距离—多普勒域数据，构造Chirp Scaling因子，将此因子与距离—多普勒域数据相乘，再对处理后的数据进行距离向傅里叶变换，得到二维频域数据，将二维频域数据存储到该处理模块指定的存储地址空间(覆盖原来的数据)，并反馈第一步完成标志至调度模块；收到第二步指令之后，进行距离压缩、压缩之后完成距离向傅里叶逆变换得到距离向图像数据，之后存入相应的存储空间，反馈第二步完成标志至调度模块；收到第三步指令之后，访问第二步处理之后的数据，进行方位压缩以及方位校正，校正之后进行方位向傅里叶逆变换得到距离向图像数据。
当成像模式为扫描成像模式时，逐行提取雷达回波原始数据进行方位向傅立叶变换，得到距离—多普勒域数据，构造Chirp Scaling因子，将此因子与距离—多普勒域数据相乘，再对处理后的数据进行距离向傅里叶变换，得到二维频域数据，将二维频域数据存储到该处理模块指定的存储地址空间(覆盖原来的数据)，并反馈第一步完成标志至调度模块；收到第二步指令之后，进行构造距离压缩相位因子，将此因子与二维频域数据相乘完成距离压缩、压缩之后完成距离向傅里叶逆变换得到距离向图像数据，之后存入相应的存储空间，反馈第二步完成标志至调度模块；收到第三步指令之后，访问第二步处理之后的数据，构造相位校正因子，进行方位压缩以及方位校正，校正之后进行方位向傅里叶逆变换得到方位向图像数据；转入第四步：构造参考信号，将此参考信号与方位向图像数据相乘对方位向数据进行去斜处理，对去斜后的信号作方位向傅立叶变换，得到成像结果。
当成像模式为超精细模式时，分别对双通道的数据逐行提取雷达回波原始数据进行方位向傅里叶变换得到距离—多普勒域数据，对双通道数据进行双孔径融合，构造ChirpScaling因子，将此因子与距离—多普勒域数据相乘，再对双孔径融合处理后的数据进行距离向傅里叶变换，得到二维频域数据，将二维频域数据存储到该处理模块指定的存储地址空间，并反馈第一步完成标志至调度模块；收到第二步指令之后，进行距离压缩、压缩之后完成距离向傅里叶逆变换得到距离向图像数据，之后存入相应的存储空间，反馈第二步完成标志至调度模块；收到第三步指令之后，访问第二步处理之后的数据，进行方位压缩以及方位校正，校正之后进行方位向傅里叶逆变换得到距离向图像数据。
滑动聚束模式可以解决SAR的方位向成像场景宽度和方位向分辨率这一对矛盾，其***的方位向分辨率要优于条带模式的分辨率，同时成像场景的方位向宽度也大于经典聚束模式的场景宽度。然而滑动聚束的优点同时也为它带来了处理上的困难，为了有效地降低数据率，星载滑动聚束SAR中脉冲重复频率小于方位向多普勒全带宽而大于场景所对应的瞬时多普勒带宽，因此原始回波数据方位向回波存在严重欠采样的问题。模式为滑动聚束模式时，我们采取的办法是先通过方位向去斜降低方位向信号的多普勒带宽，然后再进行二维回波压缩处理。滑动聚束模式的两步成像算法中二维聚焦处理可以采用扫描成像模式相同的算法。图7给出了两步成像算法处理滑动聚束SAR回波的流程图，流程图的右侧给出详细的方位向去斜处理过程。
2.2.3、存储模块
在SAR处理流程中，首先对距离向进行脉压处理以获得该向的高分辨率，然后对方位向采用信号处理方法，使得采集来的数据合成一个大口径的雷达。因此，我们在SAR算法过程中，需要对二维矩阵先进行行向量的处理，然后再进行列向量处理，在这个过程当中就需要对矩阵进行转置。
在工程实现中我们常常使用大容量的DDR2存储器存储数据，在制作DDR2过程中，其内部分为很多小块，把这每一块称之为页。在一页中无论顺序读取还是跳变读取的效率都相同，但是当数据的跳变长度太大时，会产生跨页的现象。这就使得在操作矩阵数据时需要不断的切换页，从而大大的降低了效率。
目前的DDR2存储器中一页大小为8KB，然而在SAR算法中的任意维数据长度都会超过一页范围。在仅进行距离向(行)处理时，因其是顺序操作，可以得到很高的带宽。但是在方位向(列)处理中，每取一点都要进行跨页操作，这就大大降低了方位向点带宽，实际跳变16K 64bit读取带宽330MB，而总线理论带宽为800MB/s。
为此我们使用已有的存储方案技术，该方案建立在分布式的处理节点上，这样可以扩大DDR2容量，同时也可以实现并行处理，另外在单节点内采用软件的方法对内存操作，同样达到了与硬件相同的操作效率。这样即打破了单节点内的硬件限制，同时也使得存储容量和处理效率得到了提高。
2.2.4、数据流管理模块
数据流管理模块部署在每一块8DSP板的DSP芯片中，负责精准控制每一份待处理的数据流走向。在嵌入式实时处理分***工作时，数据流从交换板的RapidIO输入端口首先输入到第一块8DSP嵌入式处理机。在第一块8DSP板卡中将数据转为板间LINK依次传输至机箱中的每一块板卡。各个嵌入式处理机将属于自己处理的部分数据接收下来，解压缩后拷贝到板载DDR存储器中进行后续处理。处理后的结果分两路通过两个交换板并行输出到综合显示与分析分***中进行后续处理。
2.2.5原始数据转发模块
数据实时转发模块负责将SAR载荷图像数据帧实时分发给实时解压缩及成像子***进行实时处理。数据实时转发模块将待发送数据帧按页存储在物理内存页中，并将数据物理内存页的首地址组成地址链表，然后将地址链表按页存储在指定的物理内存页中，地址链表每页的最后一个存储空间存储地址链表下一页的起始地址，发送数据时，将地址链表首地址存入PCIE数据控制模块。2.2.6、PCIE数据控制模块
PCIe数据控制模块，从***内存指定的物理内存页中的首地址开始读取指定长度的地址链表，按链表中的地址主动读取数据，并将SAR原始数据发送至SRIO发送模块。所有对***内存的数据读取操作均以DMA实现，以达到较高的数据率。PCIe数据控制模块与上位机数据分景与转发模块的交互过程如图3所示。
2.2.7、SRIO发送模块
SRIO发送模块将SAR原始数据转为Serial RapidIO数据协议格式，通过交换板发送至综合显示与分析子***。
3、综合显示与分析子***
综合显示与分析子***接收并存储实时解压缩及成像子***发送的SAR载荷图像数据帧，根据辅助数据中的帧计数，将其与对应的辅助数据拼接，将拼接后的SAR载荷图像数据帧量化、抽样、实时显示、实时判读和数据分析。
综合显示与分析子***包括9个功能模块，分别为SRIO接收模块、PCIE上传管理模块、SAR载荷图像数据数据量化模块、SAR载荷图像数据图像抽样模块、实时显示模块、实时判读模块、实时记录模块、实时判读模块、实时分析模块。
3.1、PCIe上传管理模块
PCIe上传管理模块与数据接收模块相互配合，实现高速数据上目的。
每4K地址空间为页，将所有页的首地址放到一个地址链表中，地址链表也按页存储，每个地址链表页的最后一位地址填写下一个地址链表页的首地址，多个地址链表存在计算内存中，开机后，将链表的首地址发送给PCI板卡，PCI板卡执行每一次任务发送数据前，读取所有地址链表，按照顺序连续发送至地址链表中指定的地址空间。
数据接收模块首先在***内存中开辟足够大的内存缓冲区，将该缓冲区的物理内存页首地址整理成多个地址链表，每个地址链表的最后一位地址填写下一个地址链表的首地址。将第一个地址链表的首地址下发至PCIe上传管理模块，进行数据的主动上传过程。
3.2、SAR载荷图像数据量化模块
由于显存容量有限，不足以装下每景的复数数据，因此采用边接收边量化的方式，以2GB为单位，分别传输到显存中进行并行处理。
3.3SAR载荷图像数据帧图像抽样模块
将量化后的图像数据以固定长度为单位复制到显存中，根据不同的抽样比率，将数据分成若干个小数据块，然后以并行流水方式完成图像的抽样任务。工作流程如图8所示。
3.4实时显示模块
实时显示模块负责快视中所有和显示有关的功能。实时显示拼接后的图像数据及辅助数据；实时显示模块从数据拼接模块接收拼接后的图像数据，使用DirectDraw在屏幕指定窗口内进行实时快视。利用DirectDraw可直接访问显存的特点，实现快速图像截取，对需要显示的部分进行快速显示。由于***配备的Quadro 4000显卡显存高达2GB，所以完全可以将图像完全复制到显存中之后进行各种操作。如暂停，平移，数值图像显示方式转换等。
3.5数据拼接模块
数据拼接模块接收解压缩及成像子***实时发出的辅助数据与SAR载荷图像数据，根据帧计数完成辅助数据与SAR载荷图像数据进行拼接，将拼接后的辅助数据与SAR载荷图像数据送入实时显示模块，从拼接后的辅助数据与SAR载荷图像数据中分离出辅助数据送入实时判读模块，从拼接后的辅助数据与SAR载荷图像数据中分离出SAR载荷图像数据送入数据分析模块。由于整个拼接过程都是在高性能图形工作站的***内存和显存中进行，所以拼接速率可以达到全实时。拼接结果可以送到界面显示。
3.6实时判读模块
实时判读模块从数据拼接模块接收辅助数据，在***内存中直接按预设的判别标准进行实时判读，所述预设判读标准是从辅助数据中提取相应的帧计数连续性、帧技术总量和帧标志正确性，从而判读数据的连续性等。具体的判读内容包括：图像数据及辅助数据的格式、连续性，具体判读要求根据总体确定的辅助数据格式编排格式确定；实时判读图像数据同步字标识；实时判读图像数据行计数连续性；实时解析判读辅助数据，包括辅助数据内SAR载荷标识字、辅助数据行计数的连续性等进行判读。
由于所有判读工作都在内存中完成，基于双CPU 12核服务器，判读速率可以达到全实时。
3.7数据分析模块
数据分析模块从数据拼接模块接收SAR载荷图像数据，按照峰值旁瓣比指标分析流程分析本次成像所获取的SAR载荷图像数据的峰值旁瓣比指标。分析流程如图9所示。
目前，已有在轨运行的1颗我国自研SAR卫星采用本发明的多工作模式的实时SAR快视***进行地面测试任务的快视成像处理，该实时SAR快视***可以适应不大于450Mbps码速率的实时SAR载荷原始数据处理需求，应用证明该***可适应多种工作模式下的SAR回波数据实时成像任务，可通用与各高分辨SAR遥感卫星，测试判读效率和判读质量高。
本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (5)

1.一种多工作模式的实时SAR快视***，其特征在于包括原始数据记录与分发子***、实时解压缩及成像子***、综合显示与分析子***，其中：
原始数据记录与分发子***，接收外部输入的SAR载荷原始数据帧，将SAR载荷原始数据帧存储至本地硬盘中，同时将其实时转发至实时解压缩及成像子***；
实时解压缩及成像子***，解析原始数据记录与分发子***实时转发的SAR载荷原始数据帧，得到压缩的雷达回波数据及其对应的辅助数据，将辅助数据发送给综合显示与分析***，解析辅助数据得到压缩的雷达回波数据对应的压缩模式、压缩比和成像模式，根据压缩模式和压缩比，对压缩的雷达回波数据进行解压缩处理，得到雷达回波数据，根据成像模式，采用多个DSP并行处理的方式对雷达回波数据进行SAR成像处理，得到SAR载荷图像数据帧，将SAR载荷图像数据帧转发至综合显示与分析子***；所述的辅助数据包括SAR载荷原始数据帧对应的帧计数，所述成像模式包括：所述成像模式包括条带模式、扫描成像模式、超精细模式和滑动聚束模式；
综合显示与分析子***，接收并存储实时解压缩及成像子***发送的SAR载荷图像数据帧，根据辅助数据中的帧计数，将其与对应的辅助数据拼接，将拼接后的SAR载荷图像数据帧实时显示、实时判读和数据分析；
所述实时解压缩及成像子***包括M个嵌入式处理机，原始数据记录与分发子***将SAR载荷原始数据帧分发给M个嵌入式处理机，M个嵌入式处理机并行对SAR载荷原始数据帧解析得到辅助数据和压缩的雷达回波数据，对压缩的雷达回波数据进行解压缩处理得到雷达回波数据，对雷达回波数据进行实时成像处理，并将处理之后的SAR图像数据发送至综合显示与分析子***；
每个嵌入式处理机包括解压缩模块和实时成像模块，其中：
解压缩模块，根据压缩比完成对SAR载荷原始数据帧的实时解压缩，将解压缩后的雷达回波数据实时发送给实时成像模块，将解压缩后的辅助信息实时发送给综合显示与分析子***；
实时成像模块，接收解压缩模块实时输出的解压缩后的雷达回波数据，根据成像模式，完成对解压缩后的雷达回波数据的实时成像，将成像后的SAR载荷图像数据和辅助数据发送给综合显示与分析子***的数据拼接模块；
所述实时成像模块包括调度模块、N个并行处理模块和存储模块，调度模块实时接收解压缩模块发送的雷达回波数据，将其存入存储模块，每收集满预设大小的数据时，轮流发送成像启动指令至N个处理模块；处理模块收到成像启动指令之后，访问指定的存储地址空间的雷达回波数据，根据成像模式不同，将相应的成像算法分解成R个阶段，每个阶段，N个处理模块并行对所访问的雷达回波数据执行相同的处理，完成之后，更新相应的存储地址空间的雷达回波数据，并发出阶段完成标识给调度模块，调度模块收到所有N个处理模块发送的阶段完成标识之后，通知N个处理模块并行执行下一个阶段的处理任务，直到算法完成更新存储模块中的雷达回波数据为SAR图像数据。
2.根据权利要求1所述的一种多工作模式的实时SAR快视***，其特征在于：所述原始数据记录与分发子***和实时解压缩及成像子***之间和实时解压缩及成像子***与综合显示与分析子***之间均采用RapidIO总线进行通信。
3.根据权利要求1所述的一种多工作模式的实时SAR快视***，其特征在于：原始数据记录与分发子***和实时解压缩及成像子***通过数据实时转发模块、PCIE数据控制模块和SRIO发送模块对外发送数据，具体通信方式为：
数据实时转发模块，将待发送数据帧按页存储在物理内存页中，并将数据物理内存页的首地址组成地址链表，然后将地址链表按页存储在指定的物理内存页中，地址链表每页的最后一个存储空间存储地址链表下一页的起始地址，发送数据时，将地址链表首地址存入PCIE数据控制模块,由PCIe数据控制模块从***内存指定的物理内存页中的首地址开始读取指定长度的地址链表，按链表中的地址主动读取数据，并将SAR原始数据发送至SRIO发送模块，SRIO发送模块将SAR原始数据转为Serial RapidIO数据协议格式，发送至实时解压缩及成像子***。
4.根据权利要求1所述的一种多工作模式的实时SAR快视***，其特征在于所述综合显示与分析子***包括数据拼接模块、实时判读模块、实时显示模块和数据分析模块，实时判读模块、实时显示模块和数据分析模块并行工作，其中：
数据拼接模块，接收解压缩及成像子***实时发出的辅助数据与SAR载荷图像数据，根据帧计数完成辅助数据与SAR载荷图像数据进行拼接，将拼接后的辅助数据与SAR载荷图像数据送入实时显示模块，从拼接后的辅助数据与SAR载荷图像数据中分离出辅助数据送入实时判读模块，从拼接后的辅助数据与SAR载荷图像数据中分离出SAR载荷图像数据送入数据分析模块；
实时显示模块，从数据拼接模块实时接收拼接后的辅助数据与SAR载荷图像数据，在屏幕指定窗口内进行实时快视；
实时判读模块，从数据拼接模块接收辅助数据，在***内存中直接按预设的判别标准进行实时判读，所述预设判读标准包括帧计数的连续性、帧计数总量的正确性；
数据分析模块，从数据拼接模块接收SAR载荷图像数据，按照峰值旁瓣比指标分析流程分析本次成像所获取的SAR载荷图像数据的峰值旁瓣比指标。
5.根据权利要求1所述的一种多工作模式的实时SAR快视***，其特征在于：所述实时解压缩及成像子***还包括交换路由模块，所述交换路由模块连接原始数据记录与分发子***、综合显示与分析子***和所有M个嵌入式处理机，所述交换路由模块由3块SRIO交换芯片构成，交换芯片来两两相通。
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