CN108983238A - 一种星载Ka波段SAR实时成像*** - Google Patents

一种星载Ka波段SAR实时成像*** Download PDF

Info

Publication number
CN108983238A
CN108983238A CN201810848056.0A CN201810848056A CN108983238A CN 108983238 A CN108983238 A CN 108983238A CN 201810848056 A CN201810848056 A CN 201810848056A CN 108983238 A CN108983238 A CN 108983238A
Authority
CN
China
Prior art keywords
dsp
processing
sar
processing unit
real time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810848056.0A
Other languages
English (en)
Inventor
朱晓智
李林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Institute of Space Electronic Technology
Original Assignee
Shandong Institute of Space Electronic Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Institute of Space Electronic Technology filed Critical Shandong Institute of Space Electronic Technology
Priority to CN201810848056.0A priority Critical patent/CN108983238A/zh
Publication of CN108983238A publication Critical patent/CN108983238A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种星载Ka波段SAR实时成像***，实现了对数字接收机发送的原始图像的接收，可完成方位向重构处理、多普勒参数计算及方位向FFT处理，完成距离向FFT处理、参考函数计算及其FFT、复乘处理及方位向IFFT处理、SAR图像灰度量化处理，并将处理后SAR图像数据发送至数传设备进行存储发送，并考虑了航天器可靠性安全性设计，满足航天器的应用。

Description

一种星载Ka波段SAR实时成像***
技术领域
本发明属于SAR雷达技术领域，具体涉及一种星载Ka波段SAR实时成像***。
背景技术
随着空间技术的发展,各国空间探测的竞争日趋激烈，星载合成孔径雷达(SAR)可不受天气环境、气候等的影响，可全天候高分辨率高宽幅进行对地观测，实时成像单元通过对雷达回波信号中的幅度、相位、频谱和极化等目标特征信息的分析，从而估算目标的大小、形状、重量和表面层的物理特性，对目标进行实时判断。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种星载Ka波段SAR实时成像***，能够接收数字接收机发送的原始图像数据，实时处理原始图像数据，并将处理后的数据发送至数传分***。
一种星载Ka波段SAR实时成像***，包括FPGA处理单元和DSP处理单元；其中，FPGA处理单元包括第一TLK2711接口、第二TLK2711接口以及LVDS接口；
所述第一TLK2711接口用来接收SAR的数字接收机的图像数据和辅助数据，然后采用3路SRIO接口将所述图像数据和辅助数据组帧数据并行发送给DSP处理单元；
所述LVDS接口将SAR的监控定时器产生的SAR***参数发送给DSP处理单元；
所述DSP处理单元对接收的图像数据结合所述SAR***参数进行成像处理，并将成像数据经由第二TLK2711接口发送给SAR的数传单元。
较佳的，所述DSP处理单元的成像处理包括方位向多通道重构处理，距离徙动校正及距离压缩处理，方位向逆傅里叶变换处理以及图像量化处理。
较佳的，所述DSP处理单元采用TI公司生产的TMS320C6678型DSP。
较佳的，所述DSP处理单元在进行方位向多通道重构处理时，采用其中的5个DSP核并行处理；在距离徙动校正及距离压缩处理过程中采用流水操作。
较佳的，所述FPGA处理单元还设置有RS422接口，用于将DSP处理单元产生的遥测数据发给监控定时单元。
较佳的，所述DSP处理单元中预存相位函数；当DSP处理单元接收到SAR***参数后，将参数代入到相位函数，再参与所述成像处理。
本发明具有如下有益效果：
本发明的一种星载Ka波段SAR实时成像***，实现了对数字接收机发送的原始图像的接收，可完成方位向重构处理、多普勒参数计算及方位向FFT处理，完成距离向FFT处理、参考函数计算及其FFT、复乘处理及方位向IFFT处理、SAR图像灰度量化处理，并将处理后SAR图像数据发送至数传设备进行存储发送，并考虑了航天器可靠性安全性设计，满足航天器的应用。
附图说明
图1为本发明的一种星载Ka波段SAR实时成像***的组成框图；
图2为本发明的一种星载Ka波段SAR实时成像***中DSP处理单元框图；
图3为本发明的DSP SmartReflex电源控制框图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明的一种星载Ka波段SAR实时成像***包括FPGA处理单元和DSP处理单元；其中，FPGA处理单元包括第一TLK2711接口、第二TLK2711接口以及LVDS接口；
所述第一TLK2711接口用来接收数字接收机的图像数据，然后采用3路SRIO(Serial Rapid I/O,高速串行接口)将SAR的数字接收机发送的图像数据和辅助数据组帧数据并行发送给DSP处理单元；其中，辅助数据为卫星平台的时间码、轨道、倾角姿态等信息，为DSP处理单元的成像提供辅助判断。
所述LVDS接口将SAR的监控定时器产生的SAR***参数发送给DSP处理单元；
所述DSP处理单元对接收的图像数据结合所述SAR***参数进行成像处理，并将图像数据经由第二TLK2711接口通过一路SRIO发送给SAR的数传单元。
另外，FPGA处理单元还设置有RS422接口，用于将DSP处理单元产生的遥测数据(状态参数，包括健康状态信息，如指令接收计数、指令执行计数、复位计数等)发给监控定时单元。
由于DSP内部含有大量的硬件乘法器/加法器，在一个时钟周期内即可完成一次乘、加运算，并且可以累加乘法运算结果，这种硬件的乘/加器可快速的完成FFT、卷积、等各种矢量运算。因此实时成像过程中计算的部分均由DSP来完成，DPS为8核处理器，每个处理器可以单独的完成工作，在原始数据中，共有5路成像数据，因此将5路数据分配到5个单独的DSP核去运行，这种DSP核复制的方式对于多路图像处理非常有利，不仅开发难度小，而且可以有效地减少DSP核之间的高速交互，提高数据计算效率，剩余的DSP核完成数据的预处理等剩余功能。
实时成像采用不需要进行插值处理的频率调制(Frequency Scaling,FS)的方法。按照数据操作方向，可将处理流程分为四部分：
第一步为方位向多通道重构处理，因第一步为沿方位向处理，因此需要获取一个完整方位块的点数的数据之后才开始处理；
第二部分为距离徙动校正及距离压缩处理，该部分沿距离向处理；
第三部分为方位向逆傅里叶变换处理，需要所有距离门数据处理完成之后再沿方位向处理；
第四部分为图像量化处理，本部分操作对数据沿任意方向操作。
算法中的相位函数由每个波位的SAR***参数决定，因此在参数确定之后，可在数据处理之前预先生成(DSP6678实现)每步所需的相位函数的参数，后续进行多通道重构函数、FFT变换、复乘处理、IFFT变换时可以将参数直接代入，节省计算时间，提高计算的实时性。
为了保证实时成像处理的时效性，设计中将参考函数计算过程中的部分参数进行预处理，即开机时先进行部分参数计算并存表，减少在实时函数生成过程中需要进行的参数的计算量，以减少计算时间，提高成像的实时性，同时，在进行方位向重构时采用5个FFT核并行处理方式；在第二部分距离向处理过程中采用流水操作、实时计算参考函数并进行复乘处理，最终通过四步处理完成SAR实时成像。
基于对目前主流DSP处理的性能比较，采用TI公司生产的TMS320C6678作为实时成像***的DSP处理器。如图2所示，DSP***包括处理器芯片TMS320C6678、时钟电路、复位电路、DDR3缓存及程序存储电路等组成。DSP***主要完成与FPGA之间数据交互及软件需求指定的数据运算、数据处理等功能，高速数据通信通过高速串行接口SRIO来完成，低速数据通信通过DSP数据总线来完成，其他数据接收接口等功能由FPGA完成。
根据DSP芯片运算速度选择具体芯片。运算速度是DSP芯片的一个重要的性能指标，也是选择DSP芯片时所需考虑的一个主要因素。DSP芯片的运算速度一般采用DSP的指令周期、单周期的乘加次数或采用数字信号处理中的基准程序，如用FFT和数字滤波等的执行时间来测评DSP芯片的速度性能。最新的TMS320C6678为8核DSP，主频最高可达1.25GHz。在CPU时钟频率为1.25GHz时，其运算能力高达20GFLOP/core，在提高主频的情况下运算能力还会更高，能够满足数据运算和图像数据处理的实时性要求，DSP的SRIO可配置为1.24/2.5/3.125/5G通信速率，可根据通信数据量进行灵活配置。
通常的浮点型DSP具有功耗高这一缺点，为了解决这一劣势，TMS320C6678引入了SmartReflex(智能反射)这一技术。当前伴随着设备复杂度的增加，元器件所增加的功耗，绝大多数是由晶体管的漏电流引起。漏电流功耗与元器件工作时钟频率及使用方式无关。元器件的动态功耗则随着工作时钟频率增加、晶体管的开关而增加。
SmartReflex(智能反馈)技术就是用于解决静态和动态功耗较高这一问题，它使得设备的工作趋近于最优化，使得设备的工作性能最优化、功耗最低化。当DSP在工作时，SmartReflex(智能反馈)技术使得DSP的4个输出管脚VCNTL去控制电源芯片，使得电源芯片向DSP提供的电压在0.9V～1.1V之间，从而使得功耗最优化。结构框图如图3所示。
为保证DSP***可靠地运行，复位电路提供***上电期间的复位和运行过程中的看门狗监测。***上电过程中，电源建立存在不稳定的过程，复位电路将DSP***复位，等到电源稳定200ms后，复位信号解除，DPS***开始稳定的运行。在程序运行过程中，如果程序出现跑飞、跑死等现象，没有牵狗信号输出或牵狗周期大于1.6秒时，根据复位电路的功能特性，就会输出一个宽度为200毫秒左右的低脉冲，使DSP执行一次硬复位。这样，复位电路就起到了监视DSP程序运行是否正常的功能。
DSP***以及FPGA运行需要多路高质量的时钟，时钟电路采用专用的时钟芯片来完成多路时钟的产生，时钟芯片不仅具有多扇出的功能，还具有低抖动的特性，从而保证***稳定的运行。
实时成像单元单元主要完成图像的运算工作，其中的运算量非常巨大，因此对FPGA与DSP的任务分配显得尤为重要，任务分配的合理性直接影响着实时成像的效率。
FPGA擅长完成接口功能，因此对外接口均有FPGA来完成，FPGA接收到图像数据后，对数据进行提取，将图像数据和辅助数据分类后通过3路SRIO实时的发送到DSP，DSP的SRIO口可运行在高达5Gbps的速率下，因此图像数据可以快速的导入到DSP中，DSP计算完成后的图像数据相对于原始数据已经非常小，1路SRIO口即可完成图像数据返回到FPGA，由FPGA通过高速数据传输模块TLK2711接口发送到数传***。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种星载Ka波段SAR实时成像***，其特征在于，包括FPGA处理单元和DSP处理单元；其中，FPGA处理单元包括第一TLK2711接口、第二TLK2711接口以及LVDS接口；
所述第一TLK2711接口用来接收SAR的数字接收机的图像数据和辅助数据，然后采用3路SRIO接口将所述图像数据和辅助数据组帧数据并行发送给DSP处理单元；
所述LVDS接口将SAR的监控定时器产生的SAR***参数发送给DSP处理单元；
所述DSP处理单元对接收的图像数据结合所述SAR***参数进行成像处理，并将成像数据经由第二TLK2711接口发送给SAR的数传单元。
2.如权利要求1所述的一种星载Ka波段SAR实时成像***，其特征在于，所述DSP处理单元的成像处理包括方位向多通道重构处理，距离徙动校正及距离压缩处理，方位向逆傅里叶变换处理以及图像量化处理。
3.如权利要求2所述的一种星载Ka波段SAR实时成像***，其特征在于，所述DSP处理单元采用TI公司生产的TMS320C6678型DSP。
4.如权利要求3所述的一种星载Ka波段SAR实时成像***，其特征在于，所述DSP处理单元在进行方位向多通道重构处理时，采用其中的5个DSP核并行处理；在距离徙动校正及距离压缩处理过程中采用流水操作。
5.如权利要求1所述的一种星载Ka波段SAR实时成像***，其特征在于，所述FPGA处理单元还设置有RS422接口，用于将DSP处理单元产生的遥测数据发给监控定时单元。
6.如权利要求2所述的一种星载Ka波段SAR实时成像***，其特征在于，所述DSP处理单元中预存相位函数；当DSP处理单元接收到SAR***参数后，将参数代入到相位函数，再参与所述成像处理。
CN201810848056.0A 2018-07-27 2018-07-27 一种星载Ka波段SAR实时成像*** Pending CN108983238A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810848056.0A CN108983238A (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种星载Ka波段SAR实时成像***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810848056.0A CN108983238A (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种星载Ka波段SAR实时成像***

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108983238A true CN108983238A (zh) 2018-12-11

Family

ID=64552246

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810848056.0A Pending CN108983238A (zh) 2018-07-27 2018-07-27 一种星载Ka波段SAR实时成像***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108983238A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109444886A (zh) * 2018-12-30 2019-03-08 成都汇蓉国科微***技术有限公司 一种双基sar实时成像的并行计算处理方法、***及介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101833095A (zh) * 2010-04-14 2010-09-15 电子科技大学 一种基于空域展开的星机联合sar二维频域成像方法
CN107102328A (zh) * 2017-04-17 2017-08-29 王辉 基于fpga的实时成像信号处理方法及fpga
CN108132467A (zh) * 2017-12-23 2018-06-08 成都汇蓉国科微***技术有限公司 基于增强型adc的dsp+fpga双基前视sar成像方法及成像装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101833095A (zh) * 2010-04-14 2010-09-15 电子科技大学 一种基于空域展开的星机联合sar二维频域成像方法
CN107102328A (zh) * 2017-04-17 2017-08-29 王辉 基于fpga的实时成像信号处理方法及fpga
CN108132467A (zh) * 2017-12-23 2018-06-08 成都汇蓉国科微***技术有限公司 基于增强型adc的dsp+fpga双基前视sar成像方法及成像装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIU JIN ET AL.: ""Design of spaceborne SAR imaging processing and fast Verification Based on FPGA"", 《IET INTERNATIONAL RADAR CONFERENCE 2013》 *
张媚 等: ""基于TLK2711的遥感卫星高速串行载荷数据接口设计"", 《航天器工程》 *
李伟: ""星载SAR成像算法研究及DSP实时实现"", 《万方学位导航》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109444886A (zh) * 2018-12-30 2019-03-08 成都汇蓉国科微***技术有限公司 一种双基sar实时成像的并行计算处理方法、***及介质
CN109444886B (zh) * 2018-12-30 2020-06-26 成都汇蓉国科微***技术有限公司 一种双基sar实时成像的并行计算处理方法、***及介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sancho et al. Quantifying the potential benefit of overlapping communication and computation in large-scale scientific applications
DE102010054337B4 (de) Mechanismen, um ineffizientes Core-Hopping zu vermeiden und Hardware-unterstützte Auswahl eines Niedrigleitungszustands bereitzustellen
DE102019114243A1 (de) Architektur für tiefe neuronale Netze unter Verwendung stückweiser linearer Approximation
Echman et al. A scalable pipelined complex valued matrix inversion architecture
CN105137428B (zh) 去斜率信号的极坐标格式成像算法的fpga实现方法
Innocenti et al. Progress towards physics-based space weather forecasting with exascale computing
CN108983238A (zh) 一种星载Ka波段SAR实时成像***
Gurumani et al. High-level synthesis of multiple dependent CUDA kernels on FPGA
CN103473426A (zh) 基于嵌入式***框架的星载相控阵信号处理架构设计方法
Schleuniger et al. Synthetic aperture radar data processing on an FPGA multi-core system
Lynch et al. Real-time data assimilative modeling on Georges Bank
D'Alberto et al. Generating FPGA-accelerated DFT libraries
Lu et al. Distributed machine learning based mitigating straggler in big data environment
DE112021003985T5 (de) Verfahren zum erzeugen interpolierter videobilder
DE112021003991T5 (de) Techniken zum erzeugen von interpolierten videobildern
Lieske et al. System on chip generation for multi-sensor and sensor fusion applications
Li et al. Design of High-performance Super-resolution Spaceborne SAR Real-time Imaging Chip
Genseberger et al. A hybrid SWAN version for fast and efficient practical wave modelling
Cardona et al. Performance-area improvement by partial reconfiguration for an aerospace remote sensing application
Deng et al. HRM: H-tree based reconfiguration mechanism in reconfigurable homogeneous PE array
Vavřík et al. Precision-Aware application execution for Energy-optimization in HPC node system
CN104009733A (zh) 基于fpga的样本重要性重采样粒子滤波器的硬件实现方法
Iizuka et al. Power Analysis and Power Modeling of Directly-Connected FPGA Clusters
Corvino et al. Architecture exploration for efficient data transfer and storage in data-parallel applications
Du et al. Research on hybrid tracking algorithm based on particle filter

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20181211