改进压缩质量BAQ的SAR数据压缩系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种改进压缩质量分块自适应量化BAQ的合成孔径雷达SAR数据压缩系统及方法，本发明专利技术的系统由控制模块、数据读取模块、压缩模块、数据拼接模块、校验模块和码流输出模块组成。本发明专利技术使用控制模块接收合成孔径雷达SAR数据，协调各模块运作；数据读取模块读取最小压缩单元数据；压缩模块对最小压缩单元数据的相位值进行均匀量化编码，幅值对数进行分块自适应量化编码，得到有损压缩数据；不压缩、无损及有损压缩数据经数据拼接模块、校验模块和码流输出模块处理得到输出码流。本发明专利技术具有压缩质量高、编码方式多的优点，可用于对合成孔径雷达SAR数据进行压缩处理。

【技术实现步骤摘要】
改进压缩质量BAQ的SAR数据压缩系统及方法
本专利技术属于数字信号处理
，更进一步涉及数字信号处理
中的一种改进压缩质量分块自适应量化BAQ(BlockAdaptiveQuantization)的合成孔径雷达SAR(SyntheticApertureRadar)数据压缩系统及方法。本专利技术利用现场可编程门阵列FPGA(FieldProgrammableGataArray)实现的合成孔径雷达SAR数据压缩系统，对存储在星上的静态随机存储器SRAM(StaticRandomAccessMemory)中的合成孔径雷达SAR数据进行数据压缩，降低传输数据量后下传到地面进行解码、脉压处理及分析特性。
技术介绍
合成孔径雷达SAR一种先进的主动式的对地观测设备，具有全天候，全天时工作的特点，对地面植被有一定的穿透能力，在国民经济和军事应用领域有着非常重要的作用。由于星载合成孔径雷达SAR系统多分辨率，多通道，多模式的发展需求使得合成孔径雷达SAR原始数据的数据量迅猛发展。在工作期间需要采集大量的原始回波数据，将其存储并实时下传至地面进行处理。由于下行链路数据率低，为了获得更多的有效数据，需要对原始数据进行压缩后再送回地面接收站。在星载合成孔径雷达SAR系统中分块自适应量化BAQ是一种非常实用的数据压缩方法。中国科学院电子学研究所在其申请的专利文献“星载合成孔径雷达可变位数BAQ压缩系统及方法”(专利申请号200610113822.6，公开号CN101165510A)中公开了一种星载合成孔径雷达系统的原始数据可变位数压缩系统及方法。该系统包括：I、Q路A/D模数转换器，I、Q路寄存器，核心处理器，多路拼接电路，多路拼接寄存器。I、Q路A/D模数转换器用于将I、Q路模拟回波数据转换成I、Q路数字回波数据。I、Q路寄存器用于读取存储A/D模数转换器输入的I、Q路数字回波数据。核心处理器根据控制指令对核心处理单元作选择，用于将I、Q路寄存器输入的I、Q数字回波数据进行分块自适应量化处理，对查表输出的量化位数作相应变化，实时改变压缩位数。多路拼接电路用于将核心处理器输入的量化位数压缩数据进行拼接；多路拼接寄存器用于读取多路拼接电路输入的拼接数字数据进行存储。该系统存在的不足之处是，对于核心处理器中的量化编码表，只支持2、3、4比特量化查表，且映射表的资源占用过大。该方法的具体步骤包括：输入的分块数据由累加器阵列单元进行累加，取高位作为分块均值；构造由分块均值与采样数据绝对值为地址的量化编码表；通过一一对应的映射编码表，由编码地址查表得出量化码字，并与符号位重新编码；编码值进行比特拼接和和打包输出BAQ压缩数据。核心处理器可随控制命令而实时改变BAQ压缩位数，并考虑硬件特点适当简化算法复杂度。该方法存在的不足之处是，由于回波数据的信息主要来源于脉压后的数据，而相位信息是影响脉冲压缩质量的主要因素，对实部、虚部两路进行压缩不能很好的保留相位信息。中国科学院电子学研究所在其申请的专利文献“一种BAQ压缩方法及装置、SAR数据形成器”(专利申请号201610339174.X，公开号CN105842663A)中公开了一种BAQ压缩方法及装置、SAR数据形成器。该系统包括：第一确定单元，第一分块单元，第二分块单元，第一编码单元，第一输出单元。第一确定单元用于确定待处理的数据。第一分块单元用于将所述数据进行均匀分块，得到数据块集合，所述数据块集合中至少包括一块以上的数据块。第二分块单元用于将每一块所述数据块按照行进行分块，得到第一子数据块至第T子数据块，所述T为大于1的自然数。第一编码单元由第一求和单元，第一生成单元，第二生成单元，第三生成单元，第四生成单元，第一拼接单元组成，用于对所述第一子数据块至第T子数据块，进行求取均值，用均值和所述子数据块的数据的绝对值生成查表地址，查表得出BAQ量化后的值，与符号构成压缩编码，拼接得到编码数据，分别对应第一编码数据至第T编码数据。第一输出单元用于分别输出第一编码数据至第T编码数据。该系统存在的不足之处是，第一，不支持无损压缩；第二，压缩模式下只支持一种量化编码位数，不能根据指令选择不同的量化位数。该方法的具体步骤包括：确定待处理的数据；将所述数据进行均匀分块，得到数据块集合，所述数据块集合中至少包括一块以上的数据块；将每一块所述数据块按照行进行分块，得到第一子数据块至第T子数据块，所述T为大于1的自然数；对所述第一子数据块至第T子数据块分别进行编码，每一块进行累加求和，求取均值，利用均值及相邻子数据块的数据的绝对值进行查表得出查表值，与符号位组成压缩编码，并对其进行拼接和打包，分别对应得到第一编码数据至第T编码数据；分别输出第一编码数据至第T编码数据。该方法存在的不足之处是，对于原始数据信息不区分大小信号进行压缩，如果合成孔径雷达SAR原始数据小信号比较多，压缩性能损失会比较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出了一种改进压缩质量分块自适应量化BAQ的合成孔径雷达SAR数据压缩系统及方法。实现本专利技术目的的思路是，通过控制模块将接收到的合成孔径雷达SAR数据，存储到静态随机存储器SRAM中，统计合成孔径雷达SAR数据的最大有效位数，设置控制寄存器参数。数据读取模块接收控制模块发出的控制寄存器参数，读取最小压缩单元数据，当压缩状态寄存器参数为有损压缩状态时，数据读取模块将最小压缩单元数据送到压缩模块进行压缩处理，压缩处理完成后得到有损压缩数据，压缩模块将有损压缩数据送到数据拼接模块，当压缩状态寄存器参数为不压缩或无损压缩状态时，数据读取模块直接将最小压缩单元数据送到数据拼接模块，数据拼接模块对压缩模块送入的有损压缩数据或数据读取模块送入的最小压缩单元数据添加包头数据生成打包数据，将打包数据中的实际有效数据拼接成以四字节为单位的编码码流，校验模块对编码码流进行校验，产生四字节校验和，并将校验和送到码流输出模块。码流输出模块将添加校验和及结束标志后的编码码流输出。本专利技术的系统包括控制模块、数据读取模块、压缩模块、数据拼接模块、校验模块和码流输出模块，其中：所述的压缩模块，用于计算最小压缩单元数据的幅值和相位值，缓存最小压缩单元数据的相位值，将幅值作为地址查幅值对数映射表得到幅值的对数值，计算最小压缩单元数据幅值对数的标准化值，将最小压缩单元数据的幅值对数的标准化值作为查表地址，查询分块自适应量化BAQ量化编码表，得到量化编码值，缓存幅值对数的量化编码值，将最小压缩单元数据的均值、标准差、相位值、幅值对数量化编码值，依次整合成一路有损压缩数据；所述的控制模块，用于将接收到的合成孔径雷达SAR数据，存储到静态随机存储器SRAM中，统计合成孔径雷达SAR数据的最大有效位数，设置控制寄存器参数，协调数据读取模块、压缩模块、数据拼接模块、校验模块和码流输出模块的运作；所述的数据读取模块，用于从静态随机存储器SRAM中读取最小压缩单元数据；所述的数据拼接模块，用于对有损压缩数据或最小压缩单元数据添加包头数据生成打包数据，将打包数据中的有效数据拼接成以四字节为单位的编码码流，并将编码码流送到校验模块和码流输出模块；所述的校验模块，用于对编码码流进行校验，产生四字节的校验和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改进压缩质量分块自适应量化BAQ的合成孔径雷达SAR数据压缩系统，其特征在于，包括控制模块、数据读取模块、压缩模块、数据拼接模块、校验模块和码流输出模块，其中：所述的压缩模块，用于计算最小压缩单元数据的幅值和相位值，缓存最小压缩单元数据的相位值，将幅值作为地址查幅值对数映射表得到幅值的对数值，计算最小压缩单元数据幅值对数的标准化值，将最小压缩单元数据的幅值对数的标准化值作为查表地址，查询分块自适应量化BAQ量化编码表，得到量化编码值，缓存幅值对数的量化编码值，将最小压缩单元数据的均值、标准差、相位值、幅值对数量化编码值，依次整合成一路有损压缩数据；所述的控制模块，用于将接收到的合成孔径雷达SAR数据，存储到静态随机存储器SRAM中，统计合成孔径雷达SAR数据的最大有效位数，设置控制寄存器参数，协调数据读取模块、压缩模块、数据拼接模块、校验模块和码流输出模块的运作；所述的数据读取模块，用于从静态随机存储器SRAM中读取最小压缩单元数据；所述的数据拼接模块，用于对有损压缩数据或最小压缩单元数据添加包头数据生成打包数据，将打包数据中的有效数据拼接成以四字节为单位的编码码流，并将编码码流送到校验模块和码流输出模块；所述的校验模块，用于对编码码流进行校验，产生四字节的校验和，并将校验和送到码流输出模块；所述的码流输出模块，用于在编码码流的尾部依次添加校验和、结束标志，输出添加校验和及结束标志后的编码码流。...

【技术特征摘要】
1.一种改进压缩质量分块自适应量化BAQ的合成孔径雷达SAR数据压缩系统，其特征在于，包括控制模块、数据读取模块、压缩模块、数据拼接模块、校验模块和码流输出模块，其中：所述的压缩模块，用于计算最小压缩单元数据的幅值和相位值，缓存最小压缩单元数据的相位值，将幅值作为地址查幅值对数映射表得到幅值的对数值，计算最小压缩单元数据幅值对数的标准化值，将最小压缩单元数据的幅值对数的标准化值作为查表地址，查询分块自适应量化BAQ量化编码表，得到量化编码值，缓存幅值对数的量化编码值，将最小压缩单元数据的均值、标准差、相位值、幅值对数量化编码值，依次整合成一路有损压缩数据；所述的控制模块，用于将接收到的合成孔径雷达SAR数据，存储到静态随机存储器SRAM中，统计合成孔径雷达SAR数据的最大有效位数，设置控制寄存器参数，协调数据读取模块、压缩模块、数据拼接模块、校验模块和码流输出模块的运作；所述的数据读取模块，用于从静态随机存储器SRAM中读取最小压缩单元数据；所述的数据拼接模块，用于对有损压缩数据或最小压缩单元数据添加包头数据生成打包数据，将打包数据中的有效数据拼接成以四字节为单位的编码码流，并将编码码流送到校验模块和码流输出模块；所述的校验模块，用于对编码码流进行校验，产生四字节的校验和，并将校验和送到码流输出模块；所述的码流输出模块，用于在编码码流的尾部依次添加校验和、结束标志，输出添加校验和及结束标志后的编码码流。2.一种改进压缩质量分块自适应量化BAQ的合成孔径雷达SAR数据压缩方法，其特征在于，具体步骤包括如下：(1)存储合成孔径雷达SAR数据：控制模块将接收的合成孔径雷达SAR数据，存储到静态随机存储器SRAM中；(2)统计合成孔径雷达SAR数据的最大有效位数：(2a)控制模块对合成孔径雷达SAR数据的实部和虚部数据，分别进行取绝对值操作；(2b)控制模块采用遍历所有实部和虚部数据绝对值的方法，分别得到实部和虚部数据绝对值的最大有效位数；(2c)从实部数据绝对值的最大有效位数和虚部数据绝对值的最大有效位数中，选取最大值，将该最大值加1后，作为合成孔径雷达SAR数据的统计最大有效位数；(3)设置控制寄存器参数：(3a)控制模块按照外部端口传入的压缩状态指令，设置压缩状态寄存器参数；(3b)控制模块按照外部端口传入的数据压缩量化位数指令，分别设置幅值量化比特寄存器和相位量化比特寄存器的参数；(3c)按照压缩状态寄存器参数，设置无损量化比特寄存器参数；(4)读取最小压缩单元数据：数据读取模块按照Z字型顺序，从静态随机存储器SRAM中读取最小压缩单元数据；(5)判断压缩状态寄存器参数是否为有损压缩状态，若是，则执行步骤(6)，否则，执行步骤(7)；(6)对最小压缩单元数据进行有损压缩：(6a)幅值相位计算模块按照相位计算公式，计算最小压缩单元数据的相位值，计算完成后，将相位值P缓存到先入先出队列FIFO1中；同时计算最小压缩单元数据的幅值；(6b)通过一一对应的幅值对数映射表，将幅值作为地址查表得出幅值的对数值；(6c)按照标准化计算公式，计算最小压缩单元数据幅值对数的标准化值；(6d)将最小压缩单元数据的标准化值作为查表地址，查询分块自适应量化BAQ量化编码表，得到45位的查表内容；(6e)根据幅值量化比特寄存器的参数值，选择查表内容的输出位数，得到幅值对数的量化编码值；(6f)将幅值对数的量化编码值缓存到先入先出队列FIFO2中；(6g)将最小压缩单元数据的均值、标准差、相位值、幅值对数量化编码值，依次整合成一路有损压缩数据；(7)添加包头数据：当压缩状态寄存器参数为有损压缩状态时，对有损压缩数据添加包头数据生成打包数据，否则，对最小压缩单元数据添加包头数据生成打包数据；(8)拼接数据：将打包数据中的有效数据拼接成以四字节为单位的编码码流；(9)校验编码码流：利用循环冗余校验方式，校验模块对编码码流进行校验，产生四字节的校验和；(10)输出编码码流：在编码码流的尾部依次添加校验和、结束标志，输出添加校验和及结束标志后的编码码流；(11)判断合成孔径雷达SAR数据是否全部处理完，若是，则执行步骤(12)，否则，执行步骤(4)；(12)完成合成孔径雷达SAR数据压缩。3.根据权利要求2所述的改进压缩质量分块自适应量化BAQ的合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张静，孔菲菲，李云松，李雪朋，卢运华，桑柳，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61