可动态配置压缩比的星载SAR原始数据BAQ压缩方法技术

本发明专利技术公开了一种可动态配置压缩比的星载SAR原始数据BAQ压缩方法。具体为：对于ADC采样后的I、Q两路SAR原始数据，每32个脉冲重复周期的采样数据存入FPGA块RAM中缓存，分块数据顺序从RAM中取出，每个数据取绝对值后送入累加器中累加，求取1024个采样数据绝对值的均值；分块数据绝对值和数据绝对值的均值共同构成地址，用地址查找量化编码表，输出量化编码结果；分别制定量化为4、3、2位的量化编码表，利用FPGA的部分重配置功能，生成不同模式下对应的部分重配置比特流文件，并存储在Flash中，当需要切换压缩模式时，FPGA内控制电路从Flash中读取对应的比特流文件到可重配置区域。本发明专利技术节省了FPGA的硬件开销，还能实时快速切换数据压缩比，满足星载SAR不同工作模式下的需求。

【技术实现步骤摘要】
可动态配置压缩比的星载SAR原始数据BAQ压缩方法
本专利技术属于数字信号处理
，特别是一种可动态配置压缩比的星载SAR原始数据BAQ压缩方法。
技术介绍
SAR(合成孔径雷达)作为一种主动式传感器，能全天时、全天候对地观测，还可以透过地表和植被获取地表下信息。使它在农业、林业、地质、环境、水文、海洋、灾害、测绘与军事领域的应用具有独到的优势。星载SAR对地观测信息下传可分两种情况：一种是先对数据实时成像，然后将图像下传；再有就是将SAR接收的数据直接下传至地面接收站，然后对数据进行成像处理。前者需在星上配备信号处理机等设备，这会增加系统载荷，且受星上硬件限制使星载SAR难实现高精度的实时成像；后者只需在星上装载雷达射频单元和简单的信号处理单元，且地面SAR信号处理机的复杂度不受限制，可通过精确算法实现高精度成像。星载SAR系统中，卫星到地面的高数据传输瓶颈是发展星载合成孔径雷达所必须解决的一个关键问题。块自适应量化(BAQ)算法因其在压缩性能与硬件实现复杂度之间的良好折中，成为第一种获得实用的SAR原始数据压缩算法。通过BAQ算法对星载SAR原始数据进行压缩，降低雷达数据率和数据量，从而降低对数传系统的要求。随着SAR技术向高分辨率、多极化、多波段、宽观测带的方向发展，原始数据率不断提高，对卫星数据传输能力的要求也是越来越高，但是现有的数据压缩措施存在硬件开销大、实时性差的问题，无法满足星载SAR系统原始数据压缩的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种硬件开销小、实时性好的可动态配置压缩比的星载SAR原始数据BAQ压缩方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种可动态配置压缩比的星载SAR原始数据BAQ压缩方法，具体如下：(1)对于n位ADC采样后的I、Q两路星载SAR原始数据，n为正整数，每32个脉冲重复周期的采样数据存入FPGA一块RAM中缓存，两块RAM组成乒乓结构，通过两个RAM读和写的切换，来实现数据的流水线传输；(2)每小块数据为32*32，1024个n位数据顺序读出，并在取绝对值后的n-1位数据送入累加器中累加，求取1024个采样数据绝对值的均值，截取累加结果的高n位；分块数据绝对值和数据绝对值的均值拼接成2n-1位数据，构成量化编码表地址，并输出量化编码结果；(3)分别制定n位数据量化为4位、3位、2位的量化编码表，利用FPGA的部分重配置功能，在顶层文件中以黑盒模块的形式声明部分重配置模块，该黑盒模块中只有输入输出管脚的声明，生成静态控制模块的ngc文件，划分可重配置模块区域，添加不同压缩比的三个模块的ngc文件，然后生成对应的比特流文件，将不同比特流文件固化到Flash芯片不同区域；(4)接收到模式切换指令时，下载Flash芯片中比特流文件，比特流文件通过配置接口添加到FPGA可重配置区域，从而实现BAQ压缩方法可动态重配置压缩比。进一步地，步骤(1)所述n取8、10、12、14、16。进一步地，步骤(3)所述FPGA采用7系列FPGA。进一步地，步骤(4)所述配置接口为ICAP接口。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)通过一次查表方式输出量化编码，节省了FPGA的硬件开销；(2)能够实时快速切换数据压缩比，满足星载SAR不同工作模式下的需求；(3)具有数据率低、实时性好的优点，从而满足星载SAR系统原始数据压缩的要求。附图说明图1为I、Q两路经8-bitADC采样后的原始数据压缩编码处理流程框图。图2为FPGA动态重配置示意图。图3为星载SAR数据不同压缩比成像效果对比图，其中(a)为未压缩数据成像效果图，(b)为8:4压缩比成像效果图，(c)为8:3压缩比成像效果图，(d)为8:2压缩比成像效果图。具体实施方案本专利技术旨在降低星载SAR数据的数据率，同时利用FPGA部分重构的功能来实现不同压缩比的动态切换，节约FPGA分时实现不同功能的资源消耗。包括A/D采集数据缓存模块、分块自适应数据压缩模块，同时结合FPGA部分重配置功能，能在数据压缩功能模块中动态切换压缩模式。电路能高效实施星载SAR原始数据压缩，动态配置压缩比满足SAR对不同工作模式的灵活选择。本专利技术可动态配置压缩比的星载SAR原始数据BAQ压缩方法，具体如下：(1)对于n位ADC采样后的I、Q两路星载SAR原始数据，n为正整数，每32个脉冲重复周期的采样数据存入FPGA一块RAM中缓存，两块RAM组成乒乓结构，通过两个RAM读和写的切换，来实现数据的流水线传输；(2)每小块数据为32*32，1024个n位数据顺序读出，并在取绝对值后的n-1位数据送入累加器中累加，求取1024个采样数据绝对值的均值，截取累加结果的高n位；分块数据绝对值和数据绝对值的均值拼接成2n-1位数据，构成量化编码表地址，并输出量化编码结果；(3)分别制定n位数据量化为4位、3位、2位的量化编码表，利用FPGA的部分重配置功能，在顶层文件中以黑盒模块的形式声明部分重配置模块，该黑盒模块中只有输入输出管脚的声明，生成静态控制模块的ngc文件，划分可重配置模块区域，添加不同压缩比的三个模块的ngc文件，然后生成对应的比特流文件，将不同比特流文件固化到Flash芯片不同区域；(4)接收到模式切换指令时，下载Flash芯片中比特流文件，比特流文件通过配置接口添加到FPGA可重配置区域，从而实现BAQ压缩方法可动态重配置压缩比。进一步地，步骤(1)所述n取8、10、12、14、16。进一步地，步骤(3)所述FPGA采用7系列FPGA。进一步地，步骤(4)所述配置接口为ICAP接口。实施例1BAQ实现原理在于：分块、求每块数据的标准差对数据归一化、Lloyd-Max量化器(针对标准高斯分布数据量化编码)。Lloyd-Max量化器基于最小均方误差准则，计算出最佳判决电平和最佳量化电平，落在一个门限区域内的值都将被量化为同一个电平值。BAQ解压过程：量化编码和对应每块数据的标准差即σ值打包下传，传输到地面以后再利用σ值和对应的门限进行解码，即可恢复原来的数据。SAR回波的I、Q两路数据服从零均值高斯分布，可以使用标准差来表征数据分布。在BAQ算法硬件实现时，普遍采用的方法是统计分块数据幅度均值，然后将得到的幅度均值查查表得到数据块的标准差，映射关系如下：针对《合成孔径雷达成像——算法与实现》图书中光盘里提供的RADARSAT-1对温哥华地区观测的实测数据。选取了光盘中1536*2048大小的回波数据作为论证数据。实施方案是上位机发送数据给KC705评估板以太网芯片，以太网芯片将数据打包成帧，再发送给FPGA，FPGA接收到数据进行BAQ压缩，每32个脉冲重复周期的采样数据存入FPGA块RAM中乒乓结构缓存，32*32分块数据顺序从RAM中取出，每个数据取绝对值后送入累加器中累加，8位采样数据取绝对值后为7位数据，1024个绝对值数据累加后，截取累加结果的高8位，作为量化编码表地址的高8位，取绝对值后的7位数据作为量化编码表地址的低7位。量化编码表是一个双口的ROM，可以实现I、Q两路同时查表，量化编码表的地址为15位，给出ROM地址，下个时钟对应的压缩编码值即可输出。BAQ压缩编码处理流程如图1所示。存储量化编码表的ROM，地址是15位，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可动态配置压缩比的星载SAR原始数据BAQ压缩方法，其特征在于，具体如下：(1)对于n位ADC采样后的I、Q两路星载SAR原始数据，n为正整数，每32个脉冲重复周期的采样数据存入FPGA一块RAM中缓存，两块RAM组成乒乓结构，通过两个RAM读和写的切换，来实现数据的流水线传输；(2)每小块数据为32*32，1024个n位数据顺序读出，并在取绝对值后的n‑1位数据送入累加器中累加，求取1024个采样数据绝对值的均值，截取累加结果的高n位；分块数据绝对值和数据绝对值的均值拼接成2n‑1位数据，构成量化编码表地址，并输出量化编码结果；(3)分别制定n位数据量化为4位、3位、2位的量化编码表，利用FPGA的部分重配置功能，在顶层文件中以黑盒模块的形式声明部分重配置模块，该黑盒模块中只有输入输出管脚的声明，生成静态控制模块的ngc文件，划分可重配置模块区域，添加不同压缩比的三个模块的ngc文件，然后生成对应的比特流文件，将不同比特流文件固化到Flash芯片不同区域；(4)接收到模式切换指令时，下载Flash芯片中比特流文件，比特流文件通过配置接口添加到FPGA可重配置区域，从而实现BAQ压缩方法可动态重配置压缩比。...

【技术特征摘要】
1.一种可动态配置压缩比的星载SAR原始数据BAQ压缩方法，其特征在于，具体如下：(1)对于n位ADC采样后的I、Q两路星载SAR原始数据，n为正整数，每32个脉冲重复周期的采样数据存入FPGA一块RAM中缓存，两块RAM组成乒乓结构，通过两个RAM读和写的切换，来实现数据的流水线传输；(2)每小块数据为32*32，1024个n位数据顺序读出，并在取绝对值后的n-1位数据送入累加器中累加，求取1024个采样数据绝对值的均值，截取累加结果的高n位；分块数据绝对值和数据绝对值的均值拼接成2n-1位数据，构成量化编码表地址，并输出量化编码结果；(3)分别制定n位数据量化为4位、3位、2位的量化编码表，利用FPGA的部分重配置功能，在顶层文件中以黑盒模块的形式声明部分重配置模块，该黑盒模块中只有输入输出管脚的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓峰，鄢首领，韩玉兵，徐皖峰，季凯波，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32