本发明专利技术公开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，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；方法包括：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。用流水和并行结构提高运算速度，通过资源共享来降低资源消耗。满足星载系统小型化、低功耗和高可靠性的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于合成孔径雷达信号处理领域，涉及星载合成孔径雷达原 始数据压縮方法。
技术介绍
合成孔径雷达能够全天候全天时地实现对地球表面的观测，获得地 面目标的高分辨率图像，在国民经济和国防领域有着广泛的应用前景。星载合成孔径雷达系统的数据率通常可达到每秒数百兆比特，这给 数据传输和存储带来很大的挑战，并且限制了合成孔径雷达系统整体性 能的提高。对回波数据进行压縮处理，然后再进行存储或传输是改善系 统综合性能的有效途径之一。合成孔径雷达原始数据压縮已经发展出多 种算法。如分块自适应量化(BAQ)、分块浮点量化(BFPQ)、矢量量 化(VQ)、 BAVQ、 FFT-BAQ、 DCT-BAQ和WHT-BAQ等。其中，BAQ 和BFPQ已经在国外星载合成孔径雷达中得到实际应用。
技术实现思路
针对合成孔径雷达原始数据率不能满足星载合成孔径雷达系统每 秒数百兆比特数据率的使用要求，并且限制了合成孔径雷达系统整体性 能的提高。本专利技术的目的是对回波数据进行压缩处理，然后再进行存储 和传输来改善系统综合性能，为此，本专利技术提出一种星载合成孔径雷达 可变位数BAQ压縮系统及方法，为型号卫星的工程化提供设计参考。为了实现本专利技术的目的，本专利技术的一方面，是提供一种星载合成孔 径雷达系统的原始数据可变位数压縮系统，包括I路A/D模数转换器，用于将I路模拟回波数据转换成I路数字回 波数据；Q路A/D模数转换器，用于将Q路模拟回波数据转换成Q路数字 回波数据；与I路A/D模数转换器连接的I路寄存器，用于读取存储I路A/D 模数转换 1入的I路数字回波数据；与Q路A/D模数转换器连接的Q路寄存器，用于读取存储Q路 A/D模数转换器输入的Q路数字回波数据；与I路寄存器和Q路寄存器连接的核心处理器，根据控制指令对核 心处理单元作选择，用于将I路寄存器和Q路寄存器输入的I路数字回 波数据和Q路数字回波数据进行分块自适应量化处理，査表输出的量化 位数作相应变化，用于实时改变压縮位数；与核心处理器连接的多路拼接电路，用于将核心处理器输入的分块 自适应量化处理的量化位数压缩数据进行拼接；与多路拼接电路连接的多路拼接寄存器，用于读取多路拼接电路输 入的拼接数字数据进行存储；与多路拼接寄存器连接的各通道的数据缓存器，用于将两路拼接寄 存器输入的8比特数字数据合并为16比特，并经过数据缓存器按各通 道进行数据传输。为了实现本专利技术的目的，本专利技术的另一方面，是提供一种星载合 成孔径雷达系统的原始数据可变位数压縮方法，包括步骤h输入的分块数据经由累加器阵列单元进行累加，取高位作 为分块均值；步骤2:构造由分块均值与采样数据绝对值为地址的量化编码表； 步骤3:根据控制命令对核心处理单元作选择，选择量化编码表的 输出位数，用于实时改变压缩位数；步骤4:通过一一对应的映射编码表，由编码地址査表得出量化码字，并与符号位重新编码；步骤5:编码值进行比特拼接和打包输出BAQ压缩数据。根据具体实施例方式所述不同压縮位数处理时，采用分块大小相同的结构，使用同一个编码表。根据具体实施例方式所述累加器阵列单元，采用流水和并行结构 构造累加器阵列单元，每一分块由独立的累加器完成。根据具体实施例方式所述映射编码表根据均值与方差的解析关 系，及方差与判决电平和量化电平的线性关系，得出样本输入值开4成的査表地址与编码表量化电平的映射关系，由MATLAB预先生成量化编 码表并固化到FPGA内部。本专利技术采用自顶向下的设计方法来实现2， 3， 4比特BAQ算法。 通过并行和流水工作方式来提高运算速度，通过资源共享来降低系统的 硬件规模。满足了星载系统小型化、低功耗和高可靠性的要求。采用流水和并行结构构造累加器阵列单元，每一分块由独立的累 加器完成，提高了系统运算速度。不同压縮位数处理时，釆用相同的分块大小，使用同一个编码表， 有效地共享硬件资源，节省开销。附图说明图1是BAQ算法的原理框图；图2是本专利技术星载合成孔径雷达系统的原始数据可变位数压縮系 统结构框图；图3是本专利技术中核心处理器结构示意图 图4是本专利技术中累加器阵列单元结构示意图； 图5是本专利技术中多路累加器阵列结构示意图； 图6是本专利技术中量化编码表。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术加以详细说明，应指出的是，所描述的 实施例仅旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。如图2本专利技术星载合成孔径雷达系统的原始数据可变位数压縮系 统结构框图所示，提出一种采用可编程器件FPGA实现2位、3位和4位BAQ压缩方法。利用FPGA可编程及片内包含大量存储和运算单元 的特点，通过资源共享，使其在节省硬件资源开销的情况下实现压缩 位数受控可变，并具备实时性强和可靠性高的优点。本专利技术可变位数压缩系统包括I路A/D模数转换器11， Q路A/D 模数转换器12， I路寄存器21， Q路寄存器2-3，实现数据压缩的核心 处理器3，多路拼接电路4，多路缓存寄存器5，各通道的数据缓存器 6采用主备两路通道1和通道2。实现本专利技术可变位数压縮系统BAQ算法的基本原理如下所述 BAQ算法的基础是认为SAR原始数据在距离向和方位向具有缓 变方差零均值高斯分布的特点。通过将大数据块划分为若干小块，利 用小块内数据的动态范围远远小于整块数据动态范围的特点，实现整 块数据的自适应量化。从全局来看，获得了较大动态范围数据的压缩。 如图1给出BAQ算法的原理框图，其实现步骤如下① 将原始数据分成若干小块，估算每个小块内的方差；② 应用小块内方差将块内数据归一化，使之符合均值为O方差为 1的标准高斯分布；③ 以(0,1)高斯分布为基础，预先计算好判决电平及量化电平；④ 用归一化的数据与判决电平比较得到量化后的码字；⑤ 根据接收到的数据、各数据块的方差以及量化电平恢复出原始数据。由于直接计算方差需要大量的乘法和开方运算，因此实际的BAQ 算法实现是利用数据的统计均值査表来获得方差。预先建立方差与数 据统计均值之间的关系，这样只需要求均值和查表计算。假设I、 Q通道的数据均为零均值的高斯分布，将原始数据分成 《。x&的子块，a:。、 ^分别是距离向和方位向的点数。用/,和込分别 表示I、 Q两个通道的样本，￡|/|]和￡|^分别表示1、 Q通道幅度的统计均值，那么<formula>formula see original document page 9</formula>(1)均值ra和方差CT的关系为:<formula>formula see original document page 10</formula>在实际系统中，利用以l的关系，预先求出与每个fi对应的^值。 假设量化的数据在块内为理想的高斯分布，不存在截断，那么它们之间的关系满足公式(3)和公式(4)。<formula>formula see original document page 10</formula>(3)<formula>formula see original document page 10</formula>(4) 通过上述的换算可以看出，根据方差与均值之间的统计关系，可以 采用求均值的本文档来自技高网...
【技术保护点】
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，其特征在于，包括：Ｉ路Ａ／Ｄ模数转换器，用于将Ｉ路模拟回波数据转换成Ｉ路数字回波数据；Ｑ路Ａ／Ｄ模数转换器，用于将Ｑ路模拟回波数据转换成Ｑ路数字回波数据；与Ｉ路Ａ／Ｄ模数转换器连接的Ｉ路寄存器，用于读取存储Ｉ路Ａ／Ｄ模数转换器输入的Ｉ路数字回波数据；与Ｑ路Ａ／Ｄ模数转换器连接的Ｑ路寄存器，用于读取存储Ｑ路Ａ／Ｄ模数转换器输入的Ｑ路数字回波数据；与Ｉ路寄存器和Ｑ路寄存器连接的核心处理器，根据控制指令对核心处理单元作选择，用于将Ｉ路寄存器和Ｑ路寄存器输入的Ｉ路数字回波数据和Ｑ路数字回波数据进行分块自适应量化处理，查表输出的量化位数作相应变化，用于实时改变压缩位数；与核心处理器连接的多路拼接电路，用于将核心处理器输入的分块自适应量化处理的量化位数压缩数据进行拼接；与多路拼接电路连接的多路拼接寄存器，用于读取多路拼接电路输入的拼接数字数据进行存储；与多路拼接寄存器连接的各通道的数据缓存器，用于将两路拼接寄存器输入的８比特数字数据合并为１６比特，并经过数据缓存器按各通道进行数据传输。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高俊峰，陈曦，童智勇，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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