本发明专利技术公开了一种基于游程差值编码的雷达回波压缩／解压算法，用于雷达模拟回波数据压缩／解压控制板的软件设计。本发明专利技术以记录数据流前后值的差及重复次数为主来实现压缩编码。以滑窗平均提取噪声均值，而后进行噪声的自适应门限切割来抑制噪声干扰，并最终提高编码的压缩比。以自适应动态调整差值模糊度的方式减少序列中数据不连续的次数，以提高编码的压缩比。采用ＦＰＧＡ实现了算法的所有功能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数据压缩解压领域，具体为一种基于游程差值编码的雷达回波压缩/ 解压算法。
技术介绍
目前，随着雷达新技术的不断发展，数字化的雷达视频距离库长越来越小。假定 最小的雷达可识别回波脉宽为0. 5us，量化位数为8Bits，若不进行压缩编码，则至少需要 16Mbps的信道带宽才能将其完全传出。而如此高的带宽要求又会给无线通信设备的设计带 来巨大的困难，更使得图传设备的成本呈指数迅速飙升。为了能在有限带宽下传输更多的雷达探测信息，在系统中运用压缩处理技术对雷 达回波信号进行压缩/解压处理已成必然。单就压缩算法而言，种类繁多PCM(脉冲编码调制)、预测编码、变换编码(离散余 弦变换)、统计编码(Huffman编码、算术编码、游程编码)、矢量量化和子带编码等。这些算 法除压缩比各不相同外，运算的复杂性也各不一样。雷达探测需要的是准确性、及时性，因 此在图传设备中应用压缩技术首先必须要满足实时性要求。游程编码(Run-Length Coding, RLC)做为一种简单而实用的统计编码在很早就被 提出了，其主要压缩依据就是将数据流中连续出现的数据(称为游程)用该数据以及连续 出现的个数来表示。即X(构成连续数据串的数据值)+SC(连续数据串的长度)。正因为 该算法无需获取大量的历史数据做相关运算，故而相对其他算法(如小波变换域压缩)而 言对内存的需求更小，也更具实时性。但在游程编码中，对于两个无连续重复的数据进行编 码时，会产生冗余。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于游程差值编码的雷达回波压缩/解压算法，以解决 采用传统的游程编码算法对两个无连续重复的数据进行编码时会产生冗余的问题。为了达到上述目的，本技术所采用的技术方案为基于游程差值编码的雷达回波压缩/解压算法，依次包括编码压缩模块和解码模 块，其特征在于所述编码压缩模块和解码模块均基于游程差值编码算法，所述游程差值编 码算法是对雷达回波信号数据流中前后数据的差值和重复次数进行游程编码的算法；所述编码压缩模块包括以下步骤(1)噪声滤除首先将工作期内采集到的数据逐个与前次雷达休止期内采集到的 雷达系统噪声值做比较，以初步滤除噪声，而后再拿初步滤除噪声后的数据与前3次记录 的回波数据中在相同距离点上做滑窗相关性比对，如连续3次比对结果显示相同距离点上 初步滤除噪声后的数据和前3次记录的回波数据均具有相关性，则保留当前采集到的数 据，否则将当前采集到的数据置为噪声电平；(2)差值模糊处理为了实现动态调整有损压缩率以适应小信道传输带宽的要求，特引入差值模糊系数F，所述差值模糊系数F即差值模糊范围值，其取值范围为(1 64)；假如当前采样点Cn的数据值与前一个采样点Clri的数据值之间差值小于差值模糊 系数F，则Cn产生了失真，当前采样点Cn的数据值取为前一个采样点Clri的数据值参与编 码，反之则取当前的采样点Cn的数据值参与编码，显然Cn与Clri取同样的值参与编码则仅 将重复次数累加器加一即可，这对于游程编码而言可大大提高压缩效率，进而降低传输数 据量，但带来的是少许的幅度失真；差值模糊系数F值是由编码模块根据编码的数据量及信道的传输带宽动态调整 的，当编码的数据流量超过传输带宽时，动态提高差值模糊系数F值以加大压缩率，从而以 适量的回波编码失真换取更小的数据流量，当编码的数据流量小于传输带宽某个值时，动 态降低F值以减小压缩率，从而降低编码失真度，但随之也会加大对传输带宽的占用量；(3)游程差值编码首先对一个周期内连续采样点的数据值进行游程差值编码压 缩，当周期内游程差值编码压缩完成并完整传出压缩数据流后，对相邻周期间的相同距离 点上的连续采样点的数据值进行游程差值编码压缩，如周期间游程差值编码压缩完成后不 能完整传出压缩数据流，便退回到周期内游程差值编码压缩，直到周期内游程差值编码压 缩完成并完整传出压缩数据流后，再重新进行周期间游程差值编码压缩，如此循环直至所 有数据均进行游程差值编码压缩并完整传出压缩数据流；所述解码模块包括以下步骤(1)同步控制首先通过识别游程差值编码压缩传至的压缩数据流中唯一性特征 码来组装8位字节，以对整个解码过程进行周期性的存储/解码控制；(2)游程差值解码根据所识别的唯一性特征码，首先对唯一性特征码对应周期 内的压缩数据流按游程差值编码约定进行游程差值解码，当周期内游程差值解码完成并完 整传出数据后，对相邻周期间的相同距离点上的连续采样点的压缩数据流进行游程差值解 码，如周期间游程差值解码完成后不能完整传出数据，便退回到周期内游程差值解码，直到 周期内游程差值解码完成并完整传出数据后，再重新进行周期间游程差值解码，如此循环 直至所有压缩数据流均进行游程差值解码并完整传出数据。所述的基于游程差值编码的雷达回波压缩/解压算法，其特征在于解码输出的 回波数据总是前一周期输入的压缩编码数据。所述的基于游程差值编码的雷达回波压缩/解压算法，其特征在于所述编码压 缩模块以自适应动态调整差值模糊系数F的方式减少序列中数据不连续的次数。所述的基于游程差值编码的雷达回波压缩/解压算法，其特征在于所述编码压 缩模块和解码模块均集成在FPGA中，所述FPGA接有兵乓结构的双口 SRAM。本专利技术用于雷达模拟回波数据压缩/解压。本专利技术是在经典的游程编码 (Run-Length Coding, RLC)基础上的经改进而产生的，同比原有的游程编码算法相比具有 更高的压缩比。本专利技术根据雷达特点对原始回波信号进行了自适应噪声滤除处理，更引入 了差值模糊度的概念，以自适应动态调整差值模糊度的方式减少序列中数据不连续的次 数，以提高编码的压缩比。本专利技术算法压缩有效，动态压缩比高、硬件实时性强、系统动态范 围满足光栅显示要求指标。目前已在多种雷达产品中成功应用。附图说明图1为本专利技术编码压缩模块流程框图。图2为本专利技术解码模块流程框图。图3为本专利技术硬件电路实现原理框图。图4为本专利技术编码时序图。图5为本专利技术解码时序图。具体实施例方式编码压缩工作流程如图1所示，为压缩编码的流程框图。由于在相邻重复周期中的地物回波、气象回 波、目标回波是相关的，而噪声却完全随机。这就给噪声的滤除提供了依据。“噪声滤除”的步骤简述如下首先，将工作期内采到的数据逐个与前次雷达休止 期内采到的雷达系统噪声值(NL)做比较，以初步滤除噪声，而后再拿当前有信号的值(比 噪声值大的数据)与前3次记录的回波数据中该距离点上的值做滑窗相关性比对，如连续 3次在该距离点上均采到具有相关性的信号值，则保留当前值，否则将当前值置为噪声电平 (NL)并传递给后序模块。差值模糊处理”实际上是一种失真度的控制，其主要是为了提高游程差值编码的 效率而设置的。由于IMbps的读出速率是恒定的，而经编码后的数据量又是可变的，假设当 前触发周期为τ (单位为s)，编码后的数据量为C，则当O (τ XlXlO6)/8时，以IMbps 的速率在当前触发周期内是不能将编码数据完全传出的。解决该问题的唯一办法就是用少 量的失真换取更少的编码数据量。出于这样的考虑，我们引入了一个模糊系数(F)的概念。假如当前采样点Cn的值(currentjalue)与前一个采样点Clri的值(prejalue) 的差小于差值本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于游程差值编码的雷达回波压缩／解压算法，依次包括编码压缩模块和解码模块，其特征在于：所述编码压缩模块和解码模块均基于游程差值编码算法，所述游程差值编码算法是对雷达回波信号数据流中前后数据的差值和重复次数进行游程编码的算法；所述编码压缩模块包括以下步骤：（１）噪声滤除：首先将工作期内采集到的数据逐个与前次雷达休止期内采集到的雷达系统噪声值做比较，以初步滤除噪声，而后再拿初步滤除噪声后的数据与前３次记录的回波数据中在相同距离点上做滑窗相关性比对，如连续３次比对结果显示相同距离点上初步滤除噪声后的数据和前３次记录的回波数据均具有相关性，则保留当前采集到的数据，否则将当前采集到的数据置为噪声电平；（２）差值模糊处理：为了实现动态调整有损压缩率以适应小信道传输带宽的要求，特引入差值模糊系数Ｆ，所述差值模糊系数Ｆ即差值模糊范围值，其取值范围为（１～６４）；假如当前采样点Ｃ↓［ｎ］的数据值与前一个采样点Ｃ↓［ｎ－１］的数据值之间差值小于差值模糊系数Ｆ，则Ｃ↓［ｎ］产生了失真，当前采样点Ｃ↓［ｎ］的数据值取为前一个采样点Ｃ↓［ｎ－１］的数据值参与编码，反之则取当前的采样点Ｃ↓［ｎ］的数据值参与编码，显然Ｃ↓［ｎ］与Ｃ↓［ｎ－１］取同样的值参与编码则仅将重复次数累加器加一即可，这对于游程编码而言可大大提高压缩效率，进而降低传输数据量，但带来的是少许的幅度失真；差值模糊系数Ｆ值是由编码模块根据编码的数据量及信道的传输带宽动态调整的，当编码的数据流量超过传输带宽时，动态提高差值模糊系数Ｆ值以加大压缩率，从而以适量的回波编码失真换取更小的数据流量，当编码的数据流量小于传输带宽某个值时，动态降低Ｆ值以减小压缩率，从而降低编码失真度，但随之也会加大对传输带宽的占用量；（３）游程差值编码：首先对一个周期内连续采样点的数据值进行游程差值编码压缩，当周期内游程差值编码压缩完成并完整传出压缩数据流后，对相邻周期间的相同距离点上的连续采样点的数据值进行游程差值编码压缩，如周期间游程差值编码压缩完成后不能完整传出压缩数据流，便退回到周期内游程差值编码压缩，直到周期内游程差值编码压缩完成并完整传出压缩数据流后，再重新进行周期间游程差值编码压缩，如此循环直至所有数据均进行游程差值编码压缩并完整传出压缩数据流；所述解码模块包括以下步骤：（１）同步控制：首先通过识别游程差值编码压缩传至的压缩数据流中唯一性特征码来组装８位字节，以对整个解码过程进行周期性的存...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐瑾，
申请(专利权)人：安徽四创电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]
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