一种SAR数据接收处理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种SAR数据接收处理系统及方法，在一片FPGA芯片上实现；包括解格式处理模块、压缩码流缓存单元、8路解压缩处理模块、乒乓缓存模块和接口缓存单元；其中每路解压缩处理模块包括串并/并串单元、解压缩单元和串并单元；在一SAR数据帧的正程内将该帧压缩数据写入所述压缩码流缓存单元，在当前SAR数据帧的逆程内从压缩码流缓存单元读出压缩数据，然后通过8路解压缩处理模块对该帧数据进行处理，通过乒乓缓存模块拼接成一帧恢复数据；在下一个SAR数据帧的逆程内进行下一个SAR数据帧的处理。本发明专利技术能够合理利用硬件资源，实时性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种SAR数据接收处理系统及方法。
技术介绍
合成孔径雷达是一种具有全天时、全天候成像能力的科学仪器，如何在星载遥感应用中充分有效的应用这种仪器，越来越得到世界各国的重视。实时高效的SAR(合成孔径雷达)原始数据发送接收处理器是现代星载SAR系统中一个关键的分机。其中包括SAR数据压缩、分包打格式、解包解格式和解压缩等技术。因为SAR系统具有较大的测绘带宽和系统动态范围，其回波信号采样、存储与传输具有相当大的数据量和数据率。数传系统所提供的数据传输能力往往不能满足对数据的实时传输要求，导致卫星到地面的高数据传输瓶颈成为发展星载合成孔径雷达所必须解决的一个关键问题。SAR数据接收处理器是数传系统中关键的分机之一。在数传系统中，因为接收处理是数据的恢复处理，实时性不强，具体包括数据解格式和解压缩两个部分。为了提高系统的实时性，一般是在解格式后并行进行多路数据的解压缩处理。由于SAR原始数据可近似为具有未知方差的零均值高斯分布，所以可以把整个SAR数据集沿方位和距离向分成若干小块，每一小块数据可以认为是具有稳态特性的零均值高斯分布，并且其分布可由其均方根σ唯一确定。常用的SAR数据压缩算法是把一帧SAR数据分成32χ 32的小块，然后在这些小块中进行压缩的，不同的SAR校飞模式，其帧数据幅宽是变化的，最大到96000*32， 对于I，Q两路，也就是要对6000个32*32的压缩后小块数据进行解压缩。如果采用全并行方案，控制时序是简单，但是在单片FPGA芯片上实现，资源是远远不够的。如果采用串行方案，实时性会很差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种能够合理利用硬件资源、实时高速的SAR数据接收处理系统及方法。本专利技术包括如下技术方案一种SAR数据接收处理系统，所述SAR数据接收处理系统在一片FPGA芯片上实现；包括解格式处理模块、压缩码流缓存单元、8路解压缩处理模块、乒乓缓存模块和接口缓存单元；其中每路解压缩处理模块包括串并/并串单元、解压缩单元和串并单元；解格式处理模块用于对接收的格式帧提取格式帧头和带压缩帧头的压缩码流，并将压缩码流写入压缩码流缓存单元，通过控制压缩码流缓存单元的读操作将压缩码流分成8路均值数据和块压缩数据；每路解压缩处理模块接收相应的均值数据和块压缩数据；串并/并串单元对块压缩数据进行串并和并串转换处理；解压缩单元对转换后的压缩数据和经过延时处理的均值数据按照解压缩处理算法进行解压缩得到小块的恢复数据；串并单元对恢复数据进行串并变换，并将其写入到乒乓缓存模块中；乒乓缓存模块对小块的恢复数据进行拼接，形成一帧数据后缓存到SRAM中，通过对SRAM的乒乓操作，连续的将恢复数据送到接口缓存单元中。在一 SAR数据帧的正程内将该帧压缩数据写入所述压缩码流缓存单元，在当前 SAR数据帧的逆程内从压缩码流缓存单元读出压缩数据，然后通过8路解压缩处理模块对该帧数据进行处理，通过乒乓缓存模块拼接成一帧恢复数据；在下一个SAR数据帧的逆程内进行下一个SAR数据帧的处理。所述解压缩处理算法采用3bit块自适应量化算法。本专利技术与现有技术相比具有如下优点由于硬件资源和规模的限制，对于不同的校飞模式，有192到6000个32*32的小块SAR数据进行解压缩，这是不可能在一片XC5VSX95T芯片中实现的。如果串行对这些小块的进行解压缩，实时性根本无法满足。本专利技术选择8路解压缩并行处理，是上述全并行和全串行处理的折中，能够合理利用硬件资源，实时性强。附图说明图I为本专利技术的SAR数据接收处理系统框图；图2为本专利技术的SAR数据输出时序图；图3为SAR恢复数据拼接框图；图4为SRAM读写数据示意图；图5为本专利技术的SAR数据接收处理时序图。具体实施例方式下面就结合附图对本专利技术做进一步介绍。SAR数据发送接收处理中的关键模块是SAR数据的压缩和解压缩算法设计。分析表明，SAR回波信号的实部和虚部都可近似为具有未知方差的零均值高斯分布，且回波信号功率是距离和脉冲的慢变化函数，所以充分利用SAR回波信号的这种统计特性，可以把整个回波数据集沿方位和距离向分成若干小块，从而每一小块数据可以认为是具有稳态特性的零均值高斯分布，并且其分布可由其均方根σ唯一确定。块大小的选择应遵循以下原则块必须足够小以保证每一小块中SAR数据的σ恒定，同时块又必须足够大以保证能有效估计出每一块的σ。具体块大小要根据有关系统参数确定。本专利技术选择32*32的块作为压缩处理块，并采用3bit块自适应量化算法进行数据的压缩和解压缩。压缩算法的原理性实现步骤如下(I)将原始数据分成若干小块，估算这个小块内的样本标准差；(2)应用这个标准差将块内数据归一化，使之符合均值为零，方差为I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以及量化电平；(4)将归一化的数据与判决电平比较得到量化后的码字。具体可以参考如下文献崔嵬等，3bit 块自适应量化算法的FPGA实现，北京理工大学学报，Vol. 25，No. 2，Feb. 2005。上述压缩算法在每一个32*32小块中将Sbit的数据压缩成3bit，对于一个32*32小块，压缩完后数据量为(32*32)*3/8 = 384 字节。相应的接收处理中解压缩算法实现步骤如下(I)接收压缩码流数据，分离各数据块码流数据、和均值数据；(2)根据码流数据查找对应的输出量化电平；(3)将均值数据与输出量化电平计算得到恢复后的数据；(4)将恢复后的各小块数据进行拼接，形成一帧恢复SAR数据。另外，上述解压缩算法也可以用方差数据代替均值数据进行处理。本专利技术的SAR数据接收处理系统如图I所示，其是在一片FPGA芯片XC5VSX95T上实现的，功能包括数据解格式、解压缩、数据拼接和与DSP的接口通信等。由于接收到的是帧长为1024字节的AOS (高级在轨系统)格式帧，首先必须进行解格式处理，提取出带压缩帧头的有效数据，再按照解压缩算法实现步骤进行解压缩处理，最后对恢复数据进行拼接， 并送到后端的SAR成像DSP模块中。对于一帧原始数据，卫星发送处理过程中将其分成32x32小块进行压缩，而且一帧数据传输的逆程时间比较长。利用这一特点，经过时序分析和计算，考虑FPGA芯片的资源利用率，选择8个32x 32小块并行解压缩的方案进行处理，最后再对小块的恢复数据进行拼接，形成一帧数据后缓存到SRAM中，通过对SRAM的乒乓操作，连续的将恢复数据送到与SAR成像DSP模块接口缓存中，供后续的SAR成像处理。SAR数据接收处理系统与SAR成像DSP模块是通过在FPGA中分配缓存单元，控制缓存单元的读写握手信号，运用EMIFA方式进行通信的。具体的硬件实现框图如图I所示。首先接收卫星发送的输入时钟和Sbit并行压缩后打包数据，解格式处理模块对数据进行2次帧同步处理。第一次是提取AOS格式帧头处理，第二次是提取压缩帧头处理。由于压缩编码是把一帧压缩码流数据打包成1024字节长度的AOS帧格式输出，对于一帧SAR压缩码流数据，会打包成几百甚至上千个AOS格式帧，这些帧有固定的帧头数据 1ACFFC1D和格式，当检测到帧头数据后，就认为其后是有效压缩码流数据并接收，最终连续的将这些数据传给本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程亚娟，孙文方，邵应昭，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：