[发明专利]基于FPGA的多普勒调频率估计方法

说明书

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，特别涉及利用现场可编程逻辑门阵列FPGA实现多普勒调频率估计方法，可应用于合成孔径雷达实时成像处理。

背景技术

合成孔径雷达SAR作为一种主动式微波传感器，不受光照和气候条件的限制实现全天时、全天候对地观测，获取高分辨的地面场景信息，还可以透过地表和植被获取地表下信息，并能探测隐蔽目标。这些特点使它在军事领域，如战场地形探测及预警，民用领域，如资源考察、环境监测、水文观测等应用具有独特的优势。

多普勒调频率是影响SAR成像方位聚焦性能的主要因素，在SAR成像处理中扮演重要角色，常用的多普勒调频率估计方法有图像偏移算法MD、对比度方法、子孔径相关法和最小熵方法。在传统的实时成像处理中，对多普勒调频率的估计大都是采用数字信号处理器DSP作为核心处理芯片，并且为了达到提高速度的要求，大多数情况下同时使用多块DSP进行运算，但这种做法的缺点就是系统结构复杂、功耗大、效率低，并且由于DSP处理本身是一种串行处理，采用DSP实现相对耗时较长，针对某些实时性要求更为苛刻的场合，通常难以满足实时处理要求。

发明内容：

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于FPGA的多普勒调频率估计方法MD的工程实现，以降低系统结构复杂度，减少系统功耗，提高多普勒调频率估计的处理速度。

本发明的技术思路是：基于冒泡排序方法，通过控制状态机及RAM块的读写，筛选出功率强的距离单元数据；通过调用FPGA内部的IP核，实现快速傅里叶变换FFT和快速逆傅里叶变换IFFT  一系列操作，完成对方位前孔径和后孔径数据的快速相关计算；通过插值处理，提高了多普勒调频率计算的精度。其实现步骤包括如下：

（1）将经过距离脉压、徙动校正后的二维数据按距离单元方位连续地送入FPGA，对逐个距离单元的方位连续数据求功率和，得到每个距离单元的总功率，并将该二维数据直接存入外接存储器DDRII SDRAM中；

（2）将得到的距离单元总功率数据进行冒泡排序，得到距离单元数据在二维数据中按功率强弱排序的位置，建立索引向量，并将其存入FPGA内部的RAM模块中供后续操作使用；

（3）对于外接存储器DDRII SDRAM中存储的二维数据，以RAM中存储的位置索引值为基地址，按照距离单元总功率递减的顺序，依次通过FPGA读出32个距离单元数据；

（4）对于每次读出的单个距离单元数据，将其沿方位向划分为前孔径数据和后孔径数据，并分别对前孔径和后孔径两组数据进行后端补零；

（5）将补零后的两组数据分别进行FFT处理和取模操作，并将处理结果缓存在FPGA的FIFO缓冲器中；

（6）从FIFO缓冲器中读出经过FFT处理和取模操作的两组数据，确保两组数据同步，并对前孔径数据和后孔径数据进行快速相关处理，得到相关向量R(i),i＝1,2,3......32；

（7）利用状态机实现循环操作，对从外接存储器DDRII SDRAM中读出的32个距离单元数据分别进行步骤（4）～（6）操作，将得到的相关向量进行累加求和，得到总相关向量R；

（8）对总相关向量R进行最大值搜索，得到总相关向量R最大值所在位置pos，即位置偏移的整数部分；根据最大值所在位置pos，得到最大值及左右相邻的两个数，并对该最大值及其相邻的两个数进行插值运算，得到位置偏移的小数部分；将位置偏移的整数部分和小数部分相加，再将相加结果与成量化系数相乘，得到最终的多普勒调频率估计值。

本发明具有以下优点：

第一，本发明采用FPGA作为核心处理芯片，FPGA内部集成大量的乘法器、RAM甚至处理器核，具有基于数据流的强大定点处理能力，处理速度快，灵活性好，降低系统结构复杂度，提高了整个系统的实时性。

第二，本发明由于利用“冒泡排序”方法，利用FPGA中RAM资源对数据做缓存，以及状态机控制使得排序快速高效，排序过程各个状态易于控制。

第三，本发明中利用了FPGA并行处理和流水线工作性能，充分发挥了FPGA实现的优势，节省了整个多普勒调频率计算过程的处理时间以及FPGA内部存储资源，在很大程度上提高了估计效率。

附图说明

图1是本发明的总流程图；

图2是本发明中快速相关处理子流程图；

图3是本发明中计算多普勒调频率子流程图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的描述。