[发明专利]合成孔径雷达回波模拟器及回波模拟处理方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，特别是一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的合成孔径雷达(SAR)回波模拟器及SAR回波模拟处理方法。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种高分辨率微波成像雷达，自上世纪50年代问世以来，至今已获得飞跃式的发展。为了评估SAR系统的各项指标，需要大量的原始回波数据，若这些数据通过真实的机载SAR和星载SAR来获得，其代价将非常巨大，因此通过回波模拟的方法来获得所需要的原始回波数据是解决这一问题的重要手段。

西安电子科技大学的王虹现等提出了一种“基于FPGA的SAR回波仿真快速实现方法”(《系统工程与电子技术》，2010，Vol.32)，该方法采用4个现场可编程门阵列（FPGA）作为主处理芯片，每个FPGA芯片都分别外接了1GB的第二代双倍数率同步动态随机存储器(DDR)。各FPGA芯片之间通过高速低压差分信号(LVDS)两两互联。并采用如图1的流程对SAR回波进行仿真模拟。该技术仅需8s即能完成1000×1000点场景6144次回波仿真，虽然比传统的PC机模拟的速度提高了数千倍，但该方法的流程是每个回波脉冲需等全场景等效散射系数确定、系统冲击响应FFT、发射信号FFT并对两者结果相乘、然后再进行IFFT后，才能开始下一个回波脉冲的处理，因而只能实现1km×1km左右小场景回波的快速模拟，而无法实现更大场景回波的模拟及回波的回放；此外，由于该方法采用的回波模拟装置是由4片FPGA通过高速低压差分信号(LVDS)两两互联、且每片FPGA还需分别配置一DDR，因此不但系统结构复杂、且数据的交互烦琐，其工作的可靠性亦差。因而，该方法存在所采用回波模拟装置系统结构复杂，数据的交互烦琐、其处理量小，可靠性亦差，只能实现小场景回波的模拟、且其模拟速度仍较慢，而且不能用于对大场景回波的模拟及回波的回放输出等弊病。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的缺陷，研究设计一种合成孔径雷达回波模拟器及回波模拟处理方法，以达到在简化系统结构、提高其可靠性的基础上不但可有效提高SAR小场景回波信号的模拟速度、实现小场景回波的实时模拟，而且还可用于对大场景回波信号的模拟及回波信号的回放输出等目的。

本发明的技术方案是在回波模拟器的结构上采用单片FPGA+单片DDR、以简化其系统结构，减少系统内数据的交互环节，同时增设一数据记录仪以有效提高回波模拟器对回波数据的处理量、以在回波模拟处理过程实现流水线作业及增加回波信号的回放输出功能；本发明即以此实现其发明目的。因而，本发明回波模拟器包括FPGA信号处理芯片，同步动态随机存储器(DDR)，电源模块，关键在于该回波模拟器还包括上位机，网络接口模块，数模转换(D／A)模块，高速接口模块及数据记录仪；而FPGA信号处理芯片则为一片内部含以太网控制单元、RAM单元、回波生成单元、D／A控制单元、内存控制单元及高速接口（CPCI）控制单元在内的FPGA信号处理芯片；FPGA信号处理芯片内的RAM单元与以太网控制单元连接，回波生成单元则分别与RAM单元、高速接口（CPCI）控制单元、内存控制单元及D／A控制单元连接；而FPGA信号处理芯片则通过以太网控制单元及网络接口模块与上位机连接，通过内存控制单元与同步动态随机存储器(DDR)连接，通过高速接口（CPCI）控制单元与高速接口模块连接，通过D／A控制单元与数模转换(D／A)模块连接；高速接口模块同时又与数据记录仪连接，电源模块则对相应的芯片和模块的提供电源。

上述D／A模块包括两片D／A芯片，用于将FPGA信号处理模块输入的IQ两路SAR回波数字信号变换为模拟信号输出。所述高速接口模块包括一个紧凑型外设组件互连标准(CPCI)高速接口，通过背板与数据记录仪相连的可将生成的回波信号高速传输给数据记录仪进行储存及从数据记录仪中读出储存的回波信号进行实时回放的高速接口模块。而所述电源模块为电压芯片PTH05010W和TPS51100；TPS51100输出1.8V电压为DDR供电、PTH05010W共输出三组电压，其中2.5V和1.0V两组电压为FPGA信号处理模块供电、3.3V为网络接口模块及数模转换(D/A)模块供电。

本发明合成孔径雷达回波模拟处理方法、其步骤为：