[发明专利]基于FPGA和多个多核DSP的SAR前侧视成像方法

说明书

本发明提出一种基于FPGA和多个多核DSP的SAR前侧视成像方法，用于解决现有高速飞行器SAR成像平台中存在的成像算法实时性差的技术问题，实现步骤为：1.初始化信号处理机及SAR参数；2.FPGA获取回波信号矩阵块并发送；3.DSPn对回波信号矩阵块进行距离维FFT插值；4.DSPn对FFT插值后回波信号矩阵块进行BP积分；5.DSPn对{S₁,S₂,···,S_x,···,}进行子孔径图像融合。

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，涉及一种SAR前侧视成像方法，具体是一种基于FPGA和多个多核DSP的SAR前侧视成像方法，可应用于高速飞行器快速成像处理等领域。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是雷达成像的主体，其应用范围最广。合成孔径雷达成像技术通过对雷达回波信号矩阵进行距离维和方位维两维处理，获得距离维和方位维两维高分辨率的SAR图像，将目标的形状和精细结构特征清晰地呈现出来，大大提高了对目标的检测和鉴别能力。

在实际应用中，由于要保证高速飞行器具有一定的机动能力，进行例如转弯变向等动作，因此需要雷达能够对目标场景进行提前观测，这就要求SAR成像算法工作于前侧视模式下，相比工作于传统的正侧视模式，前者的运算量要大的多，成像的实时性难以保证，限制了SAR成像技术在高速飞行器中的应用。现有SAR前侧视成像算法可以分为两类：一类是基于傅里叶变换的频域SAR成像算法，另一类是基于逐像素点插值和相干积累的时域SAR成像算法。然而，大多数频域SAR成像算法对目标传输函数进行了近似，这些成像算法中的近似条件对SAR参数较为敏感，在大场景成像中带来较为严重的空变误差，导致SAR图像质量变差，从而限制了SAR成像技术在高速飞行器中的应用范围。

为了解决上述问题，现有的研究现状是，一方面，使用频域SAR成像算法，并控制SAR成像的场景范围。该种方法降低了SAR成像算法的运算复杂度，保证了SAR成像的实时性。但是该种方法仅适用于成像场景范围不大的情况，在成像场景范围较大的情况下，该种成像方法运算复杂度增加，SAR成像的实时性降低；另一方面，采用时域SAR成像算法，并增加信号处理机上数字信号处理芯片的个数。时域成像算法观测几何灵活、聚焦精度高、图像分辨率可控，并且时域成像算法具有较高的并行度，但时域SAR成像算法的计算复杂度十分巨大，通过增加信号处理机上数字信号处理芯片的个数，可以有效解决时域成像算法因计算复杂度巨大而导致的实时性差的问题。赵浩浩在2019年3月发表的名为大斜视时域SAR成像算法的多核DSP并行架构实现技术一文中，公开了一种利用四个多核DSP，两两分组，并采用组内流水，组间乒乓的方式，实现对大斜视时域SAR成像算法的处理方法，该方法利用时域SAR成像算法解决了频域成像算法在大斜视角下成像质量较差的问题。但是，该方法的不足之处是：第一，该方法采用的时域SAR成像算法利用两维插值的方式实现子孔径图像融合，导致时域SAR成像算法计算复杂度增加，该方法成出一幅SAR前侧视图像的时间需要2058ms，时域SAR成像算法实时性差的问题依然存在。第二，该方法设计的多核DSP并行架构未能充分利用多核DSP芯片的信号处理能力，使用较多硬件资源，信号处理机功耗较大。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术中存在的不足，提出一种基于FPGA和多个多核DSP的SAR前侧视成像方法，用于解决现有高速飞行器SAR成像平台中存在的成像算法实时性差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案，包括如下步骤：

(1)初始化信号处理机及SAR参数：