專利名稱：一種用于合成孔徑雷達(dá)的實(shí)時(shí)成像方法及實(shí)時(shí)成像器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成孔徑雷達(dá)(SAR)，具體地說，是涉及一種用于合成孔徑雷達(dá)的實(shí)時(shí)成像方法及實(shí)時(shí)成像器。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(dá)(SAR)是一種能夠提供高分辨率圖像的成像雷達(dá)。通常為了得到理想的成像效果和改善圖像質(zhì)量，SAR需要處理大量的數(shù)據(jù)和采用高復(fù)雜度的算法。因此，SAR的實(shí)時(shí)成像器一般要求有大的I/O吞吐量、寬的總線帶寬和充足的計(jì)算資源。另一方面，當(dāng)前的并行多處理器的商用處理板(Commercial-off-the-shelf，COTS)產(chǎn)品，以其具有的快速開發(fā)、低成本、快速升級(jí)、易開發(fā)等優(yōu)良特性，逐漸為現(xiàn)代信號(hào)處理系統(tǒng)所采納。為了運(yùn)用相同配置的信號(hào)處理板，基于COTS的系統(tǒng)通常需要采用對(duì)稱和平衡的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。否則，系統(tǒng)的資源可能被浪費(fèi)，系統(tǒng)的性能也會(huì)相應(yīng)的下降。
目前，許多有效合成孔徑雷達(dá)的成像算法，如波數(shù)域(W-K)算法、Chirp-Scaling算法已經(jīng)被提出并應(yīng)用到實(shí)際的系統(tǒng)中。然而，距離-多普勒(RD)算法以其良好的成像性能、適中的計(jì)算復(fù)雜度和易于結(jié)合運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)葍?yōu)良的特性被許多實(shí)際的成像系統(tǒng)所廣泛采用。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的，在RD算法中主要包括兩部分距離壓縮和方位壓縮。假設(shè)合成孔徑雷達(dá)的一幀成像采樣數(shù)據(jù)中包括Nr個(gè)距離脈沖采樣點(diǎn)和Na個(gè)方位脈沖采樣點(diǎn)，即一共Nr*Na個(gè)采樣脈沖數(shù)據(jù)；RD算法的距離壓縮則是將處于同一個(gè)方位的Nr個(gè)采樣脈沖進(jìn)行脈沖壓縮，以獲得距離分辨率，而RD算法的方位壓縮則是將處于同一個(gè)距離的Na個(gè)采樣脈沖進(jìn)行脈沖壓縮，以獲得方位分辨率；進(jìn)行完距離壓縮和方位壓縮后，從Nr*Na個(gè)像素點(diǎn)中提取滿足分辨率要求的像素點(diǎn)來作實(shí)時(shí)顯示。
在現(xiàn)有技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)RD算法的實(shí)時(shí)成像器通常采用異構(gòu)流水結(jié)構(gòu)。如圖1所示，該異構(gòu)流水結(jié)構(gòu)通常由五個(gè)節(jié)點(diǎn)組成，即主控節(jié)點(diǎn)、I/O節(jié)點(diǎn)、距離向處理節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)置(Corner-Turn)節(jié)點(diǎn)、方位向處理節(jié)點(diǎn)。在該結(jié)構(gòu)中，主控節(jié)點(diǎn)提供整系統(tǒng)的流程控制，I/O節(jié)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)輸入，距離向處理節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)RD算法中的距離壓縮，方位向處理節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)RD算法中的方位壓縮，而數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)置節(jié)點(diǎn)則用于改變系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式，以便將以距離連續(xù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)變換為以方位連續(xù)存儲(chǔ)。該異構(gòu)流水結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)成像器在工作時(shí)，SAR采集的數(shù)據(jù)通過I/O節(jié)點(diǎn)輸入系統(tǒng)。對(duì)于一幀待處理圖像，該幀圖像的數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中通常是以距離連續(xù)的方式存儲(chǔ)的，即處于同一方位而不同距離的數(shù)據(jù)連續(xù)存儲(chǔ)，這是非常便于距離向處理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行距離壓縮運(yùn)算的。距離向處理節(jié)點(diǎn)完成距離壓縮后，其輸出數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)置(Corner-Turn)節(jié)點(diǎn)變換為以方位連續(xù)存儲(chǔ)，即將處于同一距離而不同方位的數(shù)據(jù)連續(xù)存儲(chǔ)，這樣就便于方位向處理節(jié)點(diǎn)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行方位壓縮。方位向處理節(jié)點(diǎn)完成方位壓縮后，在最后成像結(jié)果中滿足成像分辨率要求數(shù)據(jù)提取和傳遞到主控節(jié)點(diǎn)完成實(shí)時(shí)顯示。顯然，在圖1所示的異構(gòu)流水結(jié)構(gòu)中，由若干DSP處理器和局部內(nèi)存構(gòu)成的各個(gè)處理節(jié)點(diǎn)在功能上是單一的。
然而，距離向處理和方位向處理對(duì)系統(tǒng)的計(jì)算負(fù)載和內(nèi)存要求實(shí)際上是完全不同的，采用異構(gòu)方式必然回帶來系統(tǒng)的不均衡。假設(shè)一幀成像數(shù)據(jù)包括Nr個(gè)距離采樣點(diǎn)和Na個(gè)方位脈沖采樣，并且成像完畢后，有Nr*Na個(gè)滿足分辨率要求的像素點(diǎn)被提取出來作實(shí)時(shí)顯示。則距離向處理和方位向處理之間的差異可以被總結(jié)為表1。表中主要比較了不同處理的浮點(diǎn)數(shù)操作，并且8點(diǎn)插值被用于計(jì)算方位向處理中的距離徙動(dòng)校正(RMC)。在比較最小內(nèi)存要求方面，為方便起見，只考慮中間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的內(nèi)存。另外，2-16bit(Short類型)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被用于一個(gè)復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的中間存儲(chǔ)，這樣可以保證成像的93dB的動(dòng)態(tài)范圍。
表1 方位向處理與距離向處理的不均衡(每幀數(shù)據(jù))

顯然，對(duì)于異構(gòu)流水結(jié)構(gòu)，運(yùn)算負(fù)載和最小內(nèi)存要求都表現(xiàn)出了明顯的不均衡性。尤其是，當(dāng)Na較大時(shí)，內(nèi)存要求方面的不均衡性會(huì)表現(xiàn)得更為突出。因此，當(dāng)相同配置的商用處理板被同時(shí)用于方位向和距離向處理板，距離向處理板的資源將被嚴(yán)重浪費(fèi)。并且，由于兩個(gè)處理節(jié)點(diǎn)完全采用不同的處理軟件，系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)也會(huì)變得比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的SAR實(shí)時(shí)成像器采用異構(gòu)流水結(jié)構(gòu)所帶來的缺點(diǎn)和不足，從而提供一種新的用于合成孔徑雷達(dá)的實(shí)時(shí)成像方法及實(shí)時(shí)成像器。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于合成孔徑雷達(dá)的實(shí)時(shí)成像方法，可對(duì)合成孔徑雷達(dá)采集的脈沖采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像，該方法包括提供兩個(gè)同構(gòu)的距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)，包括第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)，所述距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)具有可切換的進(jìn)行距離壓縮的距離向處理狀態(tài)和進(jìn)行方位聚焦的方位向處理狀態(tài)；將所述脈沖采樣數(shù)據(jù)以半幀為單位交替發(fā)送至第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)；所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)在其距離向處理狀態(tài)分別對(duì)其接收到的半幀數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮，并將距離壓縮結(jié)果分別拷貝至對(duì)方處理節(jié)點(diǎn)；所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)完成距離壓縮后切換至方位向處理狀態(tài)，結(jié)合本方處理節(jié)點(diǎn)的半幀數(shù)據(jù)距離壓縮結(jié)果和對(duì)方處理節(jié)點(diǎn)的半幀數(shù)據(jù)距離壓縮結(jié)果進(jìn)行一幀數(shù)據(jù)的方位向處理，并在完成方位向處理后輸出成像結(jié)果。
在上述技術(shù)方案中，所述第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)各自在距離向處理狀態(tài)和方位向處理狀態(tài)交替切換。所述第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)交替互斥地處于距離向處理狀態(tài)和方位向處理狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝缓偷诙嚯x/方位向處理節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)處于距離向處理狀態(tài)時(shí)，則另一個(gè)處于方位向處理狀態(tài)。所述第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)由兩個(gè)相同配置的商用處理板來實(shí)現(xiàn)，所述每一個(gè)商用處理板包括多個(gè)DSP處理器，每一個(gè)DSP處理器都具有局部內(nèi)存。當(dāng)所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)處于距離向處理狀態(tài)時(shí)，所述商用處理板中的多個(gè)處理器以流水方式對(duì)脈沖采樣數(shù)據(jù)逐個(gè)地進(jìn)行距離壓縮。當(dāng)所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)DSP處理器完成距離壓縮后，還要將距離壓縮結(jié)果復(fù)制第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)的其它DSP處理器的局部內(nèi)存中。當(dāng)所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)處于方位向處理狀態(tài)時(shí)，其需要處理的數(shù)據(jù)平均分配給所述商用處理板中的多個(gè)處理器，并且所述多個(gè)處理器以并行方式進(jìn)行方位壓縮。當(dāng)所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)處于方位向處理狀態(tài)時(shí)，在進(jìn)行方位壓縮之前，還由所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)對(duì)待處理數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)置，以便將按距離連續(xù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)變換為以方位連續(xù)存儲(chǔ)。
本發(fā)明還提供一種用于合成孔徑雷達(dá)的實(shí)時(shí)成像器，可對(duì)合成孔徑雷達(dá)采集的脈沖采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像，該實(shí)時(shí)成像器包括I/O節(jié)點(diǎn)，用于將所述脈沖采樣數(shù)據(jù)以半幀為單位交替發(fā)送至第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)；并聯(lián)的兩個(gè)同構(gòu)的距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)，包括第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)，所述距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)具有可切換的進(jìn)行距離壓縮的距離向處理狀態(tài)和進(jìn)行方位壓縮的方位向處理狀態(tài)；主控節(jié)點(diǎn)，用于提供所述實(shí)時(shí)成像器各節(jié)點(diǎn)的流程控制和成像顯示；其中，所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)在其距離向處理狀態(tài)分別對(duì)其接收到的半幀數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮，并將距離壓縮結(jié)果分別拷貝至對(duì)方處理節(jié)點(diǎn)；所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)完成距離壓縮后切換至方位向處理狀態(tài)，結(jié)合本方處理節(jié)點(diǎn)的半幀數(shù)據(jù)距離壓縮結(jié)果和對(duì)方處理節(jié)點(diǎn)的半幀數(shù)據(jù)距離壓縮結(jié)果進(jìn)行一幀數(shù)據(jù)的方位向處理，并在完成方位向處理后輸出成像結(jié)果至主控節(jié)點(diǎn)顯示。
在上述實(shí)時(shí)成像器中，所述第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)為兩個(gè)相同配置的商用處理板。
與現(xiàn)有技術(shù)中采用專用的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)距離向或方位向單一的功能不同，在本發(fā)明中，兩個(gè)相同的處理節(jié)點(diǎn)交替地完成距離向處理和方位向處理，兩個(gè)處理節(jié)點(diǎn)可用相同的軟硬件配置來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱，并在計(jì)算負(fù)載和內(nèi)存利用方面實(shí)現(xiàn)了均衡。而且，由于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)可執(zhí)行相同的程序代碼，因此具有高的可升級(jí)性和可維護(hù)性。


圖1是現(xiàn)有的實(shí)時(shí)成像器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的實(shí)時(shí)成像器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是合成孔徑雷達(dá)采集的一幀脈沖采樣數(shù)據(jù)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖2所示，本發(fā)明的實(shí)時(shí)成像器包括主控節(jié)點(diǎn)、I/O節(jié)點(diǎn)、第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)可各自用一塊商用處理板來實(shí)現(xiàn)，并且這兩塊商用處理板最好具有相同的硬件和軟件配置，每一個(gè)商用處理板通常由多個(gè)帶有局部內(nèi)存的DSP處理器構(gòu)成。主控節(jié)點(diǎn)用于提供實(shí)時(shí)成像器的成像流程控制和成像顯示，I/O節(jié)點(diǎn)用于實(shí)時(shí)成像器的數(shù)據(jù)輸入。
圖3示出了合成孔徑雷達(dá)(SAR)的一幀脈沖采樣數(shù)據(jù)示意圖，圖中每一個(gè)黑點(diǎn)表示一個(gè)位于一定距離和一定方位的脈沖采樣數(shù)據(jù)。如圖3所示，一幀待成像數(shù)據(jù)有Nr個(gè)距離脈沖采樣點(diǎn)和Na個(gè)方位脈沖采樣點(diǎn)，即共有Nr*Na個(gè)脈沖采樣數(shù)據(jù)，在下文中，也將圖3中的每一行的Nr個(gè)脈沖采樣數(shù)據(jù)稱為一個(gè)脈沖，即一個(gè)脈沖由圖3中一行的Nr個(gè)脈沖采樣數(shù)據(jù)組成。如圖3所示的脈沖采樣數(shù)據(jù)通常是以距離連續(xù)的方式順序通過I/O節(jié)點(diǎn)進(jìn)入到實(shí)時(shí)成像器的，所謂距離連續(xù)就是在圖3中按照從左至右從上至下的順序連續(xù)通過I/O節(jié)點(diǎn)，并且，這些數(shù)據(jù)進(jìn)入到實(shí)時(shí)成像器后，在商用處理板的各個(gè)局部內(nèi)存中也是以距離連續(xù)的方式存儲(chǔ)的，這適于第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行距離壓縮操作。
在本發(fā)明中，I/O節(jié)點(diǎn)在向第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)傳送脈沖采樣數(shù)據(jù)時(shí)是以半幀為單位交替發(fā)送至第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)的。如圖3所示，一幀脈沖采樣數(shù)據(jù)中的前Na/2行和后Na/2行數(shù)據(jù)分別為兩個(gè)半幀數(shù)據(jù)，每半幀包括Nr*Na/2個(gè)脈沖采樣數(shù)據(jù)。表1示出了在一個(gè)實(shí)施例中I/O節(jié)點(diǎn)向第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)送順序。在表1中，第一列表示I/O節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳送順序，第二列和第三列表示在某一時(shí)間段發(fā)送給第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)的半幀數(shù)據(jù)，其中UHF表示上半幀數(shù)據(jù)，LHF表示下半幀數(shù)據(jù)，UHF和LHF的下標(biāo)表示幀序號(hào)。
表1

I/O節(jié)點(diǎn)通過嚴(yán)格的脈沖觸發(fā)和脈沖計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)切換，一旦I/O節(jié)點(diǎn)計(jì)數(shù)半幀Na/2個(gè)脈沖(或者說Nr*Na/2個(gè)脈沖采樣數(shù)據(jù))，I/O節(jié)點(diǎn)則將新的下一個(gè)半幀Na/2脈沖(或者說Nr*Na/2個(gè)脈沖采樣數(shù)據(jù))傳遞到另一個(gè)距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)。
在本發(fā)明中，第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)是同構(gòu)的，也就是這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)具有相同的功能和信號(hào)處理方式。如圖2所示，第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)以并聯(lián)的方式設(shè)置，每一個(gè)距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)都與I/O節(jié)點(diǎn)連接，以便按照前述表1的順序從I/O節(jié)點(diǎn)接收脈沖采樣數(shù)據(jù)。
第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)均具有兩種處理狀態(tài)距離向處理狀態(tài)和方位向處理狀態(tài)，以便分別完成RD算法中的距離壓縮和方位壓縮。并且，距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)可在距離向處理狀態(tài)和方位向處理狀態(tài)之間進(jìn)行切換。當(dāng)一個(gè)距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)處于距離向處理狀態(tài)時(shí)，該距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)對(duì)其接收到的半幀脈沖采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮，并將距離壓縮結(jié)果拷貝至另一個(gè)距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)，或者說拷貝至對(duì)方處理節(jié)點(diǎn)。當(dāng)一個(gè)距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)完成距離壓縮后則切換至方位向處理狀態(tài)，結(jié)合本處理節(jié)點(diǎn)距離壓縮后的半幀數(shù)據(jù)和對(duì)方處理節(jié)點(diǎn)拷貝來的經(jīng)距離壓縮后的半幀數(shù)據(jù)完成一幀數(shù)據(jù)的方位向處理，并在完成方位向處理后輸出至主控節(jié)點(diǎn)顯示。在實(shí)時(shí)成像器的信號(hào)處理過程中，第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都交替地在距離向處理狀態(tài)和方位向處理狀態(tài)之間進(jìn)行切換。而且，當(dāng)一個(gè)距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)處于距離向處理狀態(tài)時(shí)，另一個(gè)距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)則處于方位向處理狀態(tài)；當(dāng)一個(gè)距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)處于方位向處理狀態(tài)時(shí)，另一個(gè)距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)則處于距離向處理狀態(tài)。
為了更清楚地說明第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)切換過程，表2示出了在一個(gè)實(shí)施例中第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)信號(hào)處理的順序。
表2

在表2中，第一列表示第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)的信號(hào)處理順序，第二列和第三列表示在某一順序時(shí)第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)的處理狀態(tài)，帶下標(biāo)的UHF和LHF表示的含義與表1相同。其中，R(*)表示距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)在其距離向處理狀態(tài)下進(jìn)行距離壓縮的操作和結(jié)果，括號(hào)中的內(nèi)容表示操作對(duì)象；D[*，*]表示距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)在其方位向處理狀態(tài)下進(jìn)行的方位壓縮操作和結(jié)果，括號(hào)中的內(nèi)容表示操作對(duì)象。可以看出，第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)各自在其距離向處理狀態(tài)下對(duì)半幀脈沖采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮，而在其方位向處理狀態(tài)下對(duì)兩個(gè)半幀脈沖采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行一幀數(shù)據(jù)的方位壓縮。具體地，如表2所示在順序I中，第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)對(duì)第K幀的上半幀數(shù)據(jù)UHFK進(jìn)行距離壓縮，得到距離壓縮結(jié)果R(UHFK)，并將R(UHFK)復(fù)制至第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)；而第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)對(duì)之前已經(jīng)距離壓縮的第K-1幀的上半幀數(shù)據(jù)R(UHFK-1)和下半幀數(shù)據(jù)(LHFK-1)進(jìn)行一幀數(shù)據(jù)的方位壓縮。
在順序I+1中，第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)切換至方位向處理狀態(tài)，對(duì)第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)得到的R(UHFK)和之前從第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)復(fù)制來的R(LHFK-1)進(jìn)行一幀數(shù)據(jù)的方位壓縮；而第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)切換至距離向處理狀態(tài)，對(duì)第K幀的下半幀數(shù)據(jù)LHFK進(jìn)行距離壓縮，得到距離壓縮結(jié)果R(LHFK)，并將R(LHFK)復(fù)制至第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)。
在順序I+2中，第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)切換至距離向處理狀態(tài)，對(duì)第K+1幀的上半幀數(shù)據(jù)UHFK+1進(jìn)行距離壓縮，得到距離壓縮結(jié)果R(UHFK+1)，并將R(UHFK+1)復(fù)制至第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)；而第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)切換至方位向處理狀態(tài)，對(duì)第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)得到的R(LHFK)和之前從第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)復(fù)制來的R(UHFK)進(jìn)行一幀數(shù)據(jù)的方位壓縮。
在順序I+3中，第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)切換至方位向處理狀態(tài)，對(duì)第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)得到的R(UHFK+1)和之前從第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)復(fù)制來的R(LHFK)進(jìn)行一幀數(shù)據(jù)的方位壓縮；而第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)切換至距離向處理狀態(tài)，對(duì)第K+1幀的下半幀數(shù)據(jù)LHFK+1進(jìn)行距離壓縮，得到距離壓縮結(jié)果R(LHFK+1)，并將R(LHFK+1)復(fù)制至第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)。
在順序I+4中，第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)切換至距離向處理狀態(tài)，對(duì)第K+2幀的上半幀數(shù)據(jù)UHFK+2進(jìn)行距離壓縮，得到距離壓縮結(jié)果R(UHFK+2)，并將R(UHFK+2)復(fù)制至第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)；而第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)切換至方位向處理狀態(tài)，對(duì)第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)得到的R(LHFK+1)和之前從第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)復(fù)制來的R(UHFK+1)進(jìn)行一幀數(shù)據(jù)的方位壓縮。
依次類推，直至處理完所有幀的脈沖采樣數(shù)據(jù)。在上述過程中，經(jīng)過方位壓縮的數(shù)據(jù)直接送到主控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。從表2可知，第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)各自在距離向處理狀態(tài)和方位向處理狀態(tài)交替切換，并且當(dāng)?shù)谝缓偷诙嚯x/方位向處理節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)處于距離向處理狀態(tài)時(shí)，則另一個(gè)處于方位向處理狀態(tài)。
此外，當(dāng)?shù)谝缓偷诙嚯x/方位向處理節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行方位向處理時(shí)，最好在進(jìn)行方位壓縮之前對(duì)待處理數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)置，以便將按距離連續(xù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)變換為以方位連續(xù)存儲(chǔ)，這和現(xiàn)有技術(shù)中的處理是一樣的。但是，在本發(fā)明中，采用由第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)中的程序進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)置，而不提供單獨(dú)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)置節(jié)點(diǎn)。
從表1和表2還可知，第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)在接收脈沖采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮和方位壓縮時(shí)具有相同的工作流程，因此，第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)可以用具有相同配置的硬件和軟件來實(shí)現(xiàn)，例如可用兩塊相同配置的商用處理板來實(shí)現(xiàn)。這樣形成的實(shí)時(shí)成像器結(jié)構(gòu)對(duì)稱，實(shí)現(xiàn)第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)的兩塊商用處理板計(jì)算負(fù)載和內(nèi)存要求基本相同。
用來實(shí)現(xiàn)第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)的商用處理板通常包括多個(gè)DSP處理器，而且每一個(gè)DSP處理器都有各自的局部內(nèi)存。第一或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)在其距離向處理狀態(tài)進(jìn)行距離壓縮運(yùn)算時(shí)，如果距離采樣點(diǎn)數(shù)Nr很大時(shí)，即使對(duì)于最先進(jìn)的DSP處理器，在一個(gè)脈沖重復(fù)間隔Tp中完成脈沖的距離壓縮也是很困難的。因此，在本發(fā)明中，當(dāng)距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)在距離向處理狀態(tài)時(shí)，商用處理板中的N個(gè)DSP處理器最好采用流水方式對(duì)脈沖逐個(gè)進(jìn)行距離壓縮。即以脈沖為單位(每一個(gè)脈沖包括Nr個(gè)距離脈沖采樣數(shù)據(jù))以流水方式順序分配給N個(gè)DSP處理器。
表3

在一個(gè)實(shí)施例中，不同脈沖與DSP處理器的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。以對(duì)第I+1個(gè)脈沖處理為例，DSP1處理器可以在第I+N+1個(gè)脈沖到達(dá)之前完成脈沖壓縮處理，即脈沖壓縮的時(shí)間可以放寬到N*Tp。當(dāng)一個(gè)脈沖被距離壓縮后，被壓縮的數(shù)據(jù)不僅被存儲(chǔ)在當(dāng)前處理器的局部內(nèi)存中，也被部分的傳遞到所有其他處理器的局部內(nèi)存中。假設(shè)一個(gè)節(jié)點(diǎn)有N個(gè)DSP處理器，被距離壓縮的數(shù)據(jù)不僅被保留在當(dāng)前DSP處理器的局部內(nèi)存中，也被傳遞到系統(tǒng)其他的2*/N-1個(gè)DSP處理器的局部內(nèi)存中。一個(gè)DSP處理器對(duì)一個(gè)脈沖進(jìn)行壓縮后，得到Nr個(gè)距離壓縮數(shù)據(jù)，這Nr個(gè)距離壓縮數(shù)據(jù)被分為N份，分別存儲(chǔ)于本處理節(jié)點(diǎn)的N個(gè)DSP處理器的局部內(nèi)存中，并分別對(duì)應(yīng)復(fù)制到另一個(gè)處理節(jié)點(diǎn)中的DSP處理器的局部內(nèi)存中，在Nr個(gè)距離壓縮數(shù)據(jù)在兩個(gè)處理節(jié)點(diǎn)的DSP處理器的存儲(chǔ)如表4所示
表4

接著，當(dāng)半幀數(shù)據(jù)，即Na/2個(gè)脈沖，被當(dāng)前節(jié)點(diǎn)壓縮后，結(jié)合另一節(jié)點(diǎn)壓縮并傳輸來的Na/2個(gè)脈沖，一幀距離壓縮后數(shù)據(jù)在當(dāng)前處理節(jié)點(diǎn)便積累完畢，該節(jié)點(diǎn)直接切換到“方位向處理”。在“方位向處理”狀態(tài)下，該處理節(jié)點(diǎn)上N個(gè)DSP采用表5的并行方式完成一幀數(shù)據(jù)的方位向處理。其中每個(gè)DSP完成Nr/N個(gè)距離單元的數(shù)據(jù)處理，即完成其中1/N的方位向處理任務(wù)。
表5

權(quán)利要求
1.一種用于合成孔徑雷達(dá)的實(shí)時(shí)成像方法，可對(duì)合成孔徑雷達(dá)采集的脈沖采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像，該方法包括提供兩個(gè)同構(gòu)的距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)，包括第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)，所述距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)具有可切換的進(jìn)行距離壓縮的距離向處理狀態(tài)和進(jìn)行方位聚焦的方位向處理狀態(tài)；將所述脈沖采樣數(shù)據(jù)以半幀為單位交替發(fā)送至第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)；所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)在其距離向處理狀態(tài)分別對(duì)其接收到的半幀數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮，并將距離壓縮結(jié)果分別拷貝至對(duì)方處理節(jié)點(diǎn)；所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)完成距離壓縮后切換至方位向處理狀態(tài)，結(jié)合本方處理節(jié)點(diǎn)的半幀數(shù)據(jù)距離壓縮結(jié)果和對(duì)方處理節(jié)點(diǎn)拷貝來的半幀數(shù)據(jù)距離壓縮結(jié)果進(jìn)行一幀數(shù)據(jù)的方位向處理，并在完成方位向處理后輸出成像結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于合成孔徑雷達(dá)的實(shí)時(shí)成像方法，其特征在于，所述第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)各自在距離向處理狀態(tài)和方位向處理狀態(tài)交替切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于合成孔徑雷達(dá)的實(shí)時(shí)成像方法，其特征在于，所述第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)交替互斥地處于距離向處理狀態(tài)和方位向處理狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝缓偷诙嚯x/方位向處理節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)處于距離向處理狀態(tài)時(shí)，則另一個(gè)處于方位向處理狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于合成孔徑雷達(dá)的實(shí)時(shí)成像方法，其特征在于，所述第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)由兩個(gè)相同配置的商用處理板來實(shí)現(xiàn)，所述每一個(gè)商用處理板包括多個(gè)DSP處理器，每一個(gè)DSP處理器都具有局部內(nèi)存。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于合成孔徑雷達(dá)的實(shí)時(shí)成像方法，其特征在于，當(dāng)所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)處于距離向處理狀態(tài)時(shí)，所述商用處理板中的多個(gè)處理器以流水方式對(duì)脈沖采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于合成孔徑雷達(dá)的實(shí)時(shí)成像方法，其特征在于，當(dāng)所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)DSP處理器完成距離壓縮后，還要將距離壓縮結(jié)果復(fù)制第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)的其它DSP處理器的局部內(nèi)存中。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或6所述的用于合成孔徑雷達(dá)的實(shí)時(shí)成像方法，其特征在于，當(dāng)所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)處于方位向處理狀態(tài)時(shí)，其需要處理的數(shù)據(jù)平均分配給所述商用處理板中的多個(gè)處理器，并且所述多個(gè)處理器以并行方式進(jìn)行方位壓縮。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于合成孔徑雷達(dá)的實(shí)時(shí)成像方法，其特征在于，當(dāng)所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)處于方位向處理狀態(tài)時(shí)，在進(jìn)行方位壓縮之前，還由所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)對(duì)待處理數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)置，以便將按距離連續(xù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)變換為以方位連續(xù)存儲(chǔ)。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于合成孔徑雷達(dá)的實(shí)時(shí)成像方法的實(shí)時(shí)成像器，可對(duì)合成孔徑雷達(dá)采集的脈沖采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像，該實(shí)時(shí)成像器包括I/O節(jié)點(diǎn)，用于將所述脈沖采樣數(shù)據(jù)以半幀為單位交替發(fā)送至第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)；并聯(lián)的兩個(gè)同構(gòu)的距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)，包括第一距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)，所述距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)具有可切換的進(jìn)行距離壓縮的距離向處理狀態(tài)和進(jìn)行方位壓縮的方位向處理狀態(tài)；主控節(jié)點(diǎn)，用于提供所述實(shí)時(shí)成像器各節(jié)點(diǎn)的流程控制和成像顯示；其中，所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)在其距離向處理狀態(tài)分別對(duì)其接收到的半幀數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮，并將距離壓縮結(jié)果分別拷貝至對(duì)方處理節(jié)點(diǎn)；所述第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)完成距離壓縮后切換至方位向處理狀態(tài)，結(jié)合本方處理節(jié)點(diǎn)的半幀數(shù)據(jù)距離壓縮結(jié)果和對(duì)方處理節(jié)點(diǎn)的半幀數(shù)據(jù)距離壓縮結(jié)果進(jìn)行一幀數(shù)據(jù)的方位向處理，并在完成方位向處理后輸出成像結(jié)果至主控節(jié)點(diǎn)顯示。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的實(shí)時(shí)成像器，其特征在于，所述第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)為兩個(gè)相同配置的商用處理板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于合成孔徑雷達(dá)的實(shí)時(shí)成像方法及實(shí)時(shí)成像器。本發(fā)明有兩個(gè)同構(gòu)的第一和第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)，這兩個(gè)處理節(jié)點(diǎn)具有可切換的進(jìn)行距離壓縮的距離向處理狀態(tài)和進(jìn)行方位聚焦的方位向處理狀態(tài)。第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)在其距離向處理狀態(tài)分別對(duì)其接收到的半幀數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮，并將距離壓縮結(jié)果分別拷貝至對(duì)方處理節(jié)點(diǎn)；第一和/或第二距離/方位向處理節(jié)點(diǎn)完成距離壓縮后切換至方位向處理狀態(tài)；結(jié)合本方處理節(jié)點(diǎn)的半幀數(shù)據(jù)距離壓縮結(jié)果和對(duì)方處理節(jié)點(diǎn)的半幀數(shù)據(jù)距離壓縮結(jié)果進(jìn)行一幀數(shù)據(jù)的方位向處理，并在完成方位向處理后輸出成像結(jié)果至主控節(jié)點(diǎn)顯示。本發(fā)明的成像器結(jié)構(gòu)對(duì)稱，具有高的可升級(jí)性和可維護(hù)性。
文檔編號(hào)G01S13/00GK1815260SQ20051001129
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2005年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月1日
發(fā)明者許稼, 李俊, 彭應(yīng)寧, 王秀壇, 湯俊, 黃寅, 張衛(wèi)杰 申請(qǐng)人:清華大學(xué)