[發明專利]基于FPGA的多普勒調頻率估計方法

有效

• 申請號: 201210158545.6
• 申請日: 2012-05-22
• 公開（公告）號: CN102680945A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 梁毅;邢孟道;陳凱;李學仕;李蓓蕾
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02;G01S13/90
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于數字信號處理技術領域，特別涉及利用現場可編程邏輯門陣列FPGA實現多普勒調頻率估計方法，可應用于合成孔徑雷達實時成像處理。

背景技術

合成孔徑雷達SAR作為一種主動式微波傳感器，不受光照和氣候條件的限制實現全天時、全天候對地觀測，獲取高分辨的地面場景信息，還可以透過地表和植被獲取地表下信息，并能探測隱蔽目標。這些特點使它在軍事領域，如戰場地形探測及預警，民用領域，如資源考察、環境監測、水文觀測等應用具有獨特的優勢。

多普勒調頻率是影響SAR成像方位聚焦性能的主要因素，在SAR成像處理中扮演重要角色，常用的多普勒調頻率估計方法有圖像偏移算法MD、對比度方法、子孔徑相關法和最小熵方法。在傳統的實時成像處理中，對多普勒調頻率的估計大都是采用數字信號處理器DSP作為核心處理芯片，并且為了達到提高速度的要求，大多數情況下同時使用多塊DSP進行運算，但這種做法的缺點就是系統結構復雜、功耗大、效率低，并且由于DSP處理本身是一種串行處理，采用DSP實現相對耗時較長，針對某些實時性要求更為苛刻的場合，通常難以滿足實時處理要求。

發明內容：

本發明的目的在于針對上述已有技術的不足，提供一種基于FPGA的多普勒調頻率估計方法MD的工程實現，以降低系統結構復雜度，減少系統功耗，提高多普勒調頻率估計的處理速度。

本發明的技術思路是：基于冒泡排序方法，通過控制狀態機及RAM塊的讀寫，篩選出功率強的距離單元數據；通過調用FPGA內部的IP核，實現快速傅里葉變換FFT和快速逆傅里葉變換IFFT??一系列操作，完成對方位前孔徑和后孔徑數據的快速相關計算；通過插值處理，提高了多普勒調頻率計算的精度。其實現步驟包括如下：

（1）將經過距離脈壓、徙動校正后的二維數據按距離單元方位連續地送入FPGA，對逐個距離單元的方位連續數據求功率和，得到每個距離單元的總功率，并將該二維數據直接存入外接存儲器DDRII?SDRAM中；

（2）將得到的距離單元總功率數據進行冒泡排序，得到距離單元數據在二維數據中按功率強弱排序的位置，建立索引向量，并將其存入FPGA內部的RAM模塊中供后續操作使用；

（3）對于外接存儲器DDRII?SDRAM中存儲的二維數據，以RAM中存儲的位置索引值為基地址，按照距離單元總功率遞減的順序，依次通過FPGA讀出32個距離單元數據；

（4）對于每次讀出的單個距離單元數據，將其沿方位向劃分為前孔徑數據和后孔徑數據，并分別對前孔徑和后孔徑兩組數據進行后端補零；

（5）將補零后的兩組數據分別進行FFT處理和取模操作，并將處理結果緩存在FPGA的FIFO緩沖器中；

（6）從FIFO緩沖器中讀出經過FFT處理和取模操作的兩組數據，確保兩組數據同步，并對前孔徑數據和后孔徑數據進行快速相關處理，得到相關向量R(i),i＝1,2,3......32；

（7）利用狀態機實現循環操作，對從外接存儲器DDRII?SDRAM中讀出的32個距離單元數據分別進行步驟（4）～（6）操作，將得到的相關向量進行累加求和，得到總相關向量R；

（8）對總相關向量R進行最大值搜索，得到總相關向量R最大值所在位置pos，即位置偏移的整數部分；根據最大值所在位置pos，得到最大值及左右相鄰的兩個數，并對該最大值及其相鄰的兩個數進行插值運算，得到位置偏移的小數部分；將位置偏移的整數部分和小數部分相加，再將相加結果與成量化系數相乘，得到最終的多普勒調頻率估計值。

本發明具有以下優點：

第一，本發明采用FPGA作為核心處理芯片，FPGA內部集成大量的乘法器、RAM甚至處理器核，具有基于數據流的強大定點處理能力，處理速度快，靈活性好，降低系統結構復雜度，提高了整個系統的實時性。

第二，本發明由于利用“冒泡排序”方法，利用FPGA中RAM資源對數據做緩存，以及狀態機控制使得排序快速高效，排序過程各個狀態易于控制。

第三，本發明中利用了FPGA并行處理和流水線工作性能，充分發揮了FPGA實現的優勢，節省了整個多普勒調頻率計算過程的處理時間以及FPGA內部存儲資源，在很大程度上提高了估計效率。

附圖說明

圖1是本發明的總流程圖；

圖2是本發明中快速相關處理子流程圖；

圖3是本發明中計算多普勒調頻率子流程圖。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發明做進一步的描述。