SAR实时成像处理平台的设计研究

[摘 要]合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）能够实时成像，处理大量数据、有着较高的数据吞吐率，成像算法实现比较复杂等诸多特点。笔者设计了适宜于SAR实时成像处理的共享存储器的分布式耦合系统架构，设计了高分辨率SAR实时成像中的相关解决方案。希望能够为这方面的研究提供有益的参考和借鉴。

[关键词]合成孔径雷达；实时成像

中图分类号：TN957.52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0157-01

前言

合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）是非常发达的微波对地观测设备，它具备全天时、全天候工作的能力，在军事运用以及国民经济中发挥了重大作用，拥有极其广泛的发展潜力以及应用前景。从实际应用来看，不少领域都需要SAR系统具备实时成像处理的能力。

从SAR系统来看，它根据重复距离脉冲的方法采集以及存储原始的回波数据，它的二维成像以及数据率比较高，而且在成像过程中要进行多次的转置操作，需要额外的时间开销或者硬件开销。所以，在设计SAR实时成像处理系统时，要设计出适宜于SAR成像处理的相关架构，从而降低处理器间的全部数据交换活动，强化单节点的处理性能，而且能够有效地平衡IO带宽和使处理器的处理性能，使得处理器获得最优的性能。

一、灵活的存储器访问模式

SAR成像大部分都采取了以脉冲的处理方式，为了更好地降低在分布式存储结构中由于脉冲合成而引入的相关系统开销，这篇文章运用共享存储器类型的体系结构，借助FPGA控制DDRSDRAM，各个处理节点都要通过FPGA共享存储器。

二、扩展存储能力

通用处理器只能支持非常有限的外部存储空间，例如，如ADSPTS201处理器只能支持1GB的外部SDRAM容量，为了达到它所需要的大测绘带宽以及高分辨率的SAR成像处理需求，要最大限度地将单节点共享存储器的容量进行扩展。这篇文章运用了FPGA扩展DDRSDRAM接口，DSP借助FPGA来相关的共享存储器。这个方案具备了下列优点：①DDRSDRAM所具备的最大访问带宽超过了SDRAM的数值，能够很好地提升信号处理板内的数据吞吐率，切实增强各个DSP自身的平均存储器访问带宽；②DDRSDRAM比SDRAM的集成度比更高，在硬件方面实现了易于扩展较大容量的相关存储器；③按照系统的相关设计需要，能够便捷地将其升级为DDR2SDRAM接口，这样能够有效地提升系统存储器自身的访问带宽。

三、高速数据IO设计

IO带宽和处理器所具备的处理能力之间的平衡能够在很大程度上影响着处理系统的性能，为了更好地提升系统自身的处理性能，要确保各个DSP处理所需要的IO带宽。例如可以采取以分块读写为基础的DDRSDRAM访问模式。SAR能够体现出二维处理的特征，一般情况下要实施较多次数的数据转置操作，借助专用的相关角转置模块，在硬件以及时间上都存在着较大的开销。但是从FPGA内部来看，通常会借助分块读写的方法来控制和调整内存，能够达到数据转置的目标，在很大程度上提升了数据的吞吐率，降低了系统所需要的硬件开销。

四、系统互联结构的设计

从眼下来看，信号处理模块都在逐步地实现通用化以及标准化的目标。为了更好地集成运动补偿模块以及信号处理模块等在内的其他功能模块，从而运用在模式不同的SAR的成像处理。从信号处理模块来看，它务必要建立在标准化架构的基础上，而且还要提供灵活性较强的板间互联接口，这样能够更好地扩展以及重构系统。（1）各个处理单元间借助局部共享总线互联，然后传输相应的控制字以及命令字。信号处理板内要借助局部共享总线进行互联，重点是传输SAR处理命令字、状态字、运动补偿数据以及数据传输状态字等。数据传输的数据量少，带宽比较小。各个处理单元都要经由总线仲裁，分时占用共享总线，就能够很好地达到数据传输的相关要求。（2）各个处理单元间经由Link Port形成了环形的互联结构。DSP与FPGA、与DSP之间借助Link Port点对点通讯协议，形成了环形的互联结构，这样以来就能够很好地实现不同处理节点间交换大批量数据的需求。

五、系统灵活性

随着SAR如此朝着多波段、多模式的方向演化，各种SAR平台也形成了不同的处理流程以及成像算法，因此在选择和运用实时成像处理器的过程中，要具备下列特点：可扩展、标准化、通用化以及可重构等。按照各种SAR系统的性能对不同成像系统的具体要求，只要能够对成像处理器自身的互联结构、模块间的组配方式、数据流的分配方式等进行调整就可以了，这样能够更好地吻合各种雷达的功能，满足各种工作模式的相关需求。

六、对外接口

通常情况下，SAR成像系统涵盖了信号处理、数据采集、运动补偿模块、数据传输模块以及数据记录模块等若干部分。SAR成像有着较大的运算量，一般情况下要借助较多的信号处理模块实施并行处理，为了更好地互联各个模块、交换大批量的数据，扩展以及重构系统，所设计的高速互联总线接口要具备可扩展、标准化以及可重构的特征。

七、存储容量

SA R的分辨率越高， 测绘带越宽， 成像处理过程中所需的临时存储器容量也越大，在有限的板载空间中扩展大容量的存储器也是在系统设计中需要考虑的一个问题。

结束语

从这篇文章来看，它合理地提出了SAR实时成像处理平台的设计要点，具体地分析了相关的操作和规范，希望能够为SAR实时成像处理平台的设计提供有益的思路。

参考文献

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“获得高分辨对地观测系统重大专项（GFZX040113701）支持”