[发明专利]基于FPGA的多普勒中心估计方法

说明书

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，涉及多普勒中心估计方法，可应用于雷达实时信号处理系统设计，特别是星载合成孔径雷达SAR实时成像中。

背景技术

多普勒中心估计是SAR成像处理的重要组成部分，在成像处理中的作用至关重要。多普勒中心估计不准确会造成图像的整体偏移，影响场景中目标的定位，恶劣时造成场景信号频带与参考信号频带失配，无法成像。

常用的多普勒中心估计方法主要有能量均衡法、相关函数法、最优估计法。其中相关函数法比较稳健，可以适合于大多数均匀场景，在时域估计参数其计算量小，并且通过取能量大的距离单元、多距离单元平均后其算法的精度较高，在实时处理中获得了较多的采用。现有机载SAR实时处理系统中，对多普勒中心的估计通常采用数字信号处理器DSP作为核心处理芯片，DSP的优势是可供使用的软件资源丰富，内部模块标准化，通用性强、灵活性好，调试简单，但缺点是按取指、译码、执行等这样的固定模式工作，对资源效率利用不足。对于星载SAR系统来说，不仅要求运算速度高，而且由于空间环境条件的限制，对处理器芯片的抗辐射、热设计等也提出了更高的要求，DSP芯片没有航天级的产品，因此机载系统中用DSP实现的方法已不能适应星上系统的要求，必须选择新的器件来实现星载SAR星上实时成像处理。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于现场可编程门阵列FPGA的多普勒中心估计方法，以减少占用资源，提高多普勒中心估计的处理速度。

本发明的技术思路是：通过一阶寄存器实现错位操作；通过调用FPGA内部的IP核，实现共轭相乘、累加、求均值和除法运算，求得回波数据的自相关值R；根据自相关值R的实部和虚部，计算得到自相关值R相角的余弦值；通过“反余弦”查表，得到自相关值R的相角；根据自相关值R虚部的符号位，对自相关值R的相角进行修正，得到回波数据的多普勒中心估计结果。其实现步骤包括如下：

（1）将反余弦表存入FPGA的ROM中，以备后续的查表使用；

（2）对单个距离单元方位向连续数据进行错位操作，得到错位向量；对单个距离单元方位向连续数据和错位向量的对应元素进行共轭相乘操作，得到一组相乘结果。

（3）对这组相乘结果的元素进行累加求均值操作，得到单个距离单元方位向连续数据的自相关值R；

（4）根据自相关值R的实部和虚部，求得自相关值R相角的余弦值；再将自相关值R虚部的符号位用寄存器flag暂存下来，供后续操作使用；

（5）对自相关值R相角的余弦值进行反余弦查表，得到自相关值R的相角；

（6）根据寄存器flag的值，对自相关值R的相角进行修正，若flag的值为1，则对自相关值R的相角加上-π，若flag的值为0，则对自相关值R的相角不做改变；

（7）根据回波数据的脉冲重复频率PRF和圆周率π通过MATLAB软件生成量化参数，将经步骤（6）后得到的自相关值R的相角值与该量化参数相乘，得到多普勒中心估计结果。

本发明具有如下优点：

第一，本发明采用FPGA作为核心处理芯片，FPGA内部集成大量的乘法器、RAM甚至处理器核，具有基于数据流的强大定点处理能力，处理速度快，灵活性好，提高了整个系统的实时性。

第二，本发明通过计算自相关值R相角的余弦值，再对该余弦值进行反余弦查表完成，大幅度地提高了计算自相关值R相角的精度。

第三，本发明中采用了流水处理和并行处理技术，充分发挥了FPGA运算的优势，节省了整个多普勒中心估计过程的处理时间以及FPGA内部存储资源，在很大程度上提高了估计效率。

附图说明

图1是本发明的总流程图；

图2是本发明中自相关处理子流程图；

图3是本发明中计算多普勒中心子流程图。

具体实施方案

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

参照图1，本发明的具体实施步骤如下：

步骤1.将反余弦表存入FPGA中。

1.1）在MATLAB软件中产生一列浮点数序列e=-1，-511/512，-510/512，······，0，1/512，2/512，······，511/512，该浮点数序列e共包含1024个元素，相邻元素之间的间隔为1/512，求出序列e的反余弦值，将e的反余弦值量化成16位有符号二进制定点数序列，并将其存入存储初始化文件MIF，则该存储初始化文件MIF即为反余弦表；