[发明专利]合成孔径雷达成像系统的矩阵转置方法及转置装置

说明书

技术领域

本发明属于合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar—SAR）领域，特别是一种合成孔径雷达成像系统的矩阵转置方法及该方法所用以FPGA（现场可编程门阵列）作为处理器的矩阵转置处理装置。

背景技术

SAR是上个世纪50年代发展起来的，它是雷达发展的一个重要里程碑。与光学传感器相比，SAR具有全天候、全天时、远距离和宽广观测带以及易于从固定背景中区分运动目标的能力。同时由于其具有很高的分辨率，合成孔径雷达受到广泛重视。SAR成像处理过程是划分成两个一维的处理过程来实现的，因此在数据处理过程中需要对数据的维度进行转置处理。随着对SAR成像精度要求的不断提高，SAR回波信号的数据量也在不断增大，对数据存储器的容量和矩阵转置效率的要求也在不断提高。

SDRAM（同步动态随机存取存储器）由于存储容量大，速度快，功耗低，成本低等优点，是目前应用最多的、最广泛的存储器。目前，在基于SDRAM（同步动态随机存取存储器）的实时SAR成像处理系统中，实现矩阵转置的方法主要两页式、三页式转置法，固定矩阵分割法等。两页式或三页式转置法是通过循环地对两片或三片SDRAM来实现矩阵数据的转置处理的。该方法实现起来比较简单，能较好地解决频繁换行时效率低下的问题，但占用的外部存储器较多，不能对单片SDRAM进行操作，同时系统的功耗也较大。而申请号为201110122834.6的发明专利公开了一种《基于FPGA的SAR成像信号处理数据转置方法》，该方法是一种基于“固定矩阵分割”法来实现矩阵转置处理。该方法通过在FPGA内部占用一个大小为64×64的双口RAM来实现矩阵的转置处理。矩阵转置处理的步骤为：首先将原始矩阵数据分割成64×64的小块矩阵，接着将这些小块矩阵分为对角模式矩阵块、非对称对角模式矩阵块和非对称非对角模式矩阵块三个类型。然后将这些小块矩阵的数据依次读入到双口RAM中，根据小块矩阵的不同类型对双口RAM的读写地址进行不同操作，实现对不同小块矩阵的转置处理，最终实现了整个矩阵的转置处理。该方法充分利用了双口RAM在读写地址频繁换行时效率不受影响的优点，通过对不同类型的小矩阵块的转置处理最终实现对原始输入矩阵数据的转置处理。该方法达到最优转置效率的前提是数据矩阵能够划分成若干个64×64固定大小的小块矩阵，一旦原始数据矩阵的大小发生变化，就不能进行最优分割，转置处理的效率也就会大大降低。因而该方法存在对待转置数据矩阵大小的适应性差、在输入矩阵大小不同时，矩阵转置的效率差等缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究设计一种合成孔径雷达成像系统的矩阵转置方法及转置装置，实现对不同合成孔径雷达（SAR）回波数据矩阵的‘最优分割’，以达到即使在输入矩阵大小不同的情况下、有效提高矩阵转置的效率等目的。

本发明的技术方案采用FPGA（现场可编程门阵列）作为矩阵转置处理器，采用单片SDRAM（同步动态随机存取存储器）作为存取存储器；而合成孔径雷达成像系统的矩阵转置方法包括：

步骤I.合成孔径雷达回波矩阵数据的输入：转置处理器中的通讯单元将PC机输入的待转置的合成孔径雷达回波数据矩阵的大小以及同步动态随机存取存储器（SDRAM）最大行地址数和最大列地址数送入参数配置单元后，转步骤II；（通讯单元）同时将PC机输入的合成孔径雷达回波矩阵数据陆续送入输入缓存单元后，转步骤III；

步骤II.对输入回波数据矩阵的分割及读写地址的生成：将待转置矩阵分割成行数个子矩阵，即将待转置矩阵中每一行的数据组成一个子矩阵，每个子矩阵的行数等于待转置矩阵的列数的平方除以SDRAM的最大列地址数后的平方根、子矩阵的列数等于SDRAM的最大列地址数的平方根；然后按照以下方法分别在写地址单元中生成写地址、在读地址单元中生成读地址后，转步骤III；其中：

写地址生成：首先从第一个子矩阵块的第一行的第一个地址开始依次至该行最后一个地址写完，再从该子矩阵块的第二行的第一个地址开始依次至该行最后一个地址写完，直至该子矩阵块的最后一行的最后一个地址写完；按以上方式再依次对二个子矩阵块、第三个子矩阵块，直到最后的一个子矩阵块进行写地址处理，以完成写地址；