基于fpga和dsp的雷達回波實時模擬方法
【專利摘要】本發明屬于雷達回波模擬【技術領域】，特別涉及基于FPGA和DSP的雷達回波實時模擬方法。該方法包括以下步驟：步驟1，在FPGA芯片中預先存儲以下數據：每個方位時刻雷達的位置坐標、矩形面目標場景中每個像素點的坐標和灰度值、距離向匹配函數的共軛項，根據FPGA芯片預先存儲的數據，得出每個方位時刻矩形面目標場景中每個像素點對應的距離單元序號和方位向回波數據；步驟2，FPGA芯片將在步驟1中計算得到的兩部分數據傳輸至DSP芯片，DSP芯片對來自FPGA芯片的數據進行數據整合，得出矩陣Η；步驟3，DSP芯片將矩陣Η傳輸至FPGA芯片，FPGA芯片根據矩陣Η的每列元素和距離向匹配函數的共軛項，得出雷達回波數據矩陣。
【專利說明】基于FPGA和DSP的雷達回波實時模擬方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于雷達回波模擬【技術領域】，特別涉及基于FPGA和DSP的雷達回波實時模擬方法，可為成像系統設計和指標評估提供精確的回波數據并對SAR成像處理系統進行測試和檢驗。
【背景技術】
[0002]傳統的SAR (Synthetic Aperture Radar合成孔徑雷達)應用于偵查領域，回波數據只需要在單次仿真任務確定后生成即可，對回波仿真的時間沒有嚴格的要求。大多數的回波模擬器都是基于PC (Personal Computer)平臺的模擬，主要目的是為系統設計、成像和指標評估提供精確的回波數據。隨著SAR應用領域的不斷擴展，特別是在組合導航控制中的應用，SAR仿真參與閉環仿真實驗中。SAR模擬器需要根據實時提供的雷達飛行航跡，實時地提供回波信號，以供閉環仿真中的反饋控制使用。在傳統的PC機和工作站平臺的SAR模擬系統中，由于其在模擬效率、數據傳輸和數據形式上的劣勢，無法應用在實時仿真的環境中。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提出基于FPGA和DSP的雷達回波實時模擬方法，以此實現實時模擬高速機動平臺對自然場景錄取回波。
[0004]為實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案予以實現。
[0005]基于FPGA和DSP的雷達回波實時模擬方法包括以下步驟:
[0006]步驟1，利用FPGA芯片預先存儲以下數據:每個方位時刻雷達的位置坐標、矩形面目標場景中每個像素點的坐標、矩形面目標場景中每個像素點的灰度值、距離向匹配函數的共軛項、雷達的載波波長、雷達回波第一個距離單元對應的斜距、雷達相鄰兩個距離單元對應的斜距差，根據FPGA芯片預先存儲的數據，得出每個方位時刻矩形面目標場景中每個像素點對應的距離單元序號、以及每個方位時刻矩形面目標場景中每個像素點的方位向回波數據；
[0007]步驟2，FPGA芯片將每個方位時刻矩形面目標場景中每個像素點對應的距離單元序號、以及每個方位時刻矩形面目標場景中每個像素點的方位向回波數據傳輸至DSP芯片，DSP芯片對來自FPGA芯片的數據進行數據整合，得出矩陣H ；
[0008]步驟3，DSP芯片將矩陣H傳輸至FPGA芯片，FPGA芯片根據矩陣H的每列元素、以及距離向匹配函數的共軛項，得出雷達回波數據矩陣。
[0009]本發明的特點和進一步改進在于:
[0010]所述步驟I的具體子步驟為:
[0011](1.1)利用FPGA芯片預先存儲以下數據:第I方位時刻至第nan方位時刻雷達的位置坐標、矩形面目標場景中每個像素點的坐標、矩形面目標場景中每個像素點的灰度值、距離向匹配函數的共軛項、雷達的載波波長、雷達回波第一個距離單元對應的斜距、雷達相鄰兩個距離單元對應的斜距差，nan表示雷達方位點數；
[0012]每個方位時刻雷達的位置坐標包括:對應方位時刻雷達的橫坐標、縱坐標和豎坐標，對應方位時刻雷達的豎坐標指對應方位時刻雷達的高度；矩形面目標場景中每個像素點的坐標包括:矩形面目標場景中對應像素點的橫坐標、縱坐標和豎坐標，矩形面目標場景中對應像素點的豎坐標指:矩形面目標場景中對應像素點在雷達觀測場景中的對應高度；
[0013](1.2)FPGA芯片根據每個方位時刻雷達的位置坐標、矩形面目標場景中每個像素點的坐標，并按照以下公式計算出每個方位時刻矩形面目標場景中每個像素點相對雷達的斜距:
【權利要求】
1.基于FPGA和DSP的雷達回波實時模擬方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，利用FPGA芯片預先存儲以下數據:每個方位時刻雷達的位置坐標、矩形面目標場景中每個像素點的坐標、矩形面目標場景中每個像素點的灰度值、距離向匹配函數的共軛項、雷達的載波波長、雷達回波第一個距離單元對應的斜距、雷達相鄰兩個距離單元對應的斜距差，根據FPGA芯片預先存儲的數據，得出每個方位時刻矩形面目標場景中每個像素點對應的距離單元序號、以及每個方位時刻矩形面目標場景中每個像素點的方位向回波數據； 步驟2，FPGA芯片將每個方位時刻矩形面目標場景中每個像素點對應的距離單元序號、以及每個方位時刻矩形面目標場景中每個像素點的方位向回波數據傳輸至DSP芯片，DSP芯片對來自FPGA芯片的數據進行數據整合，得出矩陣H ； 步驟3，DSP芯片將矩陣H傳輸至FPGA芯片，FPGA芯片根據矩陣H的每列元素、以及距離向匹配函數的共軛項，得出雷達回波數據矩陣。
2.如權利要求1所述的基于FPGA和DSP的雷達回波實時模擬方法，其特征在于，所述步驟I的具體子步驟為: (1.D利用FPGA芯片預先存儲以下數據:第I方位時刻至第nan方位時刻雷達的位置坐標、矩形面目標場景中每個像素點的坐標、矩形面目標場景中每個像素點的灰度值、距離向匹配函數的共軛項、雷達的載波波長、雷達回波第一個距離單元對應的斜距、雷達相鄰兩個距離單元對應的斜距差，nan表示雷達方位點數； 每個方位時刻雷達的位置坐標包括:對應方位時刻雷達的橫坐標、縱坐標和豎坐標，對應方位時刻雷達的豎坐標指對應方位時刻雷達的高度；矩形面目標場景中每個像素點的坐標包括:矩形面目標場景中對應像素點的橫坐標、縱坐標和豎坐標，矩形面目標場景中對應像素點的豎坐標指:矩形面目標場景中對應像素點在雷達觀測場景中的對應高度； (1.2)FPGA芯片根據每個方位時刻雷達的位置坐標、矩形面目標場景中每個像素點的坐標，并按照以下公式計算出每個方位時刻矩形面目標場景中每個像素點相對雷達的斜距:
其中，Ra,i表示第a個方位時刻矩形面目標場景內第i個像素點相對雷達的斜距，a為整數且ae [l，nan]，i為整數且i e [1，N]，N為矩形面目標場景內像素點的個數4社乂3表不第a個方位時刻雷達的橫坐標，AntYa表不第a個方位時刻雷達的縱坐標，AntZa表不第a個方位時刻雷達的豎坐標；Xi表示矩形面目標場景內第i個像素點的橫坐標，yi表示矩形面目標場景內第i個像素點的縱坐標，Zi表示矩形面目標場景內第i個像素點的豎坐標； (1.3)FPGA芯片根據以下公式計算每個方位時刻矩形面目標場景中每個像素點的方位向相位、以及每個方位時刻矩形面目標場景中每個像素點對應的距離單元序號:
其中，P。表示第a個方位時刻矩形面目標場景內第i個像素點的方位向相位，λ。為雷達的載波波長;Ma，i表示第a個方位時刻矩形面目標場景內第i個像素點對應的距離單元序號，Rmin表示雷達回波第一個距離單元對應的斜距，Ar表示雷達相鄰兩個距離單元對應的斜距差； (1.4)FPGA芯片根據以下公式得出每個方位時刻矩形面目標場景中每個像素點的方位向回波數據:
Ki = Pa, i X amPi 其中，Aa;i表示第a個方位時刻矩形面目標場景內第i個像素點的方位向回波數據，amPi為矩形面目標場景中第i個像素點的灰度值。
3.如權利要求1所述的基于FPGA和DSP的雷達回波實時模擬方法，其特征在于，在步驟I中，第a個方位時刻矩形面目標場 景內第i個像素點對應的距離單元序號為Ma，i;a為整數且ae [1，nan]，nan表示雷達方位點數，i為整數且i e [1，N]，N為矩形面目標場景內像素點的個數；第a個方位時刻矩形面目標場景內第i個像素點的方位向回波數據為Aiu ； 所述步驟2的具體子步驟為: FPGA芯片將子步驟(1.3)得出的每個方位時刻矩形面目標場景中每個像素點對應的距離單元序號、以及子步驟(1.4)得出的每個方位時刻矩形面目標場景中每個像素點的方位向回波數據傳輸至DSP芯片；DSP芯片對來自FPGA芯片的數據進行數據整合； DSP芯片對來自FPGA芯片的數據進行數據整合的過程為:在第a個方位時刻矩形面目標場景中第I個像素點的方位向回波數據Ay至第N個像素點的方位向回波數據Aa，N中，將具有距離單元序號的方位向回波數據進行相加，根據相加結果將第a個方位時刻矩形面目標場景中N個像素點的方位向回波數據整合為nrn個數據，按順序將整合后的nrn個數據組成長度為nrn的列向量，所述長度為nrn的列向量為矩陣H的第a列；將a從I至nan進行遍歷，從而得出矩陣H的每列元素。
4.如權利要求1所述的基于FPGA和DSP的雷達回波實時模擬方法，其特征在于，所述步驟3的具體子步驟為: (3.1)DSP芯片將矩陣H傳輸至FPGA芯片，FPGA芯片對矩陣H的每列元素作FFT運算，得出對應的變化后的列向量，矩陣H第a列元素作傅里葉變換后變為列向量H' (:, a)毋為整數且ae [1，nan], nan表示雷達方位點數； (3.2)FPGA芯片根據距離向匹配函數的共軛項，得出第I列頻域數據E' (:,1)至第nan列頻域數據E ' (:, nan)，第a列頻域數據E ' (:，a)為:
E ' (:, a) = H ; (:, a) Xs 其中，s表示距離向匹配函數的共軛項； 分別對第I列頻域數據E ' (:，I)至第nan列頻域數據E，(:,nan)進行逆傅里葉變換，得出第I列時域數據E (:, I)至第nan列時域數據E (:,nan);利用第I列時域數據E (:, I)至第nan列時域數據E (:,nan)組成雷達回波數據矩陣E。
【文檔編號】G01S13/90GK104076341SQ201410317495
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月4日 優先權日:2014年7月4日
【發明者】李亞超, 陳露露, 全英匯, 邢孟道 申請人:西安電子科技大學