基于单片FPGA的Chirp Scaling成像方法

摘要

本发明提供一种基于单片FPGA的Chirp Scaling成像方法，具体过程为：在一片FPGA上构建FFT运算模块、多普勒中心频率估计和拟合模块、多普勒调频斜率估计和拟合模块、参数解算模块、Chirp Scaling因子生成模块、距离向补偿因子生成模块、方位向补偿因子生成模块、复乘模块、数据转置模块、核心计算模块和图像量化模块；基于所构建的模块执行Chirp Scaling成像的过程。本发明对Chirp Scaling成像实现的架构进行了分析，最大限度的提高成像算法的并行度，能够充分发挥FPGA的优势，进一步提高成像的实时性。

主权项

一种基于单片FPGA的Chirp Scaling成像方法，其特征在于，具体步骤为：步骤一：在一片FPGA上构建FFT运算模块、多普勒中心频率估计和拟合模块、多普勒调频斜率估计和拟合模块、参数解算模块、Chirp Scaling因子生成模块、距离向补偿因子生成模块、方位向补偿因子生成模块、复乘模块、数据转置模块、核心计算模块和图像量化模块；步骤二：并行执行数据处理和Chirp Scaling因子生成：数据处理为：FFT运算模块从回波数据中读取方位向回波数据，然后进行方位向定点FFT运算得到距离多普勒域的数据信号；Chirp Scaling因子生成的过程为：S101、多普勒中心频率估计和拟合模块接收回波数据，对回波数据进行自相关估计和最小二乘拟合，得到多普勒中心频率值；S102、参数解算模块根据多普勒中心频率值计算补偿因子生成所需的参数；S103、Chirp Scaling因子生成模块根据所述参数，计算Chirp Scaling因子；步骤三、复乘模块对距离多普勒域的数据信号与Chirp Scaling因子进行复乘操作，完成第一次复乘操作；步骤四：并行计算二维频域的信号数据和距离向补偿因子；数据转置模块对第一次复乘操作得到的数据进行转置，FFT运算模块对转置后的数据进行距离向定点FFT运算，得到二维频域的信号数据；距离向补偿因子生成模块根据所述参数，计算得到距离向补偿因子；步骤五：复乘模块对二维频域的信号数据与距离向补偿因子进行复乘操作，完成第二次复乘操作；步骤六：FFT运算模块对第二次复乘操作之后的数据进行距离向IFFT操作，得到距离多普勒域的数据信号；步骤七：数据转置模块对距离多普勒域的数据信号进行转置，并将转置后的数据传输给所述多普勒调频斜率估计和拟合模块及所述复乘模块；多普勒调频斜率估计和拟合模块针对转置后的数据信号，利用杂波锁定自聚焦法估计多普勒调频斜率；步骤八：方位向补偿因子生成模块根据所述参数和多普勒调频斜率，计算得到方位向补偿因子；步骤九：复乘模块将得到的转置后的数据信号与方位向补偿因子进行复乘操作，完成第三次复乘操作；步骤十：FFT运算模块对第三次复乘操作之后的数据进行方位向IFFT操作，得到二维时域的数据信号；量化模块对二维时域的数据信号进行量化，得到二维量化的SAR图像；其中所述S102、S103、步骤四及步骤八的计算过程中，在执行需占用硬件资源较大的运算时，调用核心计算模块来实现；所述参数包括弯曲因子Cs和等效距离向调频常数Ks，$K_s(f;r)=\frac{K}{1+K·r·\frac{2\lambda }{c^2}xpowr{(1+\frac{1}{2}xpowr)}^3}$其中，λ表示回波波长，f表示方位向回波频率，V(r)表示载体的运动速度，表示波束前斜角，K表示回波的调频斜率，r表示雷达与目标之间的斜距，c表示光速。