一種合成孔徑雷達實時成像處理轉置存儲器的製作方法
2023-12-11 15:31:47 2
專利名稱：一種合成孔徑雷達實時成像處理轉置存儲器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種轉置存儲器(Corner Turning Memory，CTM)，它應用於微波遙感領域，特別是合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)成像領域，其主要目的是對合成孔徑雷達實時成像處理中距離壓縮後輸出數據存儲轉置，使得數據格式符合方位壓縮的需要。
背景技術：
本發明涉及的轉置存儲器系統執行廣義信號處理功能，它不改變輸入數據的大小，數據經過這種系統時輸出順序發生改變，確切的說就是實現矩陣轉置功能。這種轉置存儲器系統主要由控制器和存儲器組成，控制器用Xilinx公司的FPGA實現，存儲器件採用SDRAM，通過FPGA對SDRAM的讀寫控制實現數據流的矩陣轉置。
本發明涉及的轉置存儲器(CTM)系統採用三頁式結構，這種結構寫入一頁數據的同時讀出兩頁數據，輸出數據重疊一半，能夠適應合成孔徑雷達(SAR)實時成像處理方位壓縮的重疊保留要求，同時實現了輸入輸出並行流水進行，使得合成孔徑雷達成像處理器的距離壓縮模塊和方位壓縮模塊能夠並行處理，大大增強了合成孔徑雷達成像處理器的實時處理能力。
在多維圖像和信號處理中，矩陣轉置是經常用到的數位訊號處理過程，比如在二維信號處理中，可能需要數據矩陣在兩個方向(行和列)分別處理，比如先進行行數據處理再進行列數據處理，行處理完成後輸出的數據是按行排列的，所以在接下來的列處理過程前需要對數據矩陣進行轉置以適應列處理的數據格式要求。矩陣轉置可以看作是兩個矩陣之間的映射Xi，j→Xj，i。如果數據矩陣的數據量不大，實現轉置功能是比較容易的，可以將數據存儲在片內的高速存儲器中進行轉置輸出。但是當數據量很大時，就必須通過控制器控制片外存儲器實現存儲轉置功能。
應用在合成孔徑雷達實時成像處理中的轉置存儲器(CTM)，實現矩陣轉置的功能，合成孔徑雷達實時成像處理要求轉置存儲器(CTM)具有實時性且輸入輸出並行流水進行。同時，合成孔徑雷達巨大的回波數據量要求轉置存儲器(CTM)有足夠大的存儲容量。
發明內容
本發明目的是要提出一種大容量、高速、輸入輸出並行流水化進行的轉置存儲器系統。
為達到上述目的，本發明的技術解決方案是提供一種合成孔徑雷達實時成像處理轉置存儲器，包括控制器件、主存儲器、電源、輸入輸出接口；其有2～3片主存儲器，其數據總線與輸入通道切換模塊的輸出以及輸出通道切換模塊的輸入電連接；輸入通道切換模塊與輸入接口電連接，輸出通道切換模塊與輸出接口電連接；一控制模塊，分別與主存儲器、輸入接口、輸出接口電連接；一電源模塊，對轉置存儲器內的各個部分供電；其中，2～3片主存儲器，採用SDRAM分別存儲2～3頁數據；控制模塊、輸入通道切換模塊和輸出通道切換模塊由FPGA實現，控制模塊實現對存儲器的讀寫控制並給主存儲器提供讀寫地址；輸入通道切換實現輸入數據到2～3片主存儲器之間的通路選擇，輸出通道切換實現輸出數據和2～3片主存儲器之間的通路選擇，它們和控制模塊共同實現對輸入數據的矩陣轉置功能；輸入接口實現轉置存儲器的輸入接口功能，輸出接口實現轉置存儲器的輸出接口功能。
所述的轉置存儲器，其還包括輸入輸出驅動電路，輸入驅動電路置於輸入接口和輸入通道切換模塊之間，以輸入接口、輸入驅動電路、輸入通道切換模塊的順序電連接；輸出驅動電路置於輸出通道切換模塊和輸出接口之間，以輸出通道切換模塊、輸出驅動電路、輸出接口的順序電連接；一控制模塊，分別與主存儲器、輸入驅動電路、輸出驅動電路電連接；其中，輸入驅動電路用於增強輸入信號的驅動能力，輸出驅動電路用於增強輸出信號的驅動能力。
所述的轉置存儲器，其輸入數據按行順序輸入，輸入數據行的長度是每頁數據的列數，輸入數據不分頁，數據按行順序連續輸入，每行數據有標誌行起始的行同步信號，轉置存儲器將第一行數據作為第一頁的起始行，根據實際應用中每頁數據的行數自動將數據分頁；輸入數據和同步信號與輸入同步時鐘同步。
所述的轉置存儲器，其將輸入數據轉置後按列輸出，輸出每頁數據有頁同步信號表示一頁數據開始，輸出數據每列有列同步信號表示一列數據開始，輸出數據和同步信號均按輸出同步時鐘同步輸出，輸出數據列的長度為兩頁輸入數據的行數。
所述的轉置存儲器，其所述主存儲器，優先採用SDRAM存儲器，或採用SRAM、DDR SDRAM、DDR-II SDRAM存儲器。
所述的轉置存儲器，其採用三頁式結構實現輸入輸出的並行流水處理時，三頁式結構有三片主存儲器，控制器向一片存儲器寫數據同時並行地依次從另兩片存儲器中讀出數據，其輸出數據率是輸入數據率的兩倍。
所述的轉置存儲器，其採用兩頁式結構實現輸入輸出的並行流水處理時，有二片主存儲器，輸出列數據不重疊，而只實現單頁數據的簡單轉置功能。
所述的轉置存儲器，其特徵在於，所屬的控制模塊、輸入通道切換模塊和輸出通道切換模塊優先採用FPGA實現，或採用CPLD、EPLD、專門定製的ASIC器件實現。
本發明提出的轉置存儲器(CTM)系統具有如下顯著特點(1)本發明提出的轉置存儲器(CTM)系統包括控制器件、主存儲器、電源、輸入輸出接口、輸入輸出驅動電路、配置程序存儲器。主存儲器用於存儲數據；控制器件控制主存儲器的讀寫以實現矩陣轉置功能；電源用來給系統中的各種器件供電；輸入/輸出接口實現系統和外部的連接；輸入/輸出驅動提供輸入/輸出的電流驅動能力；配置程序存儲器存儲實現系統功能的程序數據。
(2)本發明提出的轉置存儲器(CTM)系統通過控制器件對主存儲器讀寫控制實現矩陣轉置功能。控制器對駐存儲器的讀寫控制通過控制器內部的時序邏輯產生電路產生控制時序以及地址序列實現。對存儲器採用「順序寫入、跳變讀出」的讀寫方式實現數據的矩陣轉置。
(3)本發明提出的轉置存儲器(CTM)系統採用「順序寫入、跳變讀出」主存儲器的方式實現矩陣轉置，但不排除採用「跳變寫入、順序讀出」或其它主存儲器讀寫方式實現矩陣轉置功能。
(4)本發明提出的轉置存儲(CTM)系統採用三頁式結構實現輸入輸出的並行流水處理。三頁式結構有三片主存儲器構成，控制器向一片存儲器寫數據同時並行地依次從另兩片存儲器中讀出數據。
(5)三頁式結構不構成對本發明的限制，在不同的應用中轉置存儲(CTM)可以採用其它結構。
(6)本發明提出的轉置存儲器(CTM)系統輸出的數據率是輸入數據率的兩倍，在不同的應用中，不排除輸入數據率和輸出數據率其它關係。
(7)本發明提出的轉置存儲器(CTM)系統中控制器通過Xilinx公司的FPGA實現，但這並不排除用其它可編程器件實現。
(8)本發明提出的轉置存儲器(CTM)系統中主存儲器優先採用SDRAM存儲器，但並不排除用SRAM、DDR SDRAM、DDR-II SDRAM或其隨機訪問存儲器做主存儲器。
(9)本發明提出的轉置存儲器(CTM)系統輸入、輸出接口可以採用各種結構形式。
圖1是兩次一維處理級聯實現ASR成像原理圖；圖2是三頁式結構轉置存儲器工作原理；圖3是CTM原理圖；
圖4是CTM輸入接口時序；圖5是CTM輸出接口時序；圖6是CTM的另一個實現實例；圖7是CTM的再一個實現實例。
具體實施例方式
下面詳細說明本發明的內容。
合成孔徑雷達實時成像處理是對連續的二維回波數位訊號的匹配濾波，通過一定的處理，這種二維匹配濾波可以分解成兩次一維處理的級聯，兩次一維處理級聯實現合成孔徑雷達(SAR)成像原理圖如圖1所示，兩次一維匹配濾波處理分別稱為距離壓縮和方位壓縮。距離壓縮實現回波數據距離向(縱向)的匹配濾波，其輸出數據流是沿距離向的，方位壓縮實現回波數據方位向(橫向)的匹配濾波，方位壓縮要求輸入數據沿方位向排列且每次處理的方位向數據存在一定的數據重合。距離壓縮輸出數據到方位壓縮要求輸入數據的格式轉換由轉置存儲器(CTM)完成，轉置存儲器(CTM)實現的格式轉換相當於矩陣轉置。
本發明提出的轉置存儲器(CTM)採用三頁式結構，輸出方位線重疊一個合成孔徑長度，三頁式結構實現轉置存儲器(CTM)的工作原理如圖2所示。圖中，M為SAR成像合成孔徑長度內的方位向採樣點數，N為SAR回波距離向採樣點數。從圖2看出，轉置存儲器(CTM)有三個存儲區A、B、C，它們對應三頁式結構的三頁，轉置存儲器(CTM)工作時，一方面向一頁存儲區按行順序寫入數據，同時從另兩頁存儲區按列依次讀出數據，輸出數據一條方位線長度為2M，輸出每幀含N條方位線。這樣就實現了矩陣轉置功能。轉置存儲器(CTM)對三頁主存儲器的讀寫有三種狀態，過程見表1。
表1CTM對三頁(片)主存儲器的讀寫過程
本發明提出的一種合成孔徑雷達實時成像處理轉置存儲器，其第一實施例結構框圖如圖3所示。圖3中主存儲器A、B、C採用SDRAM分別存儲三頁數據；控制模塊、輸入通道切換模塊和輸出通道切換模塊由FPGA實現，控制模塊實現對存儲器的讀寫控制並給主存儲器提供讀寫地址；輸入通道切換實現輸入數據到三片主存儲器之間的通路選擇，輸出通道切換實現輸出數據和三片主存儲器之間的通路選擇，它們和控制模塊共同實現對輸入數據的矩陣轉置功能；輸入接口實現轉置存儲器(CTM)的輸入接口功能，輸出接口實現轉置存儲器(CTM)的輸出接口功能；輸入驅動用於增強輸入信號的驅動能力，輸出驅動用於增強輸出信號的驅動能力；電源模塊對轉置存儲器(CTM)的各個部分供電。
轉置存儲器(CTM)的輸入數據按行順序輸入，輸入接口時序如圖4所示。圖4中，N為輸入數據行的長度(也就是每頁數據的列數)，轉置存儲器(CTM)的輸入不分頁，數據按行順序連續輸入，每行數據有標誌行起始的行同步信號，轉置存儲器(CTM)將第一行數據作為第一頁的起始行，根據實際應用中每頁數據的行數自動將數據分頁。輸入數據和同步信號與輸入同步時鐘同步。
轉置存儲器(CTM)將輸入數據轉置後按列輸出，輸出每頁數據有頁同步信號表示一頁數據開始，輸出數據每列有列同步信號表示一列數據開始，輸出數據和同步信號均按輸出同步時鐘同步輸出，輸出接口時序如圖5所示。圖5中，2M為輸出數據列的長度(也就是兩頁輸入數據的行數)。
轉置存儲器(CTM)的矩陣轉置功能通過FPGA對SDRAM主存儲器「順序寫入、跳變讀出」實現，對SDRAM的讀寫順序通過FPGA產生相應的讀寫地址序列實現。對一頁主存儲器寫數據的同時依次從另兩頁主存儲器讀出數據，轉置存儲器(CTM)實現輸入輸出並行進行，輸出數據率是輸入數據率的兩倍。
本發明一種合成孔徑雷達實時成像處理轉置存儲器的第二實施例，轉置存儲器(CTM)也可以採用兩頁式結構，輸出列數據不重疊，而只實現單頁數據的簡單轉置功能。其結構框圖如圖6所示。
本發明的第三實施例，採用兩頁式結構或三頁式結構，轉置存儲器(CTM)也可以不需要輸入、輸出驅動部分，其結構框圖如圖7所示。
權利要求
1.一種合成孔徑雷達實時成像處理轉置存儲器，包括控制器件、主存儲器、電源、輸入輸出接口；其特徵在於，有2～3片主存儲器，其數據總線與輸入通道切換模塊的輸出以及輸出通道切換模塊的輸入電連接；輸入通道切換模塊與輸入接口電連接，輸出通道切換模塊與輸出接口電連接；一控制模塊，分別與主存儲器、輸入接口、輸出接口電連接；一電源模塊，對轉置存儲器內的各個部分供電；其中，2～3個主存儲器，採用SDRAM分別存儲2～3頁數據；控制模塊、輸入通道切換模塊和輸出通道切換模塊由FPGA實現，控制模塊實現對存儲器的讀寫控制並給主存儲器提供讀寫地址；輸入通道切換實現輸入數據到主存儲器之間的通路選擇，輸出通道切換實現輸出數據和主存儲器之間的通路選擇，它們和控制模塊共同實現對輸入數據的矩陣轉置功能；輸入接口實現轉置存儲器的輸入接口功能，輸出接口實現轉置存儲器的輸出接口功能。
2.如權利要求1所述的轉置存儲器，其特徵在於，還包括輸入輸出驅動電路，輸入驅動電路置於輸入接口和輸入通道切換模塊之間，以輸入接口、輸入驅動電路、輸入通道切換模塊的順序電連接；輸出驅動電路置於輸出通道切換模塊和輸出接口之間，以輸出通道切換模塊、輸出驅動電路、輸出接口的順序電連接；一控制模塊，分別與主存儲器、輸入驅動電路、輸出驅動電路電連接；其中，輸入驅動電路用於增強輸入信號的驅動能力，輸出驅動電路用於增強輸出信號的驅動能力。
3.如權利要求1或2所述的轉置存儲器，其特徵在於，其輸入數據按行順序輸入，輸入數據行的長度是每頁數據的列數，輸入數據的輸入不分頁，數據按行順序連續輸入，每行數據有標誌行起始的行同步信號，轉置存儲器將第一行數據作為第一頁的起始行，根據實際應用中每頁數據的行數自動將數據分頁；輸入數據和同步信號與輸入同步時鐘同步。
4.如權利要求1或2所述的轉置存儲器，其特徵在於，其將輸入數據轉置後按列輸出，輸出每頁數據有頁同步信號表示一頁數據開始，輸出數據每列有列同步信號表示一列數據開始，輸出數據和同步信號均按輸出同步時鐘同步輸出，輸出數據列的長度為兩頁輸入數據的行數。
5.如權利要求1或2所述的轉置存儲器，其特徵在於，所述主存儲器，優先採用SDRAM存儲器，或採用SRAM、DDR SDRAM、DDR-II SDRAM存儲器。
6.如權利要求1或2所述的轉置存儲器，其特徵在於，採用三頁式結構實現輸入輸出的並行流水處理時，三頁式結構有三片主存儲器，控制器向一片存儲器寫數據同時並行地依次從另兩片存儲器中讀出數據，其輸出數據率是輸入數據率的兩倍。
7.如權利要求1或2所述的轉置存儲器，其特徵在於，採用兩頁式結構實現輸入輸出的並行流水處理時，有二片主存儲器，輸出列數據不重疊，而只實現單頁數據的簡單轉置功能。
8.如權利要求1或2所述的轉置存儲器，其特徵在於，所屬的控制模塊、輸入通道切換模塊和輸出通道切換模塊優先採用FPGA實現，或採用CPLD、EPLD、專門定製的ASIC器件實現。
全文摘要
一種合成孔徑雷達實時成像處理轉置存儲器，有2～3片主存儲器，其數據總線與輸入通道切換模塊的輸出以及輸出通道切換模塊的輸入電連接；輸入通道切換模塊與輸入接口電連接，輸出通道切換模塊與輸出接口電連接；一控制模塊，分別與主存儲器、輸入接口、輸出接口電連接；一電源模塊，對轉置存儲器內的各個部分供電；其中，2～3個主存儲器，採用SDRAM分別存儲2～3頁數據；控制模塊、輸入通道切換模塊和輸出通道切換模塊由FPGA實現，控制模塊實現對存儲器的讀寫控制並給主存儲器提供讀寫地址；共同實現對輸入數據的矩陣轉置功能。本發明是一種大容量、高速、輸入輸出並行流水化進行的轉置存儲器系統。
文檔編號G01S13/90GK1877360SQ200510075200
公開日2006年12月13日 申請日期2005年6月10日 優先權日2005年6月10日
發明者李早社, 禹衛東 申請人:中國科學院電子學研究所