專利名稱：星載sar原始數(shù)據(jù)壓縮的方位向流水處理方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于星載SAR原始數(shù)據(jù)壓縮領(lǐng)域，涉及一種方位向流水 處理方法和裝置，它適用于所有基于分塊處理的原始數(shù)據(jù)壓縮算法。 其主要目的是保證星載SAR原始數(shù)據(jù)壓縮算法中方位向各個分塊數(shù) 據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差估計的穩(wěn)健性，從而保證壓縮算法的壓縮性能。
背景技術(shù)：
星載SAR原始數(shù)據(jù)壓縮是解決星載SAR獲取的大數(shù)據(jù)量與星上 數(shù)據(jù)傳輸帶寬難以匹配問題的有效途徑。目前，盡管星上壓縮算法種 類繁多，但折衷考慮壓縮算法的性能與其硬件實現(xiàn)的復(fù)雜性，能夠?qū)?用的只有BAQ (Block Adaptive Quantization)及BFPQ (Block Floating Point Quantization)。前者是針對定點數(shù)的時域壓縮算法，后者是針對 浮點數(shù)的時域壓縮算法。以上兩種算法硬件實現(xiàn)時，均需要對回波數(shù) 據(jù)分塊處理。其中，方位向流水處理采用塊間遞推的方式，即應(yīng)用前 一分塊的標(biāo)準(zhǔn)差歸一化后一分塊數(shù)據(jù)。其中，為了簡化塊內(nèi)數(shù)據(jù)的標(biāo) 準(zhǔn)差求解過程，可采用求解塊內(nèi)數(shù)據(jù)的幅度均值，然后非線性映射為 標(biāo)準(zhǔn)差的方法，映射曲線如圖l所示。具體實現(xiàn)時，由于塊內(nèi)數(shù)據(jù)的 幅度均值與標(biāo)準(zhǔn)差存在一一映射關(guān)系，因此僅需要求解塊內(nèi)數(shù)據(jù)的幅 度均值即可，標(biāo)準(zhǔn)差的映射過程隱含于編碼表內(nèi)，即以塊內(nèi)數(shù)據(jù)的幅 度均值為地址査找編碼表來實現(xiàn)量化與編碼，而不必再單獨計算標(biāo)準(zhǔn) 差。塊內(nèi)信號幅度均值與信號標(biāo)準(zhǔn)差非線性映射關(guān)系如公式(1)所示，<formula>formula see original document page 4</formula> 其中，er/(x^了fexp(-一)^ 。
^為ADC輸入信號標(biāo)準(zhǔn)差。方位向遞推方式流水處理的原理請參考圖2所示。為了說明方 便，以方位向分塊尺寸為3個脈沖為例。如圖2所示，分別求取各個 子塊內(nèi)數(shù)據(jù)的幅度均值。，6,c^…，然后將"作為第二個子塊的幅度均 值估計，6作為第三個子塊的幅度均值估計，并以此順序遞推處理。如前所述，方位向遞推方式流水處理雖然實現(xiàn)簡便，但是當(dāng)方位 向分塊尺寸較大或者塊間統(tǒng)計平穩(wěn)性較差時，該方法估計性能明顯下 降，從而導(dǎo)致壓縮算法性能下降。發(fā)明內(nèi)容為了克服方位向遞推方式流水處理在方位向分塊尺寸較大或者 塊間統(tǒng)計平穩(wěn)性較差時估計性能的不足，本發(fā)明提供一種星載SAR 原始數(shù)據(jù)壓縮的基于方位向滑動窗方式的流水處理方法和裝置。本發(fā)明方法針對塊間平穩(wěn)性較差的數(shù)據(jù)以及方位向分塊尺寸較 大時的情況，均比方位向遞推處理具有更好的估計性能。下面敘述本發(fā)明解決問題的技術(shù)方案， 一方面，本發(fā)明提供星載 SAR原始數(shù)據(jù)壓縮的一種方位向流水處理方法步驟包括如下步驟l:對采樣數(shù)據(jù)絕對值進行距離向和方位向分塊累加，以求 取分塊采樣數(shù)據(jù)幅度均值；步驟2:將分塊采樣數(shù)據(jù)絕對值與幅度均值構(gòu)成地址；步驟3:用地址查找量化編碼表，輸出量化編碼結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的距離向累加為脈沖重復(fù)周期內(nèi)累 加，即累加數(shù)據(jù)均來自于同一脈沖回波的采集數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的方位向累加為脈沖重復(fù)周期間的累 加，即累加多條距離向的數(shù)據(jù)，累加采用滑動窗方式，即不更新全部 脈沖采樣，保留部分舊數(shù)據(jù)參與統(tǒng)計。第二方面，本發(fā)明提供星載SAR原始數(shù)據(jù)壓縮的一種方位向流水處理裝置，包括一個以分塊采樣數(shù)據(jù)為輸入端的數(shù)據(jù)分配器；
一個對數(shù)據(jù)分配器輸出進行距離向和方位向累加的累加器陣列；一個將累加器陣列累加結(jié)果選擇輸出的數(shù)據(jù)選擇器；一個對數(shù)據(jù)選擇器輸出的分塊幅度均值進行緩存的數(shù)據(jù)鎖存器；一個將采樣數(shù)據(jù)絕對值與數(shù)據(jù)鎖存器輸出的分塊幅度均值進行地址形成的地址形成器；一個存放在RAM中的量化編碼表，輸出量化編碼結(jié)果。 根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的距離向和方位向累加器陣列，由若干個距離向和方位向累加器單元組成，累加器單元數(shù)由距離向分塊個數(shù)決定。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的方位向累加器單元，是通過構(gòu)造一 個滑動寄存器組來實現(xiàn)距離向累加值在方位向上流水處理。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的滑動寄存器組的操作包括滑動操 作和累加操作。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的滑動操作，在啟動滑動寄存器組即 響應(yīng)觸發(fā)時鐘時，其中第一個滑動寄存器讀入新的距離向累加值，后 一個滑動寄存器讀取前一個滑動寄存器的累加值，且最后一個滑動寄 存器的累加值直接棧出被覆蓋。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的累加操作，對滑動寄存器組內(nèi)各寄 存器的累加值進行累加，其和即為分塊數(shù)據(jù)的幅度均值。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的數(shù)據(jù)分配器和數(shù)據(jù)選擇器均以計數(shù) 器為控制信號。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述的量化編碼表，是以Lloyd-Max量化 器的門限電平與量化電平為依據(jù)設(shè)計的。本發(fā)明積極效果本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是方位向通過構(gòu)造一個類似于移位寄存器的滑動寄存器組，并結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)如距離向累加、量化編碼表査詢，來實現(xiàn)基于滑動窗的流水處 理。本發(fā)明克服了方位向遞推方式流水處理應(yīng)用范圍的局限性，使得 壓縮算法在不同情況下均具有較好的壓縮性能。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)信號幅度均值與標(biāo)準(zhǔn)差的非線性映射曲線。圖2是現(xiàn)有技術(shù)方位向遞推累加方式原理。圖3是本發(fā)明方位向滑動窗方式流水處理原理。圖4是本發(fā)明方位向滑動窗累加方式原理。圖5是本發(fā)明實現(xiàn)方位滑動窗流水處理裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖6是本發(fā)明的方位滑動窗累加單元結(jié)構(gòu)圖。圖7是本發(fā)明方位滑動窗累加單元的信號仿真圖。
具體實施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明加以詳細(xì)說明，應(yīng)指出的是，所描述的 實施例僅旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。方位向滑動窗方式流水處理原理如圖3所示，首先求取分塊采樣 數(shù)據(jù)均值，然后用分塊采樣數(shù)據(jù)絕對值與分塊數(shù)據(jù)均值構(gòu)成查詢量化 編碼表的地址碼，最后應(yīng)用該地址碼查詢量化編碼表，將量化編碼結(jié) 果輸出。其中，所述的距離向累加為脈沖重復(fù)周期內(nèi)累加，即累加數(shù)據(jù)均 來自于同一脈沖回波的釆集數(shù)據(jù)。方位向采用滑動窗處理，其思想是 保留部分原有數(shù)據(jù)參與統(tǒng)計，每次僅更新部分?jǐn)?shù)據(jù)。假設(shè)方位向滑動窗口尺寸為m個脈沖，每次更新脈沖數(shù)為w。以方位向每次更新一條距離線回波為例，如圖4所示，假設(shè)方位向窗口尺寸為3個脈沖，第 一至第四個子塊的數(shù)據(jù)幅度均值分別為。Ac^。則其差別在于統(tǒng)計時 僅更新一條距離線回波，而保留m-a^2個回波參與統(tǒng)計。當(dāng)方位向 分塊尺寸增加時，由于每次更新的數(shù)據(jù)占分塊內(nèi)總數(shù)據(jù)的百分比減 小，因此仍能取得良好的估計性能。綜上所述，即使方位向統(tǒng)計平穩(wěn) 性較差或者方位分塊尺寸較大時，滑動窗處理方式仍能取得比遞推處 理方式更好的估計性能。具體方位向流水處理的裝置如圖5所示，信號幅度均值的求解是 通過在FPGA中構(gòu)造累加器陣列A來實現(xiàn)。所述的距離向和方位向 累加器陣列A，由若干個距離向和方位向累加器單元組成，累加器單
元數(shù)由距離向分塊個數(shù)決定；如圖5所示，累加器陣列的工作原理為假設(shè)信號為8bitADC采樣，SAR回波的距離向采樣點數(shù)為Wf，分 塊大小為WxiV。(距離向乂，方位向w。)。將去直流后的7位數(shù)據(jù)經(jīng)w 路數(shù)據(jù)分配器依次送w個距離累加器進行累加，數(shù)據(jù)分配器的控制端 由計數(shù)器Count控制，以A^64為實施例，當(dāng)Count為"000000"時， 數(shù)據(jù)DATA[6:0]送入第1個距離向累加器累加，而距離向累加器2 64的輸入端均為0;當(dāng)Count為"000010"時，數(shù)據(jù)DATA[6:0]送入第 3個距離向累加器累加，而距離向累加器1、 2以及4 64的輸入端 均為0，依此類推。距離向累加為雷達(dá)脈沖重復(fù)周期內(nèi)累加。在一個 脈沖重復(fù)周期內(nèi)，v個距離向累加器均完成ix乂的累加操作，以^=64 為實施例，此時每個距離向累加器的數(shù)據(jù)寬度為7+6=13，其中7為 去直流后的7位數(shù)據(jù)，6為距離向分塊數(shù)據(jù)寬度。累加完成后需要再 經(jīng)過方位向累加完成分塊數(shù)據(jù)完整的累加過程，方位向累加為雷達(dá)脈 沖重復(fù)周期間累加，具體的處理方式采用本發(fā)明所述的滑動窗方式， 滑動窗累加器結(jié)構(gòu)及工作原理將在圖6中詳述。當(dāng)連續(xù)w。個脈沖重復(fù) 周期結(jié)束時，以^=64為實施例，方位累加器輸出數(shù)據(jù)寬度為 13+6=19，其中6為方位向分塊數(shù)據(jù)寬度。累加完畢后，根據(jù)系統(tǒng)需 要，可取不同位數(shù)的高位累加值即分塊數(shù)據(jù)幅度均值進行鎖存，并經(jīng) 數(shù)據(jù)選擇器選擇輸出。數(shù)據(jù)選擇器以計數(shù)器為控制信號。以取高8位 累加值為例，8位累加值結(jié)合7位數(shù)據(jù)構(gòu)成15位查表地址。用15位 地址碼査詢?nèi)萘繛?'、32kbit的量化編碼表，量化編碼表存儲的內(nèi)容 為數(shù)據(jù)符號位與量化碼字拼成的編碼碼字。以3bit量化為實施例，數(shù) 據(jù)符號位為1位，量化碼字為2位，最終的編碼碼字為3位。應(yīng)用 15位地址碼查詢32 kbit編碼表將得到3位編碼，將該編碼打包傳輸， 供解碼處理使用。量化編碼表的設(shè)計依據(jù)是，首先約定分塊數(shù)據(jù)幅度 均值與去符號位后采樣數(shù)據(jù)的高、低位順序即確定查表地址的高、低 位順序，其次設(shè)計碼表容量即選擇分塊數(shù)據(jù)幅度均值碼位數(shù)和去符號 位后采樣數(shù)據(jù)的位數(shù)，最后以約定的高、低位地址順序，對去符號位 后的采樣數(shù)據(jù)按照分塊數(shù)據(jù)幅度均值所映射的標(biāo)準(zhǔn)差歸一化，并應(yīng)用 Lloyd-Max門限電平與量化電平進行非均勻標(biāo)量量化。量化結(jié)果進行
約定的2bit編碼，編碼結(jié)果即為量化碼字，約定的編碼方式為解碼提供依據(jù)。以3bit量化為實施例的Lloyd-Max門限電平與量化電平及量 化編碼如表一所示。門限電平0.00000.50061.05001.7480量化電平0.24510,75601.34402.1520量化編碼00011011表一以分塊數(shù)據(jù)幅度均值40，采樣數(shù)據(jù)為120為實施例，可以設(shè)計 其所在地址存放的量化編碼為111;具體步驟如下分塊數(shù)據(jù)幅度40按照附圖1所述的映射關(guān)系曲線，映射為標(biāo)準(zhǔn) 差51.654。對120應(yīng)用51.654歸一化為120/51.654=2.3232，如表一， 由于2.3232大于門限電平1.748，因此其量化電平為2.152，編碼為 11，將120的符號位1置于編碼結(jié)果的高位可得最終編碼為111。以分塊數(shù)據(jù)幅度均值為高地址，以去符號位后的采樣數(shù)據(jù)為低地 址存放上述編碼的具體過程如下，假設(shè)查詢量化編碼表的地址為15 位，即分塊數(shù)據(jù)幅度均值為8位，去符號位后的采樣數(shù)據(jù)為7位。則 分塊數(shù)據(jù)幅度均值40對應(yīng)的地址為00101000，采樣數(shù)據(jù)120的二進 制碼為11110000，去掉符號位后為1110000。顯然，對于分塊數(shù)據(jù)幅 度均值為40同時采樣數(shù)據(jù)為120，其完整15位査詢地址為 001010001110000，該地址存放的量化編碼為111。對所有可能取值的去符號位采樣數(shù)據(jù)與分塊數(shù)據(jù)幅度均值進行 如上述實施例的量化編碼計算，最終可以得到完整的量化編碼表。量 化編碼表的設(shè)計過程和采樣數(shù)據(jù)量化編碼過程相類似，對于采樣數(shù)據(jù) 量化編碼過程，仍以分塊數(shù)據(jù)幅度均值40，采樣數(shù)據(jù)為120為實施 例。如上所述，它們的編碼結(jié)果均為111。顯然，對于分塊數(shù)據(jù)幅度 均值為40同時采樣數(shù)據(jù)為120，其完整15位查詢地址為 001010001110000，應(yīng)用該地址查詢量化編碼的結(jié)果為111。具體實現(xiàn)方位向滑動窗流水處理的方式如圖6所示對于每個滑 動窗累加模塊，首先進行獨立距離向乂個數(shù)據(jù)累加。距離向累加值在 方位向上滑動則通過方位向累加器單元實現(xiàn)，即是構(gòu)造一個類似于移 位寄存器的滑動寄存器組來實現(xiàn)距離向累加值在方位向上流水處理， 每組需要W。個滑動寄存器?？紤]到硬件實現(xiàn)的簡便性，通常A^設(shè)為 2n (nd)。以^=4為例，滑動操作是滑動寄存器組在每個觸發(fā)時鐘 響應(yīng)后，第一個滑動寄存器讀入新的方位向累加和，后一個滑動寄存 器都讀取前一個寄存器的累加值。不同于移位寄存器的是，最后一個 滑動寄存器值直接被覆蓋，不再反饋給第一個寄存器。通過這樣堆棧 式的棧入和棧出，實現(xiàn)累加輸入值在方位向的滑動。方位向累加采用 流水線操作方式，對滑動寄存器值做樹型成對累加。累加操作，對滑 動寄存器組內(nèi)各寄存器的累加值進行累加，其和即為分塊數(shù)據(jù)的幅度均值。即如圖中所示，先分別累加滑動寄存器Z1、 Z2和Z3、 Z4，之 后再累加其輸出和Z5、 Z6，得到分塊累加和，該分塊累加和即為分 塊數(shù)據(jù)幅度均值。這種流水線操作可以減小加法器的構(gòu)造復(fù)雜度，降 低累加延時，有效地提高系統(tǒng)的工作頻率。圖7為ModelSim軟件仿真的應(yīng)用FPGA實現(xiàn)方位向滑動窗處理 算法中第一個滑動窗累加模塊的信號仿真圖。其中，slip—sum一l為距 離向累加和，D為累加和的傳遞值，slip—start為滑動觸發(fā)信號，acc—slip 為加法器累加觸發(fā)信號，smn為分塊累加和。在滑動觸發(fā)信號觸發(fā)時， 滑動寄存器Z4、 Z3、 Z2依次讀取前一個寄存器的累加值，而Z1讀 入新的累加值D。加法器累加觸發(fā)信號相對于滑動觸發(fā)信號有幾個時 鐘的延遲。當(dāng)它觸發(fā)時，Z5累力卩Zl禾Q Z2; Z6累力卩Z3禾口Z4; sum 累力BZ5禾BZ6，輸出分塊累加和。以上所述所用到的實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制， 凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)進行的相關(guān)修改均仍屬于本發(fā)明方案的 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 星載SAR原始數(shù)據(jù)壓縮的方位向流水處理方法，其特征在于，包括步驟如下步驟1對采樣數(shù)據(jù)絕對值進行距離向和方位向分塊累加，以求取分塊采樣數(shù)據(jù)幅度均值；步驟2將分塊采樣數(shù)據(jù)絕對值與幅度均值構(gòu)成地址；步驟3用地址查找量化編碼表，輸出量化編碼結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1方位向流水處理方法，其特征在于，所述的距離向累加為脈沖重復(fù)周期內(nèi)累加，即累加數(shù)據(jù)均來自于同一脈沖回波 的采集數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1方位向流水處理方法，其特征在于，所述的方位向累加為脈沖重復(fù)周期間的累加，即累加多條距離向的數(shù)據(jù)，累加 采用滑動窗方式，即不更新全部脈沖采樣，保留部分舊數(shù)據(jù)參與統(tǒng)計。
4. 星載SAR原始數(shù)據(jù)壓縮的方位向流水處理裝置，其特征在于，包括一個以分塊采樣數(shù)據(jù)為輸入端的數(shù)據(jù)分配器； 一個對數(shù)據(jù)分配器輸出進行距離向和方位向累加的累加器陣列； 一個將累加器陣列累加結(jié)果選擇輸出的數(shù)據(jù)選擇器； 一個對數(shù)據(jù)選擇器輸出的分塊幅度均值進行緩存的數(shù)據(jù)鎖存器； 一個將采樣數(shù)據(jù)絕對值與數(shù)據(jù)鎖存器輸出的分塊幅度均值進行 地址形成的地址形成器；一個存放在RAM中的量化編碼表，輸出量化編碼結(jié)果。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方位向流水處理裝置，其特征在于所 述的距離向和方位向累加器陣列，由若干個距離向和方位向累加器單 元組成，累加器單元數(shù)由距離向分塊個數(shù)決定。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方位向流水處理裝置，其特征在于 所述的方位向累加器單元，是通過構(gòu)造一個滑動寄存器組來實現(xiàn)距離 向累加值在方位向上流水處理。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方位向流水處理裝置，其特征在于， 所述的滑動寄存器組的操作包括滑動操作和累加操作。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方位向流水處理裝置，其特征在于 所述的滑動操作，在啟動滑動寄存器組即響應(yīng)觸發(fā)時鐘時，其中第一 個滑動寄存器讀入新的距離向累加值，后一個滑動寄存器讀取前一個 滑動寄存器的累加值，且最后一個滑動寄存器的累加值直接棧出被覆。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方位向流水處理裝置，其特征在于 所述的累加操作，對滑動寄存器組內(nèi)各寄存器的累加值進行累加，其 和即為分塊數(shù)據(jù)的幅度均值。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方位向流水處理裝置，其特征在于所 述的數(shù)據(jù)分配器和數(shù)據(jù)選擇器均以計數(shù)器為控制信號。
11. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方位向流水處理裝置，其特征在于所述的量化編碼表，是以Lloyd-Max量化器的門限電平與量化電平為 依據(jù)設(shè)計的。
全文摘要
本發(fā)明星載SAR原始數(shù)據(jù)壓縮的方位向流水處理方法及裝置，方法包括對采樣數(shù)據(jù)絕對值進行距離向和方位向分塊累加，以求取分塊采樣數(shù)據(jù)幅度均值；將分塊采樣數(shù)據(jù)絕對值與幅度均值構(gòu)成地址；用地址查找量化編碼表，輸出量化編碼結(jié)果。裝置包括以分塊采樣數(shù)據(jù)為輸入端的數(shù)據(jù)分配器；對數(shù)據(jù)分配器輸出進行距離向和方位向累加的累加器陣列；將累加器陣列累加結(jié)果選擇輸出的數(shù)據(jù)選擇器；對數(shù)據(jù)選擇器輸出的分塊幅度均值進行緩存的數(shù)據(jù)鎖存器；將采樣數(shù)據(jù)絕對值與數(shù)據(jù)鎖存器輸出的分塊幅度均值形成地址形成器，量化并輸出量化編碼結(jié)果。本發(fā)明克服方位向遞推方式流水處理應(yīng)用范圍的局限性，使得壓縮算法在不同情況下均具有較好的壓縮性能。
文檔編號G01S7/02GK101398486SQ20071012247
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月26日
發(fā)明者祁海明, 禹衛(wèi)東, 曦 陳 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所