机载SAR实时嵌入式成像系统设计研究

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1、机载SAR实时嵌入式成像系统设计研究摘要台成孔径雷达(SymheticApertureRadar)是一种全天候收集地表信息，并利用信号处理操作实现高分辨率成像的工具。它采用脉冲压缩技术获得雷达的距离向(Range)分辨率，采用合成孔径原理提高方位向(Azimuth)的分辨率。合成孔径雷达在自然灾害预测、军事情报侦察、地形地貌测绘、资源考察等方面发挥着重要的作用。机载SAR实时成像系统采用多个嵌入式信号处理器，实时接收处理雷达信号，井实时存储及形成高分辨率图像。它是嵌入式系统在高性能实时计算中的一种典型应用。这类应用要求嵌入式系统采用数据流处理模式，分布异构的体系结构．并

2、具有很高的系统利用率。因此，其系统的设计方法也有别于传统的嵌入式系统和通用大型计算机系统。广—7一～本文通过分析嵌入式系统在高性能实时应用中的特点，从以下三个方面对机载SAR成像系统的设计进行了研究：1)模型分析对嵌入式系统设计具有重要意义，本文提出了一种适合于高性能实时计算应用的数据流图模型——增强处理图模型(EnhancedProcessingGraphModels，EPGM)，并利用该模型从三个方面讨论了系统设计的分析方法。厂(首先，分析系统吞吐量变化的特点，利用模型归纳出三种典型的序列执行模式：滑动窗、数据增益与数据衰减模式；进而，根据嵌入式系统的实时特征，提出

3、三种实时模型，即标准模型、吞吐量固定模型以及端到端延迟固定模型：最后在序列执行模式和实时模型的分析基础上，利用EPGM图提出了一种计算吞吐量与端到端延迟的方法，有效解决了在分布嵌入式环境中如何计算各个子系统设计参数的问题。厂1，一一2)研究了高性能实时计算中嵌入式系统结构的特点，指出传统的系统结构设计缺乏可扩展性，不能适应高性能实时计算对高速i／o与大量数据存储的要求，并提出了一种以数据流为中心的系统结构。，，这种系统结构将少数节点利用高速网络连接起来形成一个大的集合，并以t中科院计算技术研究所博士学位论文总线桥接的方式实现集合之间的互连。它有别于传统的以控制流为中心的

4、设计，具有很高的可扩展性，并易于在各种复杂应用中实现。_卜-、一3)以SAR实时成像为例，从模型分析和系统结构两个方面分析了系统设计方法在实际工程中的应用。f本文采用RD算法设计机载SAR实时成像系统，根据该算法抽象出系统中自g基本功能模块，并利用EPGM图分析得到系统设计中各个功能模块的设计规范。在系统结构的设计中采用了双总线结构。这种将数据流和控制流分开的方式有效提高了系统实时地处理高速数据流的性能。而各个单元的互连则采用扩展共享总线，即利用桥接的方法增加专用数据总线可连接的设备数量。同时，结合SAR成像的特点，将总线桥接和转置板(ComerTurnModule，C

5、TM)所需的大容量存储合并在一个模块中实现，从而简化了设计，有效提高了系统的可扩展性。广一r4)本文研究了T1’C6201芯片存储结构对算法性能的影响．指出在算法设计时合理地组织数据存储空IN可以有效地缩短算法的执行时间。f并以此为依据提出了改进距离多普勒(Range．Doppler，RD)成像算法的方法。、另外，还分析了成像系统中多个芯片并行工作的机制，研究了距离向和方位向处理的并行策略。卜》一5)本文阐述了定点计算在嵌入式环境中的重要作用，指出截尾误差是影响定点运算精度的主要因素。(为了提高机载SAR实时嵌入式成像系统的计算精度，提出了改进移位、增大数据幅值等方法。

6、另外还提出一种自适应移位FFT算法，它能够取得数据精度和执行性能的折衷，并根据TI’C6X的体系结构特点给出该算法执行代码的优化方法。j卜—r一关键词：合成孔径雷达《sAR扩荬时嵌入式系统，增强处理图模型!tEPGM扩7距离多普勒RRD邦算法，快速傅立叶变换；i(FFT)i-。～+j机载SAR实时嵌入式成像系统设计研究StudyonDesignofRealTimeEmbeddedSARImagingSystemAbstractHANJi-Zhong(ComputerArchitecture)Directedby：HANCheng—De(Researcher)Synthe

7、ticApertureRadarrSAR)isallimportanttoolforthecollectionofall—weatherimagedata．Furthermore，thesedatacanbemadeatextremelyhighresolutionbysignalprocessing．TheSARachievesthehi吐resolutionofradarimagebythetechnologyofpulse·compressioninrangeandbytheprincipleofsyntheticaperturei