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摘要：调频连续波（FMCW）合成孔径雷达（SAR）是一种新体制成像雷达，具有体积小，重量轻，成本低，分辨率高等显著优势，应用广泛。由于SAR成像信号处理的数据量大、算法复杂、实时性要求高，导致传统的单核DSP+FPGA的平台架构已很难满足实时处理要求，目前基于多核DSP的并行SAR成像处理平台成为重要发展趋势。本文在对距离-多普勒（RD，Range-Doppler）SAR成像算法理论分析的基础上，设计了基于多核DSP通用信号处理平台的FMCW SAR实时信号处理方案。通过基于设计数据处理软件架构和存储矩阵转置的方式验证了基于多核DSP的实时信号处理方案的可行性，能有效提升实时处理性能和算法运算效率。
关键词：SAR 成像；TMS320C6678多核处理器；RD算法；并行处理
中图分类号：TP391.4 文献标识码：A
引言
合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar）一種全天时、全天候高分辨率微波遥感成像雷达[1]，随着其技术的飞速发展，在区域监视、军事侦察、环境和灾害监视、地形测绘等领域都发挥重要的作用和广泛的用途。传统的SAR基于脉冲体制，非常昂贵，通常太重或体积较大，不易安装在小型化设备如无人机、轻型飞机和导弹上[2]，对微型SAR提出迫切的需求，于是基于调频连续波技术的SAR应运而生。与传统的脉冲SAR相比，FMCW SAR在实现设备的轻小型化、实时高分辨率成像、与光电设备综合集成、提高系统的低截获概率特性等方面具备相当的优势，适合应用在无人机等中小型飞行平台上，因此，FMCW SAR备受重视，成为SAR技术的一个重要发展方向。1988年，英国伦敦大学首先提出FMCW SAR的概念，1991年，日本利用FMCW SAR实现积雪场掩埋物的探测[3]-[5]。1997年，英国伦敦大学将FMCW SAR应用于海洋内波成像的MORSE计划[6]。2004年，美国Brigham Young大学的微波地球遥感实验室（BYU-MERS）成功研制了一种小型化、结构简单、低功耗、低成本的X波段和C波段FMCW SAR系统—μSAR/MicroSAR[7]。国内适用于海军无人机侦察的雷达尚未开展研制，对于中程无人机SAR的轻型化设计尚处于起步阶段。
RD算法处理流程很适合实时成像处理机的实现，成为机载正侧视SAR中最为通用的成像算法。TI公司推出的多核DSP TMS320C6678芯片，相比较传统单核DSP，具有更强的处理运算能力。基于硬件平台构建层次化软件开发平台以及多核任务调度，实现多层次高效并行处理是提高SAR数据实时处理能力的有效途径。
1 RD成像算法
RD算法把SAR成像等效为两个互不耦合的一维压缩过程，即通过距离向压缩，获得距离向高分辨率；通过距离多普勒域插值，实现距离向与方位向解耦合，校正距离徙动；通过方位向压缩，获得方位向高分辨率。
第一个时间片，核1读取0～1行的数据，核2读取1365～1366行的数据，依此，核6读取7325～7326行的数据。第二个时间片，核1读取2～3行的数据，同时对0～1行的数据进行算法处理，核2取1367～1368行数据，对1365-1366行数据进行处理，依此，核6取7327～7328行的数据，对7325～7326行数据进行处理，处理完成后回写数据进行缓存，之后重复之前的操作。其中每个时间片的取数操作均由EDMA完成，由于DDR3总线冲突，因此需要使用旗语信号管理EDMA对DDR3总线的占用。
各个单核处理采用PING-PONG处理，在内存L2空间定义Ping区（数据处理缓存A区）和Pong区（数据处理缓存B区），如图7所示，当核发起EDMA读操作后，不等待EDMA读完成，即开始处理数据，目的是EDMA读取和处理并行，提高处理效率。
根据存储器的结构特点，对同页存储空间内的数据顺序或跳变访问可以达到非常高的读写速率，每次跨页读写都需要一定的周期数激活当前存储页。如果将SAR数据按距离向顺序写入存储器，那么距离向读写可以达到峰值速度，而方位向将跨越大量存储页，读写速率大幅降低，从而导致实时性的下降。因此数据处理过程中需具备快速实现大数据量矩阵转置的能力，既要满足二维数据读写速度的要求，又要节约存储空间。
3 结束语
FMCW SAR成像算法对运算量和处理能力要求越来越高，传统的解决方案已不能满足要求。本文从算法分析、硬件平台设计和软件实现三个方面论述了FMCW SAR成像的多核DSP并行实现，同时采用PING-PONG机制，并结合算法设计了数据处理软件架构，提出一种存储矩阵转置方案，可大幅度提升处理速率，为解决SAR成像实时处理的瓶颈提供了一种可行的方案。
参考文献
[1]袁孝康，空间微波成像雷达的发展现状与未来. 空间电子技术，2004.
[2]耿淑敏，皇甫堪. FMCW SAR 系统及其发展概况[J]. 电子对抗，2007，3，（3）：39-44
[3]Yamaguchi Y，Mitsumoto M，Kaw akami A，et al. Detection of Objects by Sy nthetic Apertur e FM-CW Radar [ J] . Trans IEICE of Japan，1991：413～ 420
[4]Yamaguchi Y，Mitsumoto M，Sengoku M. Sy nt heticaper ture FM-CW radar applied to the detection of objects buried in snow pack [ J] . Geoscience and Remote Sensing，1994：11～ 18
[5]Yoshio Yamaguchi，To shifumi Mor iyama. Po lar imetricdetectio n o f objects bur ied in snow pack by a syntheticaper ture FM-CW radar Geoscience and Remote Sensing，1996：45～ 51
[6]G. Connan，H. D. Griffiths，P. V. Brennan. FMCW SAR development for internal wave imaging [C] . in MTS/IEEE OCEANS 97 Conference，Halifax 1997：73～ 78.
[7]E. C. Zaug g，D. L. H udson，D. G. Long . The BYU：A Small，Student Build SAR for U AV Operat ion[C] .IGARSS 2006：411～ 413
作者简介：1.夏烨巍（1986-）男，中国电子科技集团公司第54研究所，工程师，从事高速信号处理研究和设计。
2.秘璐然（1990-），女，中国电子科技集团公司第54研究所，工程师，从事高速数字电路研究和设计。
（作者单位：中国电子科技集团公司第五十四所）
关键词：SAR 成像；TMS320C6678多核处理器；RD算法；并行处理
中图分类号：TP391.4 文献标识码：A
引言
合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar）一種全天时、全天候高分辨率微波遥感成像雷达[1]，随着其技术的飞速发展，在区域监视、军事侦察、环境和灾害监视、地形测绘等领域都发挥重要的作用和广泛的用途。传统的SAR基于脉冲体制，非常昂贵，通常太重或体积较大，不易安装在小型化设备如无人机、轻型飞机和导弹上[2]，对微型SAR提出迫切的需求，于是基于调频连续波技术的SAR应运而生。与传统的脉冲SAR相比，FMCW SAR在实现设备的轻小型化、实时高分辨率成像、与光电设备综合集成、提高系统的低截获概率特性等方面具备相当的优势，适合应用在无人机等中小型飞行平台上，因此，FMCW SAR备受重视，成为SAR技术的一个重要发展方向。1988年，英国伦敦大学首先提出FMCW SAR的概念，1991年，日本利用FMCW SAR实现积雪场掩埋物的探测[3]-[5]。1997年，英国伦敦大学将FMCW SAR应用于海洋内波成像的MORSE计划[6]。2004年，美国Brigham Young大学的微波地球遥感实验室（BYU-MERS）成功研制了一种小型化、结构简单、低功耗、低成本的X波段和C波段FMCW SAR系统—μSAR/MicroSAR[7]。国内适用于海军无人机侦察的雷达尚未开展研制，对于中程无人机SAR的轻型化设计尚处于起步阶段。
RD算法处理流程很适合实时成像处理机的实现，成为机载正侧视SAR中最为通用的成像算法。TI公司推出的多核DSP TMS320C6678芯片，相比较传统单核DSP，具有更强的处理运算能力。基于硬件平台构建层次化软件开发平台以及多核任务调度，实现多层次高效并行处理是提高SAR数据实时处理能力的有效途径。
1 RD成像算法
RD算法把SAR成像等效为两个互不耦合的一维压缩过程，即通过距离向压缩，获得距离向高分辨率；通过距离多普勒域插值，实现距离向与方位向解耦合，校正距离徙动；通过方位向压缩，获得方位向高分辨率。
第一个时间片，核1读取0～1行的数据，核2读取1365～1366行的数据，依此，核6读取7325～7326行的数据。第二个时间片，核1读取2～3行的数据，同时对0～1行的数据进行算法处理，核2取1367～1368行数据，对1365-1366行数据进行处理，依此，核6取7327～7328行的数据，对7325～7326行数据进行处理，处理完成后回写数据进行缓存，之后重复之前的操作。其中每个时间片的取数操作均由EDMA完成，由于DDR3总线冲突，因此需要使用旗语信号管理EDMA对DDR3总线的占用。
各个单核处理采用PING-PONG处理，在内存L2空间定义Ping区（数据处理缓存A区）和Pong区（数据处理缓存B区），如图7所示，当核发起EDMA读操作后，不等待EDMA读完成，即开始处理数据，目的是EDMA读取和处理并行，提高处理效率。
根据存储器的结构特点，对同页存储空间内的数据顺序或跳变访问可以达到非常高的读写速率，每次跨页读写都需要一定的周期数激活当前存储页。如果将SAR数据按距离向顺序写入存储器，那么距离向读写可以达到峰值速度，而方位向将跨越大量存储页，读写速率大幅降低，从而导致实时性的下降。因此数据处理过程中需具备快速实现大数据量矩阵转置的能力，既要满足二维数据读写速度的要求，又要节约存储空间。
3 结束语
FMCW SAR成像算法对运算量和处理能力要求越来越高，传统的解决方案已不能满足要求。本文从算法分析、硬件平台设计和软件实现三个方面论述了FMCW SAR成像的多核DSP并行实现，同时采用PING-PONG机制，并结合算法设计了数据处理软件架构，提出一种存储矩阵转置方案，可大幅度提升处理速率，为解决SAR成像实时处理的瓶颈提供了一种可行的方案。
参考文献
[1]袁孝康，空间微波成像雷达的发展现状与未来. 空间电子技术，2004.
[2]耿淑敏，皇甫堪. FMCW SAR 系统及其发展概况[J]. 电子对抗，2007，3，（3）：39-44
[3]Yamaguchi Y，Mitsumoto M，Kaw akami A，et al. Detection of Objects by Sy nthetic Apertur e FM-CW Radar [ J] . Trans IEICE of Japan，1991：413～ 420
[4]Yamaguchi Y，Mitsumoto M，Sengoku M. Sy nt heticaper ture FM-CW radar applied to the detection of objects buried in snow pack [ J] . Geoscience and Remote Sensing，1994：11～ 18
[5]Yoshio Yamaguchi，To shifumi Mor iyama. Po lar imetricdetectio n o f objects bur ied in snow pack by a syntheticaper ture FM-CW radar Geoscience and Remote Sensing，1996：45～ 51
[6]G. Connan，H. D. Griffiths，P. V. Brennan. FMCW SAR development for internal wave imaging [C] . in MTS/IEEE OCEANS 97 Conference，Halifax 1997：73～ 78.
[7]E. C. Zaug g，D. L. H udson，D. G. Long . The BYU：A Small，Student Build SAR for U AV Operat ion[C] .IGARSS 2006：411～ 413
作者简介：1.夏烨巍（1986-）男，中国电子科技集团公司第54研究所，工程师，从事高速信号处理研究和设计。
2.秘璐然（1990-），女，中国电子科技集团公司第54研究所，工程师，从事高速数字电路研究和设计。
（作者单位：中国电子科技集团公司第五十四所）