趙文達(dá)，韓 松

(1.中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院，北京 100094；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3.中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所，北京 100190)

1 引言

合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一種全天時(shí)、全天候的主動(dòng)式微波遙感成像雷達(dá)，與傳統(tǒng)光學(xué)成像技術(shù)相比具有穿透云、霧、雨的能力以及不依賴光源等優(yōu)點(diǎn)，在地形圖像生成，目標(biāo)檢測(cè)識(shí)別與分類等領(lǐng)域用途廣泛[2]。在實(shí)驗(yàn)室條件下為了優(yōu)化機(jī)載合成孔徑雷達(dá)的設(shè)計(jì)步驟、降低硬件設(shè)計(jì)成本、簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，通常是模擬機(jī)載合成孔徑雷達(dá)真實(shí)的工作環(huán)境，將仿真器與待測(cè)雷達(dá)組成一個(gè)完整的環(huán)路，利用半實(shí)物仿真測(cè)試(Hardware-In-Loop Simulation，HILS)的方法來(lái)驗(yàn)證成像雷達(dá)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

針對(duì)機(jī)載合成孔徑雷達(dá)的仿真，文獻(xiàn)[1]對(duì)SAR回波信號(hào)仿真的電磁散射理論與計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了原理性闡述。文獻(xiàn)[4]對(duì)比分析了目前若干成熟的回波仿真算法，比較典型的有距離時(shí)域脈沖相干方法(Range-Time Pulse Coherence，RTPC)，距離頻域脈沖相干方法(Range-Frequency Pulse Coherence，RFPC)以及二維快速傅里葉變換方法(Two-Dimension Fast Fourier Transform，2D-FFT)。

關(guān)于回波仿真算法實(shí)現(xiàn)的硬件平臺(tái)，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)通過(guò)硬件描述語(yǔ)言綜合生成相應(yīng)的寄存器級(jí)電路，可快速重配置于需要并行處理與硬件加速的應(yīng)用。文獻(xiàn)[3]提出了一種高層次綜合的方法，將FPGA的硬件加速應(yīng)用到SAR回波仿真。ARM(Advanced RISC Machine)是運(yùn)行精簡(jiǎn)指令集的微控制器芯片，通常作為嵌入式微處理器應(yīng)用于便攜式設(shè)備中并提供軟核與硬核解決方案。本文算法落地平臺(tái)采用賽靈思推出ZYNQ異構(gòu)SoC FPGA芯片，結(jié)合了兩種集成電路的優(yōu)勢(shì)，并且通過(guò)基于AMBA協(xié)議的AXI總線實(shí)現(xiàn)PS-PL(Process System-Programmable Logic)之間的高效互聯(lián)。

針對(duì)上述回波仿真算法與硬件實(shí)現(xiàn)中存在的軟件與數(shù)字信號(hào)處理銜接實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題，本文從高性能回波仿真算法實(shí)現(xiàn)以及時(shí)域和頻域仿真技術(shù)兩方面進(jìn)行研究，彌補(bǔ)SAR實(shí)時(shí)回波仿真器研制中的不足。基于以上分析，本文的設(shè)計(jì)針對(duì)實(shí)際機(jī)載合成孔徑雷達(dá)的仿真需求，在對(duì)多種回波仿真算法深入研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合ZYNQ異構(gòu)平臺(tái)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)具有較高工作效率的回波仿真器，并得到回波仿真器的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后對(duì)機(jī)載SAR回波仿真器地實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了進(jìn)一步的分析與論證。

2 回波仿真算法

2.1 回波仿真算法與優(yōu)化

合成孔徑雷達(dá)通過(guò)載荷平臺(tái)與目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)目標(biāo)區(qū)域的掃描，沿方位向接收目標(biāo)反射的回波信號(hào)，由后端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及處理，成像處理器通過(guò)對(duì)距離向脈沖壓縮和方位向匹配濾波二維處理以及距離徙動(dòng)校正后可以獲得高分辨率圖像[1]。

合成孔徑雷達(dá)接收與發(fā)送信號(hào)均為線性調(diào)頻信號(hào)，所接收信號(hào)可表示為

(1)

其中，A0為表示幅度調(diào)制的復(fù)常量，x表示距離向位置，y表示方位向位置，yc為波束中心偏離位置，f0為雷達(dá)中心頻率，Kr為距離向線性調(diào)頻率，R表示雷達(dá)與目標(biāo)之間的斜距，wr與wa分別表示距離向與方位向的包絡(luò)。由式(1)可以看出，SAR回波信號(hào)仿真中有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一是方位向回波信號(hào)要保持滿足多普勒相位函數(shù)的相參關(guān)系，二是由于距離徙動(dòng)導(dǎo)致方位向回波信號(hào)要沿距離向發(fā)生偏移。由此所對(duì)應(yīng)的即是合成孔徑雷達(dá)仿真技術(shù)的頻域仿真與時(shí)域仿真。

從算法流程層面上分析，RTPC算法符合真實(shí)合成孔徑雷達(dá)的工作方式，RFPC算法從一維頻域的角度對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行疊加，但二者實(shí)現(xiàn)效率不高；2D-FFT算法從卷積角度將點(diǎn)目標(biāo)沖激響應(yīng)與整個(gè)二維后向散射系數(shù)矩陣進(jìn)行處理，如式(2)，無(wú)論是在算法效率還是存儲(chǔ)優(yōu)化上均有較大提升，本文針對(duì)二維面目標(biāo)回波仿真算法，給出了通過(guò)快速傅里葉變換改進(jìn)的算法。

s(x，y)=g(x，y)?h(x，y)+n(x，y)

(2)

其中，s(x，y)為目標(biāo)模型基帶信號(hào)數(shù)據(jù)，g(x，y)為后向散射系數(shù)矩陣，h(x，y)為單位幅度點(diǎn)目標(biāo)沖激響應(yīng)，n(x，y)為噪聲矩陣。

通過(guò)快速傅里葉變換，將時(shí)域卷積變換至頻域相乘，表示為如下形式。

s2dfft=IFFT(FFT2(g(x，y))·FFT2(h(x，y)))+n(x，y)

(3)

式中采用的二維傅里葉正變換可以表示為

(4)

相應(yīng)的，二維傅里葉變換的逆變換可以表示為

(5)

關(guān)于本文所采用的2D-FFT回波仿真算法，其流程如下所述。

算法1：2D-FFT

1)初始化雷達(dá)參數(shù)與環(huán)境參數(shù)；

2)加載目標(biāo)區(qū)域的后向散射系數(shù)矩陣；

3)計(jì)算得到單位幅值點(diǎn)目標(biāo)沖激響應(yīng)；

4)后向散射系數(shù)矩陣與點(diǎn)目標(biāo)沖激響應(yīng)卷積；

5)計(jì)算并處理基帶回波數(shù)據(jù)。

2.2 回波仿真算法性能對(duì)比

經(jīng)過(guò)8次不同目標(biāo)復(fù)雜度，復(fù)雜度依次提升的算法測(cè)試，得到圖1所示為三種算法在目標(biāo)仿真中的性能對(duì)比，圖2(a)得出隨著目標(biāo)模型復(fù)雜度提升，RTPC算法耗時(shí)顯著，其它兩類基于頻域的算法耗時(shí)維持穩(wěn)定；圖2(b)表示在該趨勢(shì)下，2D-FFT算法的應(yīng)對(duì)多種復(fù)雜模型的能力要優(yōu)于其它兩類算法。得出改進(jìn)的2D-FFT算法無(wú)論在時(shí)間消耗還是對(duì)目標(biāo)模型的適應(yīng)性上都有明顯優(yōu)勢(shì)。

圖1 機(jī)載SAR信號(hào)獲取示意圖

圖2 回波仿真算法性能比較

回波仿真算法是目標(biāo)模型的實(shí)現(xiàn)方法以及后端數(shù)字信號(hào)處理的入口，其高效性和銜接程度影響著回波仿真器整體的實(shí)現(xiàn)性能。機(jī)載合成孔徑雷達(dá)回波仿真中的關(guān)鍵問(wèn)題可以劃分為算法與流程兩個(gè)層面分別加以解決。首先，算法上應(yīng)保證回波信號(hào)的真實(shí)性與有效性以及回波信息存儲(chǔ)的高效性；流程上保證回波仿真信號(hào)的實(shí)時(shí)性和嚴(yán)格的時(shí)序特性，保證產(chǎn)生的信號(hào)可以與待測(cè)雷達(dá)建立同步，在保證相參的條件下以較高的速率傳輸回波仿真數(shù)據(jù)。

3 機(jī)載SAR回波仿真方法

SAR回波信號(hào)仿真中，頻域仿真方法用于計(jì)算回波信號(hào)的相位信息，時(shí)域仿真方法控制距離向回波的延時(shí)時(shí)間和脈沖寬度，從而在整個(gè)二維信號(hào)平面上呈現(xiàn)距離彎曲現(xiàn)象。

3.1 合成孔徑雷達(dá)頻域仿真技術(shù)

隨著高性能數(shù)字集成電路的發(fā)展，直接數(shù)字頻率合成(Direct Digital Synthesis，DDS)為頻率合成的首選方案，其原理如圖3所示。在文獻(xiàn)[2]中，Sunderland，Nicholas等學(xué)者都提出了針對(duì)上述存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，通常是對(duì)ROM存儲(chǔ)的波表結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓縮，這解決了基于ROM DDS設(shè)計(jì)中的存儲(chǔ)部分問(wèn)題，證明了在具有大存儲(chǔ)容量的通用計(jì)算機(jī)中基于ROM的DDS的可行性。在某些場(chǎng)景中考慮到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，特別是在大場(chǎng)景的機(jī)載SAR面目標(biāo)回波仿真中，可以對(duì)信號(hào)的相位信息進(jìn)行進(jìn)一步壓縮?？紤]到傳統(tǒng)的硬件往往難以兼顧大容量存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)仿真。根據(jù)合成孔徑雷達(dá)回波信號(hào)的特點(diǎn)，對(duì)傳統(tǒng)的ROM結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，來(lái)實(shí)現(xiàn)較高的壓縮比。

圖3 直接數(shù)字頻率合成原理

機(jī)載SAR雷達(dá)回波信號(hào)表示為如下形式：

s(x，y)=A0·wr(x)·wa(y)·θ(x，y)

(6)

其中，A0代表回波幅度調(diào)制，wr(τ)與wa(η)分別為回波信號(hào)在距離向與方位向的范圍，而表征回波相位信息的為θ(τ，η)，對(duì)其展開可得

θ(x，y)=exp(jπKr(x-tau(y))2-j2πf0·tau(y))

=cos(πKr(x-tau(y))2)·cos(2πf0·tau(y))+

sin(πKr(x-tau(y))2)·sin(2πf0·tau(y))+

j·sin(2πf0·tau(y))

(7)

令A(yù)=πKr(x-tau(y))2，B=2πf0·tau(y)，最終相位信息的存儲(chǔ)可以表示為

θ(x，y)=cosA·cosB+sinA·sinB+j·sinB

(8)

由以上分析可知，針對(duì)特定的仿真場(chǎng)景，例如單點(diǎn)目標(biāo)的回波仿真或復(fù)雜面目標(biāo)回波場(chǎng)景，對(duì)回波信號(hào)的相位信息進(jìn)行壓縮存儲(chǔ)與處理。除此之外，隨著測(cè)試需求的不斷豐富，機(jī)載SAR回波信號(hào)仿真器也應(yīng)具有多模式工作的能力，本文進(jìn)一步對(duì)傳統(tǒng)的基于DDS的方法進(jìn)行優(yōu)化。

高速乘法器與大存儲(chǔ)量通用處理器的廣泛應(yīng)用緩和了資源與速度的矛盾，在需要嚴(yán)格相參的高速信號(hào)處理場(chǎng)合，坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算(COordinate Rotation DIgital Computation，CORDIC)算法為FPGA中應(yīng)用的首選。CORDIC算法通過(guò)2的冪指數(shù)作為偽旋轉(zhuǎn)角度，經(jīng)過(guò)有限次迭代來(lái)實(shí)現(xiàn)所需精度的相位分辨率，其數(shù)值計(jì)算原理如式(8)所示。CORDIC算法可以基于圓坐標(biāo)系、線性坐標(biāo)系以及雙曲坐標(biāo)系，工作于旋轉(zhuǎn)模式或向量模式下

(9)

通過(guò)計(jì)算z得到循環(huán)誤差，進(jìn)而迭代計(jì)算x，y來(lái)不斷提高運(yùn)算結(jié)果的精度。

zi+1=zi-di·arctan(2-i)

(10)

xi+1=xi-yi·di·2-i

(11)

yi+1=yi+xi·di·2-i

(12)

當(dāng)N取足夠大的數(shù)值時(shí)，即zN=0時(shí)，得到最終的計(jì)算結(jié)果。

xN=AN·(x0·cos(z0)-y0·sin(z0))

(13)

yN=AN·(y0·cos(z0)+x0·sin(z0))

(14)

其中，可以預(yù)先計(jì)算出幅度因子，作為校正，如下式。

(15)

CORDIC算法的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于硬件電路實(shí)現(xiàn)，根據(jù)迭代方程組(8)可知，計(jì)算量主要集中在已知次數(shù)的相乘計(jì)算，乘數(shù)因子被量化為2的冪次，因此在可編程邏輯器件中通過(guò)移位器和加法器即可組成工作在流水線模式下的硬件電路，這一類以高速時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的邏輯電路計(jì)算效率高于通用處理器，具體實(shí)現(xiàn)形式則如圖4所示。

圖4 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算的硬件實(shí)現(xiàn)形式

坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算的算法流程如下所示。

算法2：CORDIC

1)確定旋轉(zhuǎn)方向di

2)根據(jù)(3)式1，2進(jìn)行迭代計(jì)算

3)根據(jù)(3)式4追蹤累加的旋轉(zhuǎn)角度

4)計(jì)算伸縮因子Kn

5)將輸出x(n)，y(n)與伸縮相乘

6)輸出超越函數(shù)值sine/cosine

3.2 合成孔徑雷達(dá)時(shí)域仿真技術(shù)

回波的時(shí)域仿真技術(shù)要求對(duì)仿真回波的起止時(shí)刻和脈沖寬度進(jìn)行精確的控制。本文通過(guò)有限狀態(tài)機(jī)(Finite State Machine，F(xiàn)SM)的方法，結(jié)合計(jì)數(shù)器IP對(duì)回波信號(hào)的延時(shí)和脈沖寬度進(jìn)行控制，原理框圖、綜合電路以及時(shí)序特性如圖5所示，可以由時(shí)序圖驗(yàn)證邏輯電路響應(yīng)雷達(dá)同步脈沖，實(shí)現(xiàn)了對(duì)仿真回波的時(shí)域控制。

圖5 時(shí)域仿真狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，電路以及時(shí)序圖

在仿真中，通過(guò)雷達(dá)脈沖同步信號(hào)PRF觸發(fā)，狀態(tài)機(jī)根據(jù)延時(shí)數(shù)據(jù)和脈沖寬度數(shù)據(jù)對(duì)雷達(dá)輸出信號(hào)進(jìn)行控制，具體流程如下所示。

算法3：時(shí)域延時(shí)與脈寬控制Delay-width_Control

1)監(jiān)聽雷達(dá)同步觸發(fā)脈沖 PRF，上升沿執(zhí)行下一步

2)監(jiān)聽延時(shí)值

如果延時(shí)值為零，延時(shí)計(jì)數(shù)置為零

否則延時(shí)計(jì)數(shù)為延時(shí)值

3)進(jìn)入延時(shí)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)值依時(shí)鐘周期遞減歸零

延時(shí)結(jié)束，生成脈沖起始標(biāo)志

4)監(jiān)聽脈寬數(shù)據(jù)

如果脈寬為零，進(jìn)入異常狀態(tài)處理

否則脈寬計(jì)數(shù)為脈寬值

5)進(jìn)入脈寬計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)值依時(shí)鐘周期遞減歸零

脈寬結(jié)束，生成脈沖結(jié)束標(biāo)志

4 回波仿真器設(shè)計(jì)與分析

4.1 硬件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)

本文的仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)使用CPU(ARM)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)結(jié)合的ZYNQ片上系統(tǒng)，簡(jiǎn)化了回波仿真器的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)。ZYNQ-7000提供AXI接口和總線類型，分別為高性能和帶寬的標(biāo)準(zhǔn)接口AXI_HP，用以處理DMA類不帶緩存AXI外設(shè)的加速器一致性接口AXI_ACP以及通用接口AXI_GP。AXI接口總線類型可分為面向高性能地址映射通信的AXI4，在AXI4基礎(chǔ)上對(duì)占用資源進(jìn)行精簡(jiǎn)的AXI4-Lite與面向高速數(shù)據(jù)流傳輸?shù)腁XI4-Stream。合成孔徑雷達(dá)回波仿真器設(shè)計(jì)中所采用的芯片為XC7Z010-1CLG400，其具有雙核ARM Cortex-A9 MPCoreTM處理器(Processing System，PS)以及28nm Artix-7架構(gòu)的FPGA(Programmable Logic，PL)，處理器部分最高頻率為866MHz，PL部分包含28K可編程邏輯單元、17600查找表、35200觸發(fā)器以及2.1Mb BRAM和80個(gè)DSP處理塊。

圖6 ZYNQ片內(nèi)架構(gòu)與AXI互聯(lián)

4.2 腳本CORDIC仿真方法

傳統(tǒng)的帶有數(shù)字信號(hào)處理能力的回波仿真器大多數(shù)是基于ROM的DDS方法，消耗仿真器的大量存儲(chǔ)，尤其是在復(fù)雜場(chǎng)景SAR目標(biāo)仿真中。

為解決此問(wèn)題，本文提出了基于腳本坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算(Script-CORDIC)的回波仿真方法來(lái)清晰地規(guī)劃回波仿真算法與流程之間的關(guān)系。

對(duì)于回波仿真器的算法設(shè)計(jì)部分，通過(guò)Matlab生成腳本，在回波仿真器設(shè)計(jì)中將其存儲(chǔ)在ARM端的DDR，減少對(duì)邏輯存儲(chǔ)資源的消耗; 對(duì)于回波仿真器的流程設(shè)計(jì)部分，首先通過(guò)PS部分DDR存儲(chǔ)的回波相位信息經(jīng)過(guò)AXI DMA發(fā)送至PL端，由PL部分的CORDIC DDS IP核實(shí)時(shí)計(jì)算回波信號(hào)的頻域信息，并通過(guò)時(shí)域仿真IP控制數(shù)據(jù)接收的起始。

通過(guò)上述基于腳本的回波仿真方法，進(jìn)一步使算法部分的設(shè)計(jì)適應(yīng)于多模式SAR目標(biāo)回波仿真要求，流程部分適應(yīng)于實(shí)時(shí)回波仿真的要求，工作流程如圖7所示。

圖7 回波仿真工作流程

回波仿真器流程算法如下所示。

流程：回波仿真器程序

1)Matlab/SystemGenerator/ModelComposer

加載目標(biāo)模型

選擇回波仿真算法 RTPC/RFPC/2D-FFT

生成回波相位數(shù)據(jù)腳本

得出仿真時(shí)間、腳本大小信息

2)啟動(dòng)Xilinx SDK，進(jìn)入Debug模式

主程序中調(diào)用腳本

通過(guò)AXI接口，以DMA方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至PL IP

3)進(jìn)入Vivado

檢查時(shí)域控制IP

檢查頻域CORDIC IP

通過(guò)D/A數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，有D/A接口輸出仿真信號(hào)

4)回到步驟1.1，重新加載目標(biāo)模型

回到步驟1.2，重新選擇回波仿真算法

回波仿真器的硬件設(shè)計(jì)在ZYNQ-7010CLG400實(shí)驗(yàn)板上，通過(guò)AD/DA模塊實(shí)現(xiàn)，D/A模塊主芯片采用ADI AD9708，A/D模塊主芯片采用ADI AD9280；軟件設(shè)計(jì)則是使用Matlab、Vivado等集成設(shè)計(jì)工具進(jìn)行開發(fā)?；夭ǚ抡嫫鞯墓ぷ髁鞒淌墙?jīng)由腳本生成器產(chǎn)生仿真目標(biāo)的數(shù)據(jù)，在ZYNQ PS端加載腳本并對(duì)PL端進(jìn)行初始化，將仿真數(shù)據(jù)通過(guò)AXI DMA以及AXI FIFO發(fā)送至CORDIC DDS IP，并通過(guò)DA轉(zhuǎn)換得到目標(biāo)的仿真回波，如圖8所示。

圖8 回波仿真器整體設(shè)計(jì)

由Vivado的原理圖設(shè)計(jì)得到回波仿真器的整體圖，以IP核互聯(lián)的方法搭建回波仿真器ZYNQ處理器核、DMA傳輸核、A/D采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換核、D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理核、復(fù)位以及時(shí)鐘核等，并引出8位A/D采樣數(shù)據(jù)接口和8位D/A數(shù)據(jù)傳輸接口。

圖9 回波仿真器FPGA電路原理圖

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

機(jī)載SAR回波仿真器的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基于ZYNQ XC7Z010，數(shù)字后端連接DA模塊。

仿真器數(shù)模轉(zhuǎn)換接口通過(guò)BNC連接線至示波器，得到基于2D-FFT算法的SAR回波信號(hào)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖10 回波仿真信號(hào)DA轉(zhuǎn)換示波器波形(取s(:，180))

同時(shí)，在ZYNQ FPGA的邏輯部分可以對(duì)Matlab生成的仿真回波數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)先處理與查看，如下圖所示。

圖11 ZYNQPL部分回波仿真圖

進(jìn)一步，結(jié)合實(shí)驗(yàn)的結(jié)果首先對(duì)目標(biāo)回波仿真結(jié)果進(jìn)行分析。如下圖所示，點(diǎn)目標(biāo)回波經(jīng)過(guò)距離-多普勒算法成像，驗(yàn)證了其作為卷積核的正確性。

圖12 單點(diǎn)目標(biāo)成像測(cè)試

實(shí)際生成的面目標(biāo)回波按距離向排列成相位不斷變化的線性調(diào)頻信號(hào)，每個(gè)信號(hào)之間的時(shí)延模擬了實(shí)際接收情形，符合SAR信號(hào)接收的距離彎曲等式。

圖13 距離向回波仿真信號(hào)(取s(:，160))

實(shí)驗(yàn)中定義了預(yù)設(shè)為十字狀的面目標(biāo)，經(jīng)過(guò)2D-FFT算法得到仿真信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)距離多普勒成像進(jìn)行驗(yàn)證。

圖14 面目標(biāo)回波仿真信號(hào)幅度圖(a)及RD成像算法驗(yàn)證(b)

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，可知在上述面目標(biāo)仿真模型下采用傳統(tǒng)DDS方法將會(huì)消耗5MB左右FPGA片內(nèi)BRAM存儲(chǔ)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)ZYNQ PL部分所能負(fù)荷的2.1Mb。而DDR端可以靈活讀寫的內(nèi)存大小為2Gb，可以容納復(fù)雜仿真回波模型，同時(shí)降低芯片功耗。

6 結(jié)論

為提高機(jī)載SAR回波仿真器的實(shí)時(shí)性能和復(fù)雜模型的加載能力，設(shè)計(jì)了基于ZYNQ的機(jī)載SAR回波仿真器，并提出了回波仿真器中由腳本加載模型的方法，以及回波仿真在頻域和時(shí)域中仿真技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。第一種方法針對(duì)回波仿真算法，以優(yōu)化二維快速傅里葉變換為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算雷達(dá)仿真回波；第二種方法針對(duì)回波仿真器本身工作特點(diǎn)，通過(guò)腳本CORDIC的觀點(diǎn)來(lái)平衡PS與PL的工作負(fù)荷，充分發(fā)揮了異構(gòu)平臺(tái)在回波仿真應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。對(duì)比仿真與FPGA硬件平臺(tái)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明回波仿真器具有實(shí)時(shí)產(chǎn)生高質(zhì)量機(jī)載SAR回波信號(hào)的能力。