基于FPGA的并行可配置Keystone实时处理架构设计
发布时间：2021-10-20 10:55
针对雷达高速运动目标脉间存在距离单元走动而不利于长时间积累的问题,采用Keystone变换技术补偿距离单元走动是雷达提升高速运动目标检测和ISAR成像性能的一种有效方法。但Keystone变换计算复杂度高,在工程上实现实时处理极为困难。提出一种并行度可配置的Keystone实时处理架构,支持增加并行度来提升处理性能,实现资源与处理性能的互换。通过仿真和板上验证表明,Keystone处理架构是有效的。使用Keystone实时处理架构实现高速运算目标的相参积累与理论结果相比,最大相对误差小于10e-8;在并行度为1的情况下,平均单频点2048脉冲的Keystone处理需小于25μs,满足Keystone实时处理要求。
【文章来源】：遥测遥控. 2020,41(05)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
基于CZT的并行可配置FPGA处理架构Fig.2TheparallelconfigurableFPGA变运
2020年9月遥测遥控·19·算每个频点的AW值，并输出到AW值缓存模块；AW值缓存模块缓存AW值并发送至CZT变换配置模块；CZT变换配置模块用来实现对CZT变换模块中K个CZT运算核的配置功能。3.2CZT变换运算核流水处理架构CZT变换运算模块由K路并行的CZT变换运算核组成，每个CZT变换运算核完全一致，支持静态参数设置，实现处理资源和处理性能的互换。CZT变换运算核流水处理架构[16]如图4所示。图4CZT变换运算核流水处理架构Fig.4ThepipelinedprocessingarchitectureofCZToperationalcore可见，CZT变换运算核主要由CZT控制模块、coef1_hn生成模块、复乘运算一、coef2生成模块、复乘运算三和卷积处理模块六部分组成。CZT控制模块接收Keytone控制模块给出配置信号，完成对coef1_hn生成模块、卷积处理模块、coef_2生成模块的配置功能。coef1_hn生成模块和coef_2生成模块接收CZT控制模块给出的A、W值，采用cordic算法计算得到公式（8）中三种系数值。其中，coef1_hn生成模块采用一个cordic运算核分时复用产生coef_1系数和h(n)系数。复乘运算一模块接收系数coef_1和输入数据x(n)，进行复数相乘运算得到g(n)，并输入到卷积处理模块。卷积处理模块接收复乘运算一模块输出的g(n)和coef1_hn生成模块输出的h(n)数据，采用快速傅里叶变换的方式实现卷积处理得到y(n)，输出到复乘运算三模块。coef_2生成模块采用cordic算法计算得到coef_2系数，并与卷积处理模块得到的结果y(n)相乘，得到最终的CZT结果。
tone实时处理架构设计第41卷第5期0()()nnrrnXzxnAW（6）其中，00jjAe,We，0为选取频率范围的起始取样点相角；0为两相邻Zk点之间角频率差，决定了选频范围内的频率分辨率。由于，2221[()]2nrrnrn，所以，式（6）又可以写成：222/2/2()/20()()nrnrnrnXzxnAWWW（7）从式（7）可知，CZT变换可以通过FFT快速计算实现圆周卷积而实现，其实现架构如图1所示。图1圆周卷积的CZT变换系统架构Fig.1TheCZTimplementationarchitecturebasedoncircularconvolution图1中各系数为2/2coe_1nnfAW，2/2coe_2rfW，2/2()nhnW（8）假设运动目标的多普勒模糊倍数为Nam，对公式（3）中的f在[π,π)内等间隔的M点，那么取：cccc12πexpj2π,expj2amMffffANWMfMf（9）就利用CZT变换得到公式（4）的Keystone变换结果。3基于FPGA的并行可配置处理架构基于CZT的并行可配置Keystone处理架构如图2所示。该架构主要由Keystone控制模块、CZT变换运算两部分组成。其中，Keystone控制模块主要接收用户的配置信息，并根据配置参数依次计算每个f下的A、W值，并配置CZT变换运算模块；CZT变换运算模块由K路并行的CZT变换运算核组成，运算核个数由静态参数设置，参与的运算核数越多?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于广义keystone和频率变标的微波光子ISAR高分辨实时成像算法[J]. 杨利超,高悦欣,邢孟道,盛佳恋. 雷达学报. 2019(02)
[2]基于Keystone变换的弱目标积累检测及工程实现方法[J]. 帅晓飞,朱玉军,詹旭. 火控雷达技术. 2018(03)
[3]Chirp-Z变换FPGA流水架构设计与实现[J]. 孙健,韩文俊,凌元. 信息技术与信息化. 2018(08)
[4]基于时间反转和降阶Keystone的SAR-GMTI快速聚焦方法[J]. 万俊,周宇,张林让,陈展野. 航空学报. 2018(06)
[5]一种基于Keystone变换的运动目标相参积累方法[J]. 罗丁利,向聪. 现代雷达. 2017(10)
[6]Long term integration algorithm for high-dynamic targets[J]. Gang Yang,Haikun Luo,Jing Tian,Siliang Wu. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2016(05)
[7]High Accuracy Velocity Measurement Based on Keystone Transform Using Entropy Minimization[J]. DAI Zuoning,ZHANG Xinggan,FANG Hui,BAI Yechao. Chinese Journal of Electronics. 2016(04)
[8]低信噪比下基于Keystone变换的高速多目标检测[J]. 武洋,夏忠婷. 计算机与数字工程. 2016(04)
[9]基于改进Keystone变换的高速目标相参积累方法[J]. 赵杰,郭德明,陈果,倪国新. 现代雷达. 2016(04)
[10]高阶运动目标的长时间相参积累算法[J]. 田超,文树梁,杜智远. 系统工程与电子技术. 2015(06)
本文编号：3446783
【文章来源】：遥测遥控. 2020,41(05)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
基于CZT的并行可配置FPGA处理架构Fig.2TheparallelconfigurableFPGA变运
2020年9月遥测遥控·19·算每个频点的AW值，并输出到AW值缓存模块；AW值缓存模块缓存AW值并发送至CZT变换配置模块；CZT变换配置模块用来实现对CZT变换模块中K个CZT运算核的配置功能。3.2CZT变换运算核流水处理架构CZT变换运算模块由K路并行的CZT变换运算核组成，每个CZT变换运算核完全一致，支持静态参数设置，实现处理资源和处理性能的互换。CZT变换运算核流水处理架构[16]如图4所示。图4CZT变换运算核流水处理架构Fig.4ThepipelinedprocessingarchitectureofCZToperationalcore可见，CZT变换运算核主要由CZT控制模块、coef1_hn生成模块、复乘运算一、coef2生成模块、复乘运算三和卷积处理模块六部分组成。CZT控制模块接收Keytone控制模块给出配置信号，完成对coef1_hn生成模块、卷积处理模块、coef_2生成模块的配置功能。coef1_hn生成模块和coef_2生成模块接收CZT控制模块给出的A、W值，采用cordic算法计算得到公式（8）中三种系数值。其中，coef1_hn生成模块采用一个cordic运算核分时复用产生coef_1系数和h(n)系数。复乘运算一模块接收系数coef_1和输入数据x(n)，进行复数相乘运算得到g(n)，并输入到卷积处理模块。卷积处理模块接收复乘运算一模块输出的g(n)和coef1_hn生成模块输出的h(n)数据，采用快速傅里叶变换的方式实现卷积处理得到y(n)，输出到复乘运算三模块。coef_2生成模块采用cordic算法计算得到coef_2系数，并与卷积处理模块得到的结果y(n)相乘，得到最终的CZT结果。
tone实时处理架构设计第41卷第5期0()()nnrrnXzxnAW（6）其中，00jjAe,We，0为选取频率范围的起始取样点相角；0为两相邻Zk点之间角频率差，决定了选频范围内的频率分辨率。由于，2221[()]2nrrnrn，所以，式（6）又可以写成：222/2/2()/20()()nrnrnrnXzxnAWWW（7）从式（7）可知，CZT变换可以通过FFT快速计算实现圆周卷积而实现，其实现架构如图1所示。图1圆周卷积的CZT变换系统架构Fig.1TheCZTimplementationarchitecturebasedoncircularconvolution图1中各系数为2/2coe_1nnfAW，2/2coe_2rfW，2/2()nhnW（8）假设运动目标的多普勒模糊倍数为Nam，对公式（3）中的f在[π,π)内等间隔的M点，那么取：cccc12πexpj2π,expj2amMffffANWMfMf（9）就利用CZT变换得到公式（4）的Keystone变换结果。3基于FPGA的并行可配置处理架构基于CZT的并行可配置Keystone处理架构如图2所示。该架构主要由Keystone控制模块、CZT变换运算两部分组成。其中，Keystone控制模块主要接收用户的配置信息，并根据配置参数依次计算每个f下的A、W值，并配置CZT变换运算模块；CZT变换运算模块由K路并行的CZT变换运算核组成，运算核个数由静态参数设置，参与的运算核数越多?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于广义keystone和频率变标的微波光子ISAR高分辨实时成像算法[J]. 杨利超,高悦欣,邢孟道,盛佳恋. 雷达学报. 2019(02)
[2]基于Keystone变换的弱目标积累检测及工程实现方法[J]. 帅晓飞,朱玉军,詹旭. 火控雷达技术. 2018(03)
[3]Chirp-Z变换FPGA流水架构设计与实现[J]. 孙健,韩文俊,凌元. 信息技术与信息化. 2018(08)
[4]基于时间反转和降阶Keystone的SAR-GMTI快速聚焦方法[J]. 万俊,周宇,张林让,陈展野. 航空学报. 2018(06)
[5]一种基于Keystone变换的运动目标相参积累方法[J]. 罗丁利,向聪. 现代雷达. 2017(10)
[6]Long term integration algorithm for high-dynamic targets[J]. Gang Yang,Haikun Luo,Jing Tian,Siliang Wu. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2016(05)
[7]High Accuracy Velocity Measurement Based on Keystone Transform Using Entropy Minimization[J]. DAI Zuoning,ZHANG Xinggan,FANG Hui,BAI Yechao. Chinese Journal of Electronics. 2016(04)
[8]低信噪比下基于Keystone变换的高速多目标检测[J]. 武洋,夏忠婷. 计算机与数字工程. 2016(04)
[9]基于改进Keystone变换的高速目标相参积累方法[J]. 赵杰,郭德明,陈果,倪国新. 现代雷达. 2016(04)
[10]高阶运动目标的长时间相参积累算法[J]. 田超,文树梁,杜智远. 系统工程与电子技术. 2015(06)
本文编号：3446783
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