CN103135096A - 一种合成孔径雷达成像处理转置存储方法和数据访问方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种合成孔径雷达成像处理过程中的高效转置存储方法，将合成孔径雷达二维数据矩阵划分成多个大小相等的子矩阵块，每个子矩阵块中的数据点数正好与DDR3 SDRAM一行所能存放的数据点数相等；对子矩阵块进行逐行编号，将第一个子矩阵块的数据逐行地映射至DDR3 SDRAM的Bank 0的第1行里面；将第两个子矩阵块的数据按照相同方法逐行地映射至DDR3 SDRAM的Bank 1的第1行，以此类推，映射完最后一个Bank第1行，再转向Bank 0的第2行，直至所有子矩阵块的数据映射完毕；使用本发明能够解决合成孔径雷达成像处理中转置存储效率过低的问题。

Description

一种合成孔径雷达成像处理转置存储方法和数据访问方法

技术领域

本发明属于雷达成像技术领域，涉及一种合成孔径雷达成像处理过程中的高效转置存储方法。 

背景技术

合成孔径雷达获取的数据可以看成一个二维矩阵，二维矩阵的行方向为距离向数据，列方向为方位向数据。在合成孔径雷达成像处理过程中，需要分别沿着距离向和方位向对数据进行压缩处理，因此要对二维数据进行转置存储。转置存储效率的高低会直接影响合成孔径雷达成像处理的实时性。 

常用的转置存储算法有行进列出法、列进行出法等。因为合成孔径雷达数据量大、实时性要求高，所以现在一般选用DDR3 SDRAM作为数据存储介质来满足需求。无论是采用行进列出法还是列进行出法将合成孔径雷达数据存储到DDR3 SDRAM中，无论哪种方法，只要涉及到按列读取或回写，都会出现频繁进行行切换的情况。基于DDR3 SDRAM本身的访问时序特性，当切换行时，首先需要关闭当前活动行，并激活下一行，这需要一定时间。而读取/回写列数据需要频繁行切换，因此列访问效率严重降低。而行读取和回写不需要频繁行切换，因此访问效率大大高于列操作。 

可见，由于DDR3 SDRAM本身的访问时序特性，行进列出法和列进行出法会造成列操作的访问效率严重降低，导致距离向数据和方位向数据的访问效率不均衡。 

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是为了解决合成孔径雷达成像处理中转置存储效率过低的问题，提出一种读写均衡的高效转置存储算法。以DDR3 SDRAM作为合成孔径雷达二维数据存储介质，利用DDR3 SDRAM数据读写特性，将二维数据合理分配到DDR3 SDRAM三维存储空间中，以实现距离向数据和方位向数据的访问均衡。 

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的： 

一种合成孔径雷达成像处理过程中的高效转置存储方法，包括如下步骤： 

步骤一、根据合成孔径雷达二维数据矩阵大小和数据位宽，选取容量和数据位宽匹配的DDR3 SDRAM； 

步骤二、将合成孔径雷达二维数据矩阵划分成多个大小相等的子矩阵块，每个子矩阵块中的数据点数正好与DDR3 SDRAM一行所能存放的数据点数相等； 

步骤三、对子矩阵块进行逐行编号，将第1个子矩阵块的数据逐行地映射至DDR3SDRAM的Bank0的第1行里面；将第2个子矩阵块的数据按照相同方法逐行地映射至DDR3SDRAM的Bank1的第1行，以此类推，映射完Bank K-1的第1行，再转向Bank0的第2行，直至所有子矩阵块的数据映射完毕；K为DDR3 SDRAM中Bank的数量。 

在步骤一中，如果一片DDR3 SDRAM存储颗粒不能满足容量需求，则可以采用多片存储颗粒首尾相接的方式，来扩展行数；当一片DDR3 SDRAM存储颗粒不能满足位宽需求时，则可以采用多片存储颗粒数据线并行的方式扩展位宽，且地址、控制线共用。 

基于上述转置存储，对其进行数据访问的方法包括距离向数据访问和方位向数据访问； 

设，DDR3 SDRAM中Bank的数量为K，合成孔径雷达二维数据矩阵中子矩阵块的列数为N，子矩阵块中距离向点数为Nr； 

距离向访问数据时，首先找到待访问的一行距离向数据在Bank0中的起始位置，该起始位置包括起始行地址和起始列地址；从起始位置连续访问Nr点数据；然后跳至下一Bank的所述起始位置访问下一Nr点数据；到Bank K-1后，返回Bank0访问下一行所述起始列地址位置开始的Nr点数据，如此反复至该行距离向数据访问完毕；距离向数据处理完成后再以同样方式写回DDR3 SDRAM；其中，K为DDR3 SDRAM中Bank的数量； 

方位向访问数据时，首先找到待访问的一列方位向数据在DDR3 SDRAM中的起始位置，该起始位置包括Bank地址、起始行地址和起始列地址；从起始位置开始访问，每隔Nr点访问一次，访问完一行跳至当前Bank中当前行地址+△、起始列地址不变的位置，继续跳点访问直至该列方位向数据访问完毕；其中，△=N÷K；由于DDR3 SDRAM以Burst x模式访问，一次访问了连续x条不同方位向上的数据，将此数据在处理芯片内部做缓存，逐条处理完毕再以同样的方式写回DDR3 SDRAM。 

有益效果 

本转置存储算法，对比已有技术，在方位向访问时，在同一行读取多个数据后再进行行切换，与每读一个数据均进行行切换的已有技术相比，能够提高方位向访问的效率。在距离向访问时，在Bank0的一行访问多个数据后切换到另一个Bank的同一行读取，各Bank中同一行没有可访问数据后，再进行行切换。虽然距离向访问牺牲了一些效率，但是换来了距离向数据和方位向数据的访问均衡。而且由于DDR3 SDRAM中Bank切换的时间要少于行切换，因此跨Bank优先操作大大减小了跨行时由于反复激活和预充电带来的延时，从而尽量提高距离向读取的效率。 

可见，本发明能够充分利用DDR3 SDRAM访问时序特性，达到距离向数据访问和方位向数据访问的均衡高效。而且适用于对于同一组二维数据进行多次转置存储的成像算法。 

附图说明

图1为子矩阵块与DDR3 SDRAM一行映射关系图。 

图2为DDR3 SDRAM数据三维映射图。 

图3为访问第1行距离向数据的示意图。 

图4为访问第1列～第8列方位向数据的示意图。 

具体实施方式

下面结合附图，以大小为8192×8192的合成孔径雷达二维数据为例对本发明方法的实施方式做详细说明。 

本发明合成孔径雷达成像处理转置存储算法，其具体步骤包括： 

步骤一、根据合成孔径雷达二维数据矩阵大小和数据位宽，选取容量和数据位宽匹配的DDR3 SDRAM。 

对于容量，选择能够容纳合成孔径雷达二维数据的DDR3 SDRAM容量。如果一片DDR3SDRAM存储颗粒不能满足容量需求，则可以采用多片存储颗粒首尾相接的方式，来扩展行数。 

对于位宽，选择合成孔径雷达数据位宽相等的DDR3 SDRAM数据位宽。当一片DDR3SDRAM存储颗粒不能满足位宽需求时，则可以采用多片存储颗粒数据线并行的方式扩展位宽，且地址、控制线共用。例如当雷达数据位宽为64bit时，选择4片16bit位宽的DDR3SDRAM，当写入一个数据点时，同时向4片DDR3 SDRAM的相同位置各写入16bit数据。 

DDR3 SDRAM为一个三维存储空间，记为B(i,j,k)，共有K=8个Bank，则选取的DDR3SDRAM为I=8192行，J=1024列，数据点位宽为16bit，也就是说，一行容量为1024×16bit。其中，0≤i≤8191，0≤j≤1023，0≤k≤7。 

步骤二、合成孔径雷达数据为一个二维矩阵，记为A(m,n)，0≤m<N_A，0≤n<N_R，其中，N_A为方位向点数，N_R为距离向点数。根据所选DDR3 SDRAM的一行的长度，将二维矩阵A(m,n)划分为M×N个大小相等的子矩阵块，每个子矩阵块采用A_p,q表示，0≤p<M，0≤q<N，M为方位向上子块的个数，N为距离向上子块的个数： 

$A=\left[\begin{array}{cccc}{A}_{\mathrm{0,0}}& A_{\mathrm{0,1}}& ...& A_{0,(N-1)}\\ A_{\mathrm{1,0}}& A_{\mathrm{1,1}}& ...& A_{1,(N-1)}\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ A_{(M-1),0}& A_{(M-1),1}& ...& A_{(M-1),(N-1)}\end{array}\right]$

每个子矩阵块中的数据点数正好与DDR3 SDRAM一行所能存放的数据点数相等，因此划分后的子矩阵块大小为Na×Nr=J，其中Na=N_A/M，Nr=N_R/N。 

则：m=(a×N_a)+b  其中0≤a<M，0≤b<N_a； 

    n=(c×N_r)+d  其中0≤c<N，0≤d<N_r。 

a是数据点(m,n)所属子矩阵块在合成孔径雷达数据中的行号，c是数据点(m,n)所属子矩阵块在合成孔径雷达数据中的列号，b是数据点(m,n)在子矩阵块中的行号，d是数据点(m,n)在子矩阵块中的列号。 

本实施例中，N_R=N_A=8192，则将8192×8192大小的二维数据按上述方法划分为256×256个子矩阵块，每个子矩阵块的大小为32×32=1024。则N_a=32，N_r=32，M=256,N=256。 

步骤三、对子矩阵块进行逐行编号，将第1个子矩阵块的数据逐行地映射至DDR3SDRAM的Bank0的第1行里面，如附图的图1所示。将第2个子矩阵块的数据按照相同方法逐行地映射至DDR3 SDRAM的Bank1的第1行，以此类推，映射完Bank7的第1行，再转向Bank0的第2行；直至所有子矩阵块的数据映射完毕。如附图的图2所示。 

步骤四、对DDR3 SDRAM存储的合成孔径雷达二维数据进行数据访问。 

1）距离向操作读取数据时： 

①距离向数据的开头在子矩阵块A_0,0、A_1,0、…A_255,0中，这些子矩阵块都在Bank0上，因此首先找到待读取的一行距离向数据的开头在Bank0中的位置，该位置包括行地址和列地址，以该位置作为起始位置； 

由于m=(a×N_a)+b其中0≤a<M，0≤b<N_a，则第m行距离向数据起始位置为： 

行地址：Row_addr=a×N÷K； 

Bank地址：Bank_addr=0； 

列地址：Column_addr=b×N_r。 

②从起始位置连续读取32点数据，由于DDR3 SDRAM以Burst8模式读取，因此32点数据需要读4次，每次读8点。 

③然后跳至下一Bank的所述起始位置读取下一32点数据；到Bank7后，返回Bank0读取下一行相同列位置开始的32点数据，如此反复至该距离向8192点数据读取完毕，其中共读取了256次32点数据。图3示出了读取第1行距离向数据的示意图。 

距离向回写数据过程与读操作相同。 

2）方位向操作读取数据时： 

①方位向数据的开头在子矩阵块A_0,0、A_0,1、…A_0,255中，这些子矩阵块分布在各个Bank的前32行上，因此首先找到待读取的一列方位向数据的开头在DDR3SDRAM中的位置，该位置包括Bank地址、行地址和列地址；以该位置作为起始位置； 

由于n=(c×N_r)+d其中0≤c<N，0≤d<N_r， 

若令c=(e×K)+f其中0≤e<(N÷K)，0≤f<K， 

则第n列方位向数据起始位置为： 

行地址：Row_addr=e Bank地址：Bank_addr=f 

列地址：Column_addr=d 

②从起始位置开始读取，每隔32点读取一次，读完一行跳至当前Bank中当前行地址+32、起始列地址不变的位置，继续跳点读取直至该列方位向数据读取完毕。其中，当前行地址所增加的数量=合成孔径雷达二维数据中子矩阵块的列数N除以Bank的数量K。本实施例中，N/K=256/8=32。这是因为，A_0,0与A_0,1之间相差256个子矩阵块，这256个子矩阵块共占用了DDR3 SDRAM中的32行，一行8个Bank存8个子矩阵块，因此A_0,0中32点读取完毕后，需要到相隔32行的A_0,1去读取下一个32点。 

由于DDR3 SDRAM以Burst8模式读取，每隔32点读取一次并非读取一个点，而是一次读取了连续8条不同方位向上的数据，为了保证效率，将此数据在处理芯片内部做缓存，逐条处理完毕再以同样的方式写回DDR3 SDRAM。图4示出了读取第1列～第8列方位向数据的示意图。 

至此，就完成了合成孔径雷达转置存储算法的数据映射和数据访问方法说明。 

虽然结合了附图描述了本发明的实施方式，但是对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。 

Claims (3)

1.一种合成孔径雷达成像处理过程中的高效转置存储方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、根据合成孔径雷达二维数据矩阵大小和数据位宽，选取容量和数据位宽匹配的DDR3 SDRAM；

步骤二、将合成孔径雷达二维数据矩阵划分成多个大小相等的子矩阵块，每个子矩阵块中的数据点数正好与DDR3 SDRAM一行所能存放的数据点数相等；

步骤三、对子矩阵块进行逐行编号，将第1个子矩阵块的数据逐行地映射至DDR3SDRAM的Bank 0的第1行里面；将第2个子矩阵块的数据按照相同方法逐行地映射至DDR3SDRAM的Bank 1的第1行，以此类推，映射完Bank K-1的第1行，再转向Bank 0的第2行，直至所有子矩阵块的数据映射完毕；K为DDR3 SDRAM中Bank的数量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，如果一片DDR3 SDRAM存储颗粒不能满足容量需求，则可以采用多片存储颗粒首尾相接的方式，来扩展行数；当一片DDR3SDRAM存储颗粒不能满足位宽需求时，则可以采用多片存储颗粒数据线并行的方式扩展位宽，且地址、控制线共用。

3.一种基于如权利要求1所述转置存储方式的数据访问方法，其特征在于，该方法包括距离向数据访问和方位向数据访问；

设，DDR3 SDRAM中Bank的数量为K，合成孔径雷达二维数据中子矩阵块的列数为N，子矩阵块中的数据点列数为Nr；

距离向访问数据时，首先找到待访问的一行距离向数据在Bank0中的起始位置，该起始位置包括起始行地址和起始列地址；从起始位置连续访问Nr点数据；然后跳至下一Bank的所述起始位置访问下一Nr点数据；到Bank K-1后，返回Bank0访问下一行所述起始列地址位置开始的Nr点数据，如此反复至该行距离向数据访问完毕；其中，K为DDR3 SDRAM中Bank的数量；

方位向访问数据时，首先找到待访问的一列方位向数据在DDR3 SDRAM中的起始位置，该起始位置包括Bank地址、起始行地址和起始列地址；从起始位置开始访问，每隔Nr点访问一次，访问完一行跳至当前Bank中当前行地址+△、起始列地址不变的位置，继续跳点访问直至该列方位向数据访问完毕；其中，△=N÷K；由于DDR3 SDRAM以Burst x模式访问，一次访问了连续x条不同方位向上的数据，将此数据在处理芯片内部做缓存，逐条处理完毕。

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