支持合成孔径雷达卫星成像与目标检测的星载实时处理器

1.本技术涉及航天卫星技术领域，特别涉及一种支持合成孔径雷达卫星成像与目标检测的星载实时处理器。


背景技术：

2.搭载合成孔径雷达(synthetic aperture radar，sar)的卫星通过主动成像模式，利用发射天线对目标区域发射电磁信号，再经接收天线收集回波信号(sar原始回波数据)，最后基于多普勒频移原理对sar原始回波数据进行成像得到高分辨率的sar图像。
3.基于航天技术和实时处理器技术飞速发展，sar卫星在轨成像技术不断突破，但由于卫星过顶的速度较快、星地传输链路受限，星载sar回波、成像数据不能及时传回地面接收站。而随着卫星数据用户对数据产品的实时性需求愈发强烈，传统的目标区域成像、境内可视弧段下传、地面处理的流程速度已难以满足用户需求。因此，如何实现星上实时处理并直接下传关键目标信息是亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.鉴于上述问题，本技术实施例提供了一种支持合成孔径雷达卫星成像与目标检测的星载实时处理器，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。
5.本技术实施例的第一方面，公开了种支持合成孔径雷达卫星成像与目标检测的星载实时处理器，包括：
6.接收星载计算机发布的遥测指令，所述遥测指令表征需要执行的处理任务；
7.根据所述遥测指令从所述星载计算机中获取sar原始回波数据，并对所述sar原始回波数据进行解析和格式化处理，得到多级标准化产品，所述多级标准化产品包括：零级sar解析数据、一级sar成像结果数据、二级目标检测结果数据和二级目标重聚焦结果数据；
8.将所述多级标准化产品进行封装后，发送给所述星载计算机。
9.可选地，所述对所述sar原始回波数据进行解析和格式化处理，得到多级标准化产品，包括：
10.调用数据解析模块功能，按照sar载荷的原始回波数据格式对所述sar原始回波数据进行解析，得到二进制sar原始回波数据，以作为零级sar解析数据；
11.调用宽幅稀疏成像模块功能，对所述零级sar解析数据进行成像处理，得到宽幅稀疏成像结果，以作为一级sar成像结果数据；
12.调用目标检测模块功能，对所述一级sar成像结果数据进行目标检测处理，得到目标检测结果的切片及经纬度坐标信息，以作为二级目标检测结果数据；
13.调用重聚焦模块功能，基于所述一级sar成像结果数据和所述二级目标检测结果数据，对关键目标进行运动目标重聚焦补偿，得到尺寸结构清晰的关键目标切片图像及对应的经纬度坐标位置，以作为二级目标重聚焦结果数据。
14.可选地，所述星载实时处理器包括至少一个处理单元，每个处理单元包括接口板
和处理板，所述接口板上部署有k7 fpga芯片，所述处理板上部署有gpu板卡；
15.所述k7 fpga芯片通过sn65hvd230收发器和can接口从所述星载计算机中获取所述遥测指令，并通过can总线将所述遥测指令转发到所述gpu板卡，以触发所述gpu板卡执行所述遥测指令对应的处理任务；
16.所述k7 fpga芯片通过tlk2711接口所述星载计算机中获取所述sar原始回波数据，并将所述sar原始回波数据通过pcie接口发送到所述gpu板卡，以使所述gpu板卡对所述待处理数据进行解析和格式化处理，得到多级标准化产品。
17.可选地，所述接口板上还部署有a3p fpga芯片，所述a3p fpga芯片外部通过rs422接口与所述星载计算机连接，内部与nor flash闪存器和k7fpga芯片连接；所述a3p fpga芯片按照以下步骤控制所述k7 fpga芯片实现程序上注：
18.当上注程序为k7 fpga芯片程序时，所述a3p fpga芯片将通过rs422接口接收的程序数据存储在所述nor flash闪存器中，以实现所述k7 fpga芯片的程序上注；
19.当上注程序为gpu板卡程序时，所述a3p fpga芯片将通过rs422接口接收的程序数据转发给所述k7 fpga芯片，所述k7 fpga芯片通过pcie接口将所述程序数据转发给所述gpu板卡，以实现所述gpu板卡的程序上注。
20.可选地，所述处理板上还部署有以太网接口，所述以太网接口内部与所述gpu板卡连接，用于所述gpu板卡程序调试或与网口设备传输数据。
21.可选地，所述接口板上还部署有调试接口，所述调试接口内部直接或间接与所述a3p fpga芯片和所述k7 fpga芯片连接，用于对所述a3p fpga芯片和所述k7 fpga芯片调试。
22.可选地，所述星载实时处理器还包括供配电模块，所述供配电模块包括：一次供电模式和二次供电模式，所述一次供配电模式兼容卫星28v隔离供电要求，所述一次供电模式和二次供电模式隔离。
23.可选地，所述遥测指令包括开关指令，所述开关指令用于驱动继电器类的指令负载；所述星载实时处理器的遥测接口设计包括：
24.遥测指令输入采用隔离设计，以避免所述遥测指令造成对地短路；
25.利用负载电路抑制开动作和关动作过程中所引起的瞬态效应；
26.继电器负载反向电动势释放电路采用二极管串联的方式，所述二极管满足反向电动势的冲击。
27.可选地，所述星载实时处理器能够实时反映单机和各模块的工作状态，在出现故障的情况下，通过状态量定位故障点和故障原因。
28.本技术实施例的第二方面，公开了一种支持合成孔径雷达卫星成像与目标检测的星载实时处理系统，所述系统包括本技术实施例的第一方面所述的星载实时处理器、星载计算机和地面接收站，所述装置包括：
29.所述星载计算机根据所述地面接收站发射的遥测指令，控制星载sar在目标区域内执行电磁信号的收发任务，得到sar原始回波数据，并向所述星载实时处理器发送遥测指令；
30.所述星载实时处理器接收到所述星载计算机发送的遥测指令后，从所述星载计算机中获取sar原始回波数据，并对所述sar原始回波数据进行解析和格式化处理，得到多级
标准化产品；
31.将所述多级标准化产品进行封装后，发送给所述星载计算机，以使所述星载计算机将所述封装后的多级标准化产品发送到所述地面接收站。
32.本技术实施例包括以下优点：
33.在本技术实施例中，星载实时处理器接收星载计算机发布的遥测指令，并根据遥测指令从星载计算机中获取sar原始回波数据，然后对sar原始回波数据进行解析和格式化处理，得到多级标准化产品，其中，多级标准化产品包括：零级sar解析数据、一级sar成像结果数据、二级目标检测结果数据和二级目标重聚焦结果数据，最后将多级标准化产品进行封装后，发送给所述星载计算机。进而基于星载实时处理器实现对sar原始回波数据进行星上实时处理，实时处理可以快速有效提取sar图像中关键目标信息；并且，将sar原始回波数据处理为多级标准化产品，使得星载计算机可以直接对地传输用户所需的标准化产品，进而保持目标检测准确率的前提下，保障了关键目标信息获取的高时效性。
附图说明
34.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1是本技术实施例提供的一种支持合成孔径雷达卫星成像与目标检测的星载实时处理器的工作步骤流程图；
36.图2是本技术实施例提供的一种宽幅稀疏成像结果示意图；
37.图3为本技术实施例提供的一种重聚焦结果示意图；
38.图4是本技术实施例提供的一种星载实时处理器的处理单元总线架构示意图；
39.图5是本技术实施例提供的一种星载实时处理器的处理单元结构示意图；
40.图6是本技术实施例提供的一种包含一个处理单元的星载实时处理器的结构示意图；
41.图7是本技术实施例提供的一种包含两个处理单元的星载实时处理器的结构示意图；
42.图8是本技术实施例提供的一种星载实时处理器的单机包络的结构图；
43.图9是本技术实施例提供的一种星载实时处理器的软件架构示意图；
44.图10是本技术实施例提供的一种星载实时处理器的硬件和软件的整体架构示意图；
45.图11是本技术实施例提供的一种支持合成孔径雷达卫星成像与目标检测的星载实时处理系统的结构示意图。
具体实施方式
46.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人
员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
47.本技术实施例提供了一种支持合成孔径雷达卫星成像与目标检测的星载实时处理器，参照图1所示，图1示出了本技术实施例提供的一种支持合成孔径雷达卫星成像与目标检测的星载实时处理器的工作步骤流程图。本技术实施例提供的星载实时处理器的工作步骤包括步骤s110和步骤s130：
48.步骤s110：接收星载计算机发布的遥测指令，所述遥测指令表征需要执行的处理任务。
49.本技术实施例中，星载计算机是指卫星中所部署的计算机，用于接收地面接收站发送遥测指令(即地面接收站发布的测试任务)，以及将相应的处理任务通过遥测指令的方式发送给星载实时处理器，以使星载实时处理器执行相应的处理任务。星载实时处理器是部署在卫星上并和星载计算机连接，与星载计算机进行数据交互和执行星载计算机发布的处理任务。其中，星载计算机发布的遥测指令可以是控制星载实时处理器上电启动和断电关闭的开关指令，也可以是指示星载实时处理器执行相关数据处理任务的总线指令。
50.步骤s120：根据所述遥测指令从所述星载计算机中获取sar原始回波数据，并对所述sar原始回波数据进行解析和格式化处理，得到多级标准化产品，所述多级标准化产品至少包括：零级sar解析数据、一级sar成像结果数据、二级目标检测结果数据和二级目标重聚焦结果数据。
51.本技术实施例中，星载实时处理器在接收到星载计算机发布的遥测指令之后，根据该遥测指令指示的处理任务，从星载计算机中获取sar原始回波数据(即卫星利用发射天线对目标区域发射电磁信号，再经接收天线收集回波信号)，并对sar原始回波数据进行解析、在轨成像、目标检测、运动目标重聚焦等处理，分别得到sar解析数据、sar成像结果数据、目标检测结果数据和目标重聚焦结果数据，并将sar解析数据作为零级产品，sar成像结果数据作为一级产品，目标检测结果数据和目标重聚焦结果数据作为二级产品。
52.在一种实施方式中，在星载实时处理器中嵌入了多种模块功能，以实现对sar原始回波数据进行解析和格式化处理。具体地，所述对所述sar原始回波数据进行解析和格式化处理，得到多级标准化产品，包括步骤a1至步骤a4：
53.步骤a1：调用数据解析模块功能，按照sar载荷的原始回波数据格式对所述sar原始回波数据进行解析，得到二进制sar原始回波数据，以作为零级sar解析数据。
54.步骤a2：调用宽幅稀疏成像模块功能，对所述零级sar解析数据进行成像处理，得到宽幅稀疏成像结果，以作为一级sar成像结果数据。
55.其中，宽幅稀疏成像是指条带模式和不损失分辨率的前提下，将幅宽扩展1.5倍以上的sar成像。示例地，图2为本技术实施例提供的一种宽幅稀疏成像结果示意图，能够将精细条带成像幅宽为50km，拓展为102km，通过和谷歌地图的光学图像相比，得到的宽幅稀疏成像结果具有较高的分辨率。
56.步骤a3：调用目标检测模块功能，对所述一级sar成像结果数据进行目标检测处理，得到目标检测结果的切片及经纬度坐标信息，以作为二级目标检测结果数据。
57.具体地，由于一级sar成像结果数据是宽幅的成像，在进行目标检测处理时，需要将一级sar成像结果数据分成尺寸更小的图像(即将一级sar成像结果数据切片为尺寸更小的图像)进行目标检测，进而得到尺寸更小图像的目标检测结果，即得到目标检测结果的切
片及经纬度坐标信息。
58.步骤a4：调用重聚焦模块功能，基于所述一级sar成像结果数据和所述二级目标检测结果数据，对关键目标进行运动目标重聚焦补偿，得到尺寸结构清晰的关键目标切片图像及对应的经纬度坐标位置，以作为二级目标重聚焦结果数据。
59.具体地，将一级sar成像结果数据和二级目标检测结果数据的切片及其索引信息作为输入，对检测出关键目标切片图像进行重聚焦补偿处理，进而得到清晰度更高的目标切片图像及对应的经纬度坐标位置，示例地，图3为本技术实施例提供的一种重聚焦结果示意图。
60.在实际应用中，可以对sar原始回波数据进行从数据解析到重聚焦补偿的全流程处理，得到从零级到二级的所有标准化产品，也可以进行单独的处理，以得到指定的标准化产品。
61.步骤s130：将所述多级标准化产品进行封装后，发送给所述星载计算机。
62.具体地，星载实时处理器按照数传协议对多级标准化产品进行封装，同时还对遥测信息(即星载实时处理器的日志文件)进行封装，最后件封装后的数据发送星载计算机，以使星载计算机将装封装后的数据传输到地面接收站。
63.本技术实施例中，基于星载实时处理器实现对sar原始回波数据星上实时处理，实时处理可以快速有效提取sar图像中关键目标信息；并且，将sar原始回波数据处理为多级标准化产品，使得星载计算机可以直接对地传输用户所需的标准化产品，进而保持目标检测准确率的前提下，保障了关键目标信息获取的高时效性。
64.在一种可选的实施例中，所述星载实时处理器包括至少一个处理单元，每个处理单元包括接口板和处理板，所述接口板上部署有k7 fpga芯片，所述处理板上部署有gpu板卡；
65.所述k7 fpga芯片通过sn65hvd230收发器和can接口从所述星载计算机中获取所述遥测指令，并通过can总线将所述遥测指令转发到所述gpu板卡，以触发所述gpu板卡执行所述遥测指令对应的处理任务；
66.所述k7 fpga芯片通过tlk2711接口所述星载计算机中获取所述sar原始回波数据，并将所述sar原始回波数据通过pcie接口发送到所述gpu板卡，以使所述gpu板卡对所述待处理数据进行解析和格式化处理，得到多级标准化产品。
67.本技术实施例中，k7 fpga芯片外部通过sn65hvd230收发器和can(controller area network，控制器局域网总线)接口与星载计算机连接，内部通过pcie(peripheral component interconnect express，高速串行计算机扩展总线标准)接口与gpu板卡连接，形成管理及指令链路，进而基于管理及指令链路实现gpu板卡与星载计算机之间的数据(遥测指令和遥测数据)交互。其中，k7 fpga芯片是一种可编程阵列逻辑(field programmable gate array)芯片，sn65hvd230收发器是一种can接收器，用于接收can总线上的信号。也就是说，在上述步骤s110中，星载实时处理器通过管理及指令链路接收星载计算机发布的遥测指令。示例地，图4本技术实施例提供的一种星载实时处理器的处理单元总线架构示意图，图4中的(a)为管理及指令链路的示意图。
68.同时，k7 fpga芯片外部通过tlk2711接口与星载计算机连接，内部通过pcie接口与gpu板卡连接，形成图像数据链路，进而基于图像数据链路实现gpu板卡与星载计算机之
间的数据的交互。也就是说，在上述步骤s120中，星载实时处理器通过图像数据链路从星载计算机中获取sar原始回波数据。示例地，图4中的(b)为图像数据链路的示意图。
69.在一种可选的实施例中，所述接口板上还部署有a3p fpga芯片，所述a3p fpga芯片外部通过rs422接口与所述星载计算机连接，内部与nor flash闪存器和k7 fpga芯片连接；所述a3p fpga芯片按照以下步骤控制所述k7 fpga芯片实现程序上注：
70.当上注程序为k7 fpga芯片程序时，所述a3p fpga芯片将通过rs422接口接收的程序数据存储在所述nor flash闪存器中，以实现所述k7 fpga芯片的程序上注；当上注程序为gpu板卡程序时，所述a3p fpga芯片将通过rs422接口接收的程序数据转发给所述k7 fpga芯片，所述k7 fpga芯片通过pcie接口将所述程序数据转发给所述gpu板卡，以实现所述gpu板卡的程序上注。
71.本技术实施例中，星载实时处理器还具有程序上注功能，即对星载实时处理器中现有的模块功能进行更新(如，对数据解析模块功能、宽幅稀疏成像模块功能、目标检测模块功能、重聚焦模块功能等模块功能进行更新)，或对在星载实时处理器中扩展新的模块功能。具体地，在处理单元中，a3pfpga芯片外部通过rs422接口与所述星载计算机连接，内部与nor flash闪存器和k7 fpga芯片连接，形成上注数据串口链路，进而基于上注数据串口链路实现程序上注，图4中的(c)示意出了上注数据串口链路的结构示意图，其中rs422接口是一种高速低容错性的串行通讯接口。在具体实施时，通过三取二加载的方式实现程序上注，即将同样的程序数据上传三份，任意取出其中的两份查看是否相同，若相同则说明程序数据是正确的，并基于该正确的程序数据实现程序上注，进而实现对程序上注功能进行保护，以确保上注的程序都是正确的。
72.在一种可选的实施例中，所述处理板上还部署有以太网接口，所述以太网接口内部与所述gpu板卡连接，用于所述gpu板卡程序调试或与网口设备传输数据。
73.其中，以太网采用标准4线网口，由外部接插件直连至gpu处理板。示例地，图4中的(d)示意出了以太网接口与gpu板卡连接的示意图。在具体实施时，以太网接口通过88e1512芯片和变压器与gpu板卡连接。
74.在一种可选的实施例中，所述接口板上还部署有调试接口，所述调试接口内部直接或间接与所述a3p fpga芯片和所述k7 fpga芯片连接，用于对所述a3p fpga芯片和所述k7 fpga芯片调试。
75.其中，调试接口是指jtag接口(the joint test action group)和uart接口(a universal asynchronous receiver-transmitter)，图4中的(e)示意出了调试接口与a3p fpga和k7 fpga芯片连接的示意图。
76.示例地，图5是本技术实施例提供的一种星载实时处理器的处理单元结构示意图，处理单元通过接口板实现与星载计算机之间的数据交互，通过处理板提供高性能算力支撑，实现对从星载计算机中获取的sar原始回波数据进行处理。
77.在一种可选的实施例中，所述星载实时处理器还包括供配电模块，所述供配电模块包括：一次供电模式和二次供电模式，所述一次供配电模式兼容卫星28v隔离供电要求，所述一次供电模式和二次供电模式隔离。其中，一次供电模式电源提供的电压范围为+26v至+30v，二次供电模式电源提供的电压范围为+11v至+30v。
78.此外，在星载实时处理器的处理板中还包括nvme卡槽和ddr(double data rate，
双倍速率同步动态随机存储器)，nvme卡槽用于放置固态硬盘。其中，ddr包括有回波缓存区、图像缓存区、缓存区、辅助数据缓存区、yolo网表和检测切片缓存区；固态硬盘用于存储多级标准化产品(l0产品、l1产品、l2产品)。
79.示例地，图6是本技术实施例提供的一种包含一个处理单元的星载实时处理器的结构示意图，图7是本技术实施例提供的一种包含两个处理单元的星载实时处理器的结构示意图。在实际应用中，根据数据的处理需要选择合适的处理单元数量的星载实时处理器。
80.在具体实施时，星载实时处理器的硬件性能需要满足以下指标：
81.(1)星载实时处理器各类接口设计为铝合金2a12-h112；且工作温度为-15150℃。
82.(2)星载实时处理器中元器件选用设计：
83.星载实时处理器中的各类集成电路(特别是大规模集成电路)的元器件的降额设计，重点考虑降低元器件的“工作结温”、工作频率和输出电流。由于星载实时处理器的正常工作环境温度最高为50℃，远低于器件的额定温度125℃，所有器件的“最高结温”在星载实时处理器正常工作条件下均不超过85℃。而且，通过分析还可知：器件的正常工作频率和输出电流等应力设计合理，尽可能的降低了器件的工作温度和失效率，提高了器件的使用可靠性。
84.对阻容性元器件的功率等应力参数进行了重点设计和复合，确保了阻容性元器件各应力参数的降额系数满足ⅰ级降额要求。进而通过以上方法对每一模块进行了元器件降额统计，对星载实时处理器每一个元器件均进行降额分析，且星载实时处理器内所有元器件均需符合i级降额要求。
85.星载实时处理器所有组件，均按照工业级以上板卡设计和制备工艺加工，具体设计参数如下：
86.1)重量：≤1kg；
87.2)功耗：≤40w；
88.3)电源输入及地接口：供配电模块有专用回流线，一次供电模式电源回流不通过结构返回，一次供电模式电源回流线与星载实时处理器壳体隔离，并与二次供电模式电源回线接地点相隔离，隔离阻抗不小于1mω。此外，供配电模块的供电线采用双绞线，在插座上靠近安排，以减少回路面积和电磁干扰；供配电模块的导线根据需求选择双绞线、双绞屏蔽线、普通非屏蔽线和屏蔽线4种类型导线，同时为了避免导线受到干扰(如高速率数字信号线)选择双绞屏蔽线。此外，供配电模块的电源变换器dc/dc的输入与输出该隔离，隔离电阻大于1mω。感性负载(如，继电器电路)设有反电动势的泄放电路，以抑制反电动势对一次供电模式电源造成的电磁干扰，在电源输入端设置有效的过流保护措施。
89.4)星载实时处理器的存储系统为：64gb emmc 5.1，外接1t ssd(solid-state drive，固态硬盘)硬盘。
90.5)接口与总线：
91.tlk2711接口的速率≤1.8ghz；uart总线为点对点通信，单路总线速率115200bps；can接口的单通道速率500kbps。
92.6)gpu板卡参数：
93.gpu为nvidia volta架构，配备512个nvidia cuda core和64个tensor core，20tops(int8)，同时cpu为8核nvidia carmelv8.2 64位cpu，8mb l2+4mb l3，深度
学习加速器为2x nvdla，0tops(int8)，显存为32gb 256位lpddr4x(ecc支持)，136.5gb/秒，存储为64gb emmc 5.1，外接1tb ssd硬盘。
94.图8是本技术实施例提供的一种星载实时处理器的单机包络的结构图，图8中的(a)为围框顶部设计，图8中的(b)为围框中部设计，图8中的(c)为整机设计。围框结构设计适用于垂直安装和水平安装，各模块之间通过螺杆连接，构成星载实时处理器包络。具体地，星载实时处理器的单机包络设计指标如表1所示：
95.表1星载实时处理器的单机包络设计指标
[0096][0097]
在一种可选的实施例中，其特征在于，所述遥测指令包括开关指令，所述开关指令用于驱动继电器类的指令负载。
[0098]
其中，开关指令用于驱动继电器类的指令负载，进而实现星载实时处理器加电和断电控制。卫星平台采用高电压指令接口，遥测指令输出端具有负载短路情况下的过流保护能力，遥测指令接口电路设计应能滤除毫秒级脉冲宽度的毛刺干扰。
[0099]
进一步地，所述星载实时处理器的遥测接口设计包括：遥测指令输入采用隔离设计，以避免所述遥测指令造成对地短路；利用负载电路抑制开动作和关动作过程中所引起的瞬态效应；继电器负载反向电动势释放电路采用二极管串联的方式，所述二极管满足反向电动势的冲击。
[0100]
其中，遥测指令输入采用隔离设计，无论是遥测指令线、还是遥测指令的回线均应与负载端的电路地及结构地相隔离，进而不会造成指令信号对地短路，且负载电流应不大于180ma。负载电路抑制开、关动作过程中所引起的瞬态效应，例如，抑制继电器开动作和关动作过程中所引起的瞬态效应。
[0101]
在一种可选的实施例中，所述星载实时处理器能够实时反映单机和各模块的工作状态，在出现故障的情况下，通过状态量定位故障点和故障原因。
[0102]
本技术实施例中，星载实时处理器用到的状态检测输出包括模拟量输出、总线状
态输出2种方式。具体地，实时处理器单机遥测类型如表2所示。
[0103]
表2实时处理器单机遥测类型
[0104]
序号遥测名称类型采集端1+12v遥测模拟量遥测整星2一次供电模块遥测总线遥测接口板3接口板遥测总线遥测接口板4gpu处理板总线遥测接口板
[0105]
此外，星载实时处理器的模拟信号源高端电压范围：相对于模拟信号源低端为0至5.1v；输出阻抗：≤5kω；过压能力：在模拟信号源的输出线或是其返回线上施加
±
12v的过电压应不损坏模拟源，而流进或流出任何一条线的电流不应大于10ma；短路保护：输出永久性对地短路，不会引起任何损坏，也不应影响设备其它部分的性能。
[0106]
图9是本技术实施例提供的一种星载实时处理器的软件架构示意图，为了实现合成孔径雷达卫星成像与目标检测，星载实时处理器按照图9所示的软件架构进行软件部署。如图9所示，星载实时处理器的软件架构由高到低分别为：数据产品层、应用层、统一规范语言层、算法层、硬件层。具体地，星载实时处理器的数据产品包括：l0级产品、l1级产品、l2级产品(产品格式为hierarchical data format，分层数据格式)，即零级sar解析数据、一级sar成像结果数据、二级目标检测结果数据和二级目标重聚焦结果数据，进而为用户提供观测区域内sar成像结果的关键信息。
[0107]
星载实时处理器的具体应用包括卫星在轨处理应用及相关嵌入式、目标检测等地面处理系统。星载实时处理器在轨处理软件主要基于python和c++语言开发，集成算法包括轨道算法、卫星姿态算法、sar成像算法、目标检测算法、目标重聚焦算法等。星载实时处理器的开发平台为soc(system on chip)平台，通过嵌入式集成开发，搭建gpu版本的linux系统，并集成部署sar卫星数据解析、sar成像、目标检测、运动目标重聚焦、软件在轨重构及数据回传等全流程产品算法。
[0108]
此外，星载实时处理器软件配置包括：在a3p fpga程序、k7 fpga程序、gpu板卡驱动程序和gpu板卡处理程序。其中，gpu板卡驱动程序包含tlk2711接口驱动模块、can口驱动模块、rs422上注口驱动模块。gpu板卡处理程序包含主控模块(即软件在轨重构)、数据解析模块、成像处理模块、目标检测模块、重聚焦模块和网表文件组成。并且，各模块或文件均为独立封装，可分别上注。
[0109]
在一种可选地实施例中，星载实时处理器设置有不同的工作模式，进而星载实时处理器根据遥测指令确定的需要执行的工作模式。星载实时处理器运行的主要工作模式包括：待机模式、数据接收模式、预处理模式、成像处理模式、目标检测模式、重聚焦模式、批量处理模式、数据回传模式、测试模式、轨重构模式和存储区擦除模式。具体地：
[0110]
待机模式，gpu板卡清空全部处理进程，不做任何处理。
[0111]
数据接收模式，gpu板卡接收tlk2711发送的sar原始回波数据，并按照二进制格式存储到星载实时处理器的固态硬盘中。
[0112]
预处理模式，gpu板卡读取存储在固态硬盘中的sar原始回波数据，并调用数据解析模块功能，将数据按照sar载荷的原始回波数据格式解析，将得到的数据按照l0级产品(零级sar解析数据)格式存储到固态硬盘中。
[0113]
成像处理模式，gpu板卡读取存储在固态硬盘中的l0级产品数据，并调用宽幅稀疏成像模块功能进行成像处理，将得到的数据按照l1级产品(一级sar成像结果数据)格式存储到固态硬盘中。
[0114]
目标检测模式，gpu板卡读取存储在固态硬盘中的l1级产品数据，并调用目标检测模块功能进行目标检测处理，将得到的数据按照l2级产品(二级目标检测结果数据)格式存储到固态硬盘中。
[0115]
重聚焦模式，gpu板卡读取存储在固态硬盘中的l2级产品数据，并调用重聚焦模块功能进行重聚焦处理，将得到的数据按照l2级产品(二级目标重聚焦结果数据)格式存储到固态硬盘中。
[0116]
批量处理模式，gpu板卡自动按照顺序依次完成预处理、成像、目标检测、重聚焦功能，得到多级标准化产品，即零级sar解析数据、一级sar成像结果数据、二级目标检测结果数据和二级目标重聚焦结果数据。
[0117]
数据回传模式，gpu板卡读取存储在固态硬盘中的数据文件(即封装后的多级标准化产品)，进而通过tlk2711接口将发送星载计算器。
[0118]
测试模式，gpu板卡运行指定的搭载测试程序。
[0119]
在轨重构模式，gpu板卡通过加载上注程序，更新指定的程序版本并保留原稳定版本，若版本异常可退回稳定版本执行任务。
[0120]
存储区擦除模式，gpu板卡清空指定存储区或文件。
[0121]
图10示意出了本技术实施例提供的一种星载实时处理器的硬件和软件的整体架构示意图。具体地，星载实时处理器主要由gpu板卡和与之匹配的功能模组(即固态硬盘、双倍速率同步动态随机存储器ddr、arm处理器等)、电源模组集成，各个模块即插即用。同时在星载实时处理器集成有多种模块功能(算法)，即sar原始回波解析功能、sar在轨成像功能、目标快速检测功能、动目标重聚焦功能、数据传输功能、软件在轨重构功能。进而，当星载实时处理器获取到sar原始回波数据后，对sar原始回波数据解析、在轨成像、目标检测、运动目标重聚焦等处理，得到多级标准化产品。进而，基于星载实时处理器实现对sar原始回波数据进行星上实时处理，快速有效提取sar图像中关键目标信息。并将多级标准化产品发送给星载计算机，以使星载计算机可以直接对地传输用户所需的标准化产品，进而保持目标检测准确率的前提下，保障了关键目标信息获取的高时效性。
[0122]
本技术实施例还提供了一种支持合成孔径雷达卫星成像与目标检测的星载实时处理系统，参照图11所示，图11示出了本技术实施例的一种支持合成孔径雷达卫星成像与目标检测的星载实时处理系统的结构示意图，所述系统包括本技术实施例所述的地面接收站1110、星载计算机1120和星载实时处理器1130；
[0123]
所述星载计算机1120根据所述地面接收站1110发射的遥测指令，控制星载sar在目标区域内执行电磁信号的收发任务，得到sar原始回波数据，并向所述星载实时处理器1130发送遥测指令；
[0124]
所述星载实时处理器1130接收到所述星载计算机1120发送的遥测指令后，从所述星载计算机中获取sar原始回波数据，并对所述sar原始回波数据进行解析和格式化处理，得到多级标准化产品；
[0125]
将所述多级标准化产品进行封装后，发送给所述星载计算1120机，以使所述星载
计算机1120将所述封装后的多级标准化产品发送到所述地面接收站1110。
[0126]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0127]
本技术实施例是参照根据本技术实施例的星载实时处理器和星载实时处理系统的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理器或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0128]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0129]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0130]
尽管已描述了本技术实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术实施例范围的所有变更和修改。
[0131]
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
[0132]
以上对本技术所提供的一种支持合成孔径雷达卫星成像与目标检测的星载实时处理器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。

技术特征：
1.一种支持合成孔径雷达卫星成像与目标检测的星载实时处理器，其特征在于，包括：接收星载计算机发布的遥测指令，所述遥测指令表征需要执行的处理任务；根据所述遥测指令从所述星载计算机中获取sar原始回波数据，并对所述sar原始回波数据进行解析和格式化处理，得到多级标准化产品，所述多级标准化产品包括：零级sar解析数据、一级sar成像结果数据、二级目标检测结果数据和二级目标重聚焦结果数据；将所述多级标准化产品进行封装后，发送给所述星载计算机。2.根据权利要求1所述的星载实时处理器，其特征在于，所述对所述sar原始回波数据进行解析和格式化处理，得到多级标准化产品，包括：调用数据解析模块功能，按照sar载荷的原始回波数据格式对所述sar原始回波数据进行解析，得到二进制sar原始回波数据，以作为零级sar解析数据；调用宽幅稀疏成像模块功能，对所述零级sar解析数据进行成像处理，得到宽幅稀疏成像结果，以作为一级sar成像结果数据；调用目标检测模块功能，对所述一级sar成像结果数据进行目标检测处理，得到目标检测结果的切片及经纬度坐标信息，以作为二级目标检测结果数据；调用重聚焦模块功能，基于所述一级sar成像结果数据和所述二级目标检测结果数据，对关键目标进行运动目标重聚焦补偿，得到尺寸结构清晰的关键目标切片图像及对应的经纬度坐标位置，以作为二级目标重聚焦结果数据。3.根据权利要求1所述的星载实时处理器，其特征在于，所述星载实时处理器包括至少一个处理单元，每个处理单元包括接口板和处理板，所述接口板上部署有k7 fpga芯片，所述处理板上部署有gpu板卡；所述k7 fpga芯片通过sn65hvd230收发器和can接口从所述星载计算机中获取所述遥测指令，并通过can总线将所述遥测指令转发到所述gpu板卡，以触发所述gpu板卡执行所述遥测指令对应的处理任务；所述k7 fpga芯片通过tlk2711接口所述星载计算机中获取所述sar原始回波数据，并将所述sar原始回波数据通过pcie接口发送到所述gpu板卡，以使所述gpu板卡对所述待处理数据进行解析和格式化处理，得到多级标准化产品。4.根据权利要求3所述的星载实时处理器，其特征在于，所述接口板上还部署有a3p fpga芯片，所述a3p fpga芯片外部通过rs422接口与所述星载计算机连接，内部与nor flash闪存器和k7 fpga芯片连接；所述a3p fpga芯片按照以下步骤控制所述k7 fpga芯片实现程序上注：当上注程序为k7 fpga芯片程序时，所述a3p fpga芯片将通过rs422接口接收的程序数据存储在所述nor flash闪存器中，以实现所述k7 fpga芯片的程序上注；当上注程序为gpu板卡程序时，所述a3p fpga芯片将通过rs422接口接收的程序数据转发给所述k7 fpga芯片，所述k7 fpga芯片通过pcie接口将所述程序数据转发给所述gpu板卡，以实现所述gpu板卡的程序上注。5.根据权利要求3所述的星载实时处理器，其特征在于，所述处理板上还部署有以太网接口，所述以太网接口内部与所述gpu板卡连接，用于所述gpu板卡程序调试或与网口设备传输数据。6.根据权利要求3所述的星载实时处理器，其特征在于，所述接口板上还部署有调试接
口，所述调试接口内部直接或间接与所述a3p fpga芯片和所述k7 fpga芯片连接，用于对所述a3p fpga芯片和所述k7 fpga芯片调试。7.根据权利要求3所述的星载实时处理器，其特征在于，所述星载实时处理器还包括供配电模块，所述供配电模块包括：一次供电模式和二次供电模式，所述一次供配电模式兼容卫星28v隔离供电要求，所述一次供电模式和二次供电模式隔离。8.根据权利要求1所述的星载实时处理器，其特征在于，所述遥测指令包括开关指令，所述开关指令用于驱动继电器类的指令负载；所述星载实时处理器的遥测接口设计包括：遥测指令输入采用隔离设计，以避免所述遥测指令造成对地短路；利用负载电路抑制开动作和关动作过程中所引起的瞬态效应；继电器负载反向电动势释放电路采用二极管串联的方式，所述二极管满足反向电动势的冲击。9.根据权利要求1所述的星载实时处理器，其特征在于，所述星载实时处理器能够实时反映单机和各模块的工作状态，在出现故障的情况下，通过状态量定位故障点和故障原因。10.一种支持合成孔径雷达卫星成像与目标检测的星载实时处理系统，其特征在于，所述系统包括如权利要求1至9中任一项所述的星载实时处理器、星载计算机和地面接收站；所述星载计算机根据所述地面接收站发射的遥测指令，控制星载sar在目标区域内执行电磁信号的收发任务，得到sar原始回波数据，并向所述星载实时处理器发送遥测指令；所述星载实时处理器接收到所述星载计算机发送的遥测指令后，从所述星载计算机中获取sar原始回波数据，并对所述sar原始回波数据进行解析和格式化处理，得到多级标准化产品；将所述多级标准化产品进行封装后，发送给所述星载计算机，以使所述星载计算机将所述封装后的多级标准化产品发送到所述地面接收站。

技术总结
本申请提供了一种支持合成孔径雷达卫星成像与目标检测的星载实时处理器，属于航天卫星技术领域，包括：接收星载计算机发布的遥测指令，遥测指令表征需要执行的处理任务；根据遥测指令从所述星载计算机中获取SAR原始回波数据，并对SAR原始回波数据进行解析和格式化处理，得到多级标准化产品，多级标准化产品包括：零级SAR解析数据、一级SAR成像结果数据、二级目标检测结果数据和二级目标重聚焦结果数据；将多级标准化产品进行封装后，发送给所述星载计算机。进而实现对SAR原始回波数据进行星上实时处理，有效提取SAR图像中关键目标信息；同时在保持目标检测准确率的前提下，保障了关键目标信息获取的高时效性。了关键目标信息获取的高时效性。了关键目标信息获取的高时效性。


技术研发人员：李刚 王志豪 王学谦 董博远 韩江鸿 张霖平
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/9/25