針對(duì)雙天線干涉SAR 基線測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性要求高和體積小的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于FPGA + PCI 的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)。 系統(tǒng)基于PCI 總線技術(shù)，采用FPGA 和大容量SDRAM 對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行控制和緩存，利用多個(gè)硬盤組成的磁盤陣列進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了CCD 相機(jī)和激光測(cè)距儀與PCI 總線間的高速數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了功能和性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)數(shù)據(jù)吞吐量大，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，性能穩(wěn)定，能夠有效地滿足基線測(cè)量系統(tǒng)的需求。雙天線干涉合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)可以獲取地面目標(biāo)的高程信息，具有全天候、全天時(shí)工作、測(cè)繪范圍廣、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。干涉測(cè)量一般采用單軌雙天線或重復(fù)軌道單天線系統(tǒng)，對(duì)于單軌雙天線系統(tǒng)，其交軌干涉基線越長、越精確，獲取的高程精度越高。一般干涉基線長度大于4 m 時(shí)，基線呈柔性結(jié)構(gòu)而不能保持穩(wěn)定基線，由于柔性基線結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的變形和抖動(dòng)，會(huì)造成2 個(gè)天線的相對(duì)位置和姿態(tài)動(dòng)態(tài)變化，并最終嚴(yán)重影響高程精度。 采用CCD 相機(jī)和激光測(cè)距儀的組合基線測(cè)量系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)2 個(gè)天線的位置和姿態(tài)變化進(jìn)行精密動(dòng)態(tài)測(cè)量，CCD 相機(jī)對(duì)布設(shè)在天線上LED 標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行高速跟蹤拍攝，激光測(cè)距儀同步測(cè)量平臺(tái)與合作目標(biāo)之間的距離。 這使得柔性基線測(cè)量系統(tǒng)具有輸出數(shù)據(jù)量大、處理算法復(fù)雜、計(jì)算量大、處理實(shí)時(shí)性要求高等特點(diǎn)，本文針對(duì)柔性基線測(cè)量系統(tǒng)的需求，提出一種基于FPGA +PCI 的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與高速存儲(chǔ)的解決方案，進(jìn)行了硬件關(guān)鍵功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)采用FPGA進(jìn)行核心邏輯控制，對(duì)CCD 相機(jī)和激光測(cè)距儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步采集控制，整理、利用外部大容量的SDRAM 組進(jìn)行緩存，采用專用的PCI 接口芯片PLX9656,實(shí)現(xiàn)了2 個(gè)傳感器數(shù)據(jù)與PCI 總線數(shù)據(jù)的高速傳輸，利用多個(gè)SATA 硬盤構(gòu)成的大容量的磁盤陣列進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。 并對(duì)該數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行了功能和性能測(cè)試，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠有效解決柔性基線測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)高速采集，大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾y題。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

1. 1 主要功能和技術(shù)指標(biāo)

在柔性基線測(cè)量系統(tǒng)中，為了精確實(shí)時(shí)測(cè)量柔性基線的抖動(dòng)和2 個(gè)天線相對(duì)姿態(tài)的變化，需要選擇高幀頻、大面陣的CCD 相機(jī)和高精度的激光測(cè)距儀進(jìn)行組合測(cè)量，這樣會(huì)產(chǎn)生大量高速的圖像數(shù)據(jù)和激光測(cè)距儀輸出的距離數(shù)據(jù)。 因此本文設(shè)計(jì)的高速采集存儲(chǔ)系統(tǒng)主要功能是控制各測(cè)量傳感器之間的時(shí)間同步，完成各傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分流。 一路數(shù)據(jù)進(jìn)行高速存儲(chǔ)； 另一路數(shù)據(jù)輸出至另外的實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中。根據(jù)柔性基線測(cè)量系統(tǒng)的要求，本文系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)崟r(shí)采集和存儲(chǔ)2 個(gè)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)，需要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)主要包括持續(xù)采集速度、持續(xù)存儲(chǔ)速度和最小存儲(chǔ)容量等。系統(tǒng)中CCD 相機(jī)采用SVS-VISTEK 公司生產(chǎn)的一款高分辨率、高幀頻的面陣數(shù)字相機(jī)，圖像的分辨率為1608 列× 1208 行，相機(jī)幀頻最高為30 Hz. 該相機(jī)數(shù)據(jù)AD 采樣為10 位，數(shù)據(jù)采集只取高8 位，則CCD 相機(jī)每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量約為55. 57 MB. 激光測(cè)距儀采用的是德國公司生產(chǎn)的LRFS-0040-2 激光測(cè)距儀，測(cè)量速率最高可達(dá)50Hz,數(shù)據(jù)接口采用的是RS 422 接口，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量為9. 6 KB / s.2 個(gè)傳感器每秒的數(shù)據(jù)量約為56 MB / s,則采集系統(tǒng)的持續(xù)采集速度必須大于56 MB / s,才能對(duì)2 個(gè)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。只有當(dāng)持續(xù)存儲(chǔ)速率大于采集速度時(shí)，才能夠把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。 所以持續(xù)存儲(chǔ)速度要大于56 MB / s,SATA 硬盤理論讀寫速度最大可達(dá)150 MB / s,利用多個(gè)SATA 硬盤組成RAID陣列，可以提供比單個(gè)硬盤更高的存儲(chǔ)性能。

根據(jù)柔性基線測(cè)量系統(tǒng)的需求，該采集存儲(chǔ)系統(tǒng)的持續(xù)工作時(shí)間最長約為2 h,則需要的最小的存儲(chǔ)容量約為390. 76 GB.根據(jù)上述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的需求分析，并考慮到系統(tǒng)的可擴(kuò)展性以及數(shù)據(jù)實(shí)際傳輸、終端處理的需要，要求數(shù)據(jù)采集記錄速度要達(dá)到70 MB / s,持續(xù)寫盤陣速度要達(dá)到120 MB / s,存儲(chǔ)容量要求達(dá)到2 TB.對(duì)于32 bit /33 MHz 的PCI 總線，實(shí)際使用中一般能達(dá)到80 MB / s,數(shù)據(jù)進(jìn)出系統(tǒng)內(nèi)存都要經(jīng)過PCI 總線，會(huì)導(dǎo)致總線的效率降低一半。 而系統(tǒng)的采集速度必須大于56 MB / s,所以選擇64 bit /66 MHz的PCI 總線，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆逯邓俣瓤梢赃_(dá)到528 MB / s,現(xiàn)有系統(tǒng)表明64 bit /66 MHz的PCI 總線實(shí)際傳輸?shù)乃俣饶苓_(dá)到200 MB / s 以上，所以該P(yáng)CI 總線的傳輸速度完全能滿足系統(tǒng)需求。