合成孔徑雷達(dá)成像算法的并行優(yōu)化與實(shí)現(xiàn).pdf

1、合成孔徑雷達(dá)（SAR，Synthetic Aperture Radar）具有全天候和高分辨的對地觀測能力，在戰(zhàn)場監(jiān)視和災(zāi)后救援等軍事和民用領(lǐng)域均得到廣泛應(yīng)用。衛(wèi)星和飛機(jī)等各異的雷達(dá)平臺、正側(cè)和斜視等不同的成像模式以及厘米級分辨率的應(yīng)用需求，使得 SAR成像處理呈現(xiàn)出算法復(fù)雜化、數(shù)據(jù)海量化等趨勢，這些變化給 SAR平臺的準(zhǔn)實(shí)時成像處理提出了巨大的挑戰(zhàn)，因此基于高性能計算平臺的SAR成像處理算法并行優(yōu)化成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。
　　本文基

2、于圖形處理器（GPU，Graphic Processing Unit）的高性能計算結(jié)構(gòu)開展了正側(cè)視和斜視成像條件下典型成像算法的并行優(yōu)化技術(shù)研究，搭建了基于GPU的合成孔徑雷達(dá)成像處理仿真系統(tǒng)，驗(yàn)證了優(yōu)化算法的功能和性能。研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于GPU的計算結(jié)構(gòu)和并行優(yōu)化方法可大幅提高典型應(yīng)用背景下孔徑成像處理算法的性能，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)實(shí)時的成像處理。
　　論文在分析 SAR成像處理技術(shù)及其發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，研究了統(tǒng)一計算設(shè)備架構(gòu)（CUD

3、A，Compute Unified Device Architecture）的并行計算模型，為進(jìn)一步的成像算法優(yōu)化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
　　研究了正側(cè)視條件下的成像機(jī)理和距離多普勒（RD，Range Doppler）成像算法，針對該成像算法中插值操作無法多線程并行化計算的問題，結(jié)合GPU和CPU各自的計算特點(diǎn)，將RD算法分為2個部分：距離壓縮和距離向數(shù)據(jù)插值參數(shù)的計算由CPU來完成；根據(jù)插值參數(shù)完成距離向數(shù)據(jù)的插值和方位壓縮由GPU來

4、完成。這種將RD算法合理分配給GPU和CPU來計算的方法充分的利用了GPU和CPU各自的特點(diǎn)和計算能力，有效提高了成像算法的計算效率，滿足了準(zhǔn)實(shí)時的計算需求。
　　研究了斜視條件下的成像機(jī)理和CS（Chirp Scaling）成像算法，針對該成像算法中小斜視角和大斜視角下距離徙動校正偏差的問題，進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析，之后結(jié)合CS算法的特點(diǎn)，合理完成內(nèi)存和顯存的分配，相位相乘的同時完成顯存數(shù)據(jù)存儲方式的改變，使得基于GPU的CS并行

5、算法具有準(zhǔn)實(shí)時的計算效率。
　　同時也研究了SAR回波仿真方法，進(jìn)行了回波仿真算法的并行優(yōu)化，并提出了一種基于時延離散化的SAR高效回波仿真方法。充分利用GPU和CPU的優(yōu)點(diǎn)搭建了SAR仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，為成像算法性能驗(yàn)證提供了高性能的仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境。
　　開展了多種成像模式下不同場景的SAR成像處理仿真驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)研究，對并行優(yōu)化完成的成像算法進(jìn)行了功能和性能驗(yàn)證，仿真實(shí)驗(yàn)表明基于GPU的SAR并行成像平臺具有準(zhǔn)實(shí)時的性能，有廣泛的