基于并行架構(gòu)的視頻SAR成像算法研究與軟件實(shí)現(xiàn).pdf

1、SAR（合成孔徑雷達(dá)）憑借其探測距離遠(yuǎn)、受氣候和光線影響小等諸多優(yōu)點(diǎn)，在國防軍事上和人民生活中發(fā)揮著重要作用[1]。SAR成像需要處理的數(shù)據(jù)規(guī)模龐大，運(yùn)算量大，難以實(shí)現(xiàn)高幀率的視頻SAR。為了使SAR成像算法適應(yīng)監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性需求，快速成像并連續(xù)顯示，成像算法的優(yōu)化與搭建最優(yōu)的硬件和軟件環(huán)境是必不可少的兩個(gè)方面。SAR成像算法發(fā)展至今已經(jīng)相當(dāng)成熟，尋求相應(yīng)的硬件和軟件環(huán)境就成為了提升成像算法運(yùn)行效率的關(guān)鍵因素。本文以基于并行架構(gòu)的視頻

2、 SAR成像算法研究和軟件實(shí)現(xiàn)為課題，重點(diǎn)討論了算法在 GPU并行計(jì)算平臺(tái)——CUDA上的實(shí)施和相關(guān)優(yōu)化過程，最終將成像效率提升了約24倍。其主要內(nèi)容分為如下四個(gè)部分。
　　1.該部分主要研究了成像算法的對比選擇。從SAR成像的一般原理出發(fā)，對三種高分辨率SAR成像算法（RD算法，CS算法和ωK算法）進(jìn)行比較，對比了各自的特點(diǎn)、處理步驟和不足，然后選擇ωK算法作為適用的視頻SAR成像方案。
　　2.該部分主要研究了ωK算法的

3、仿真和并行計(jì)算的硬件映射。在MATLAB平臺(tái)上仿真實(shí)現(xiàn)視頻 SAR的ωK算法并測試通過，為了利用 GPU并行計(jì)算平臺(tái)CUDA的多核并行計(jì)算優(yōu)勢，需要對所選的成像算法進(jìn)行硬件映射。根據(jù)成像算法涉及到的具體運(yùn)算，抽象出矩陣接口和復(fù)數(shù)接口，在CUDA平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)過程中兼顧了程序的擴(kuò)展性和復(fù)用性。然后利用這兩個(gè)接口將成像算法映射到CUDA平臺(tái)。
　　3.該部分主要研究了成像算法運(yùn)行效率的優(yōu)化。為了達(dá)到GPU執(zhí)行效率的最大化，分析了GP

4、U的硬件資源分配和執(zhí)行模式，并根據(jù)與CPU執(zhí)行模式的差異，分析了制約其運(yùn)行效率的兩個(gè)方面。在此基礎(chǔ)上,從線程束分支、資源分配和時(shí)延隱藏三個(gè)方面討論了優(yōu)化的策略，并給出了核函數(shù)的最優(yōu)化配置準(zhǔn)則。然后對算法中出現(xiàn)最頻繁的矩陣乘法進(jìn)行了精度提升，并深度優(yōu)化了其訪問顯存的速度和次數(shù)。通過改變矩陣乘法的運(yùn)算結(jié)構(gòu)，將矩陣分塊，進(jìn)一步減少了顯存訪問次數(shù)，提高了運(yùn)行速度。最后借助Visual Studio的性能分析工具減少了成像算法中高密度運(yùn)算部分的耗

5、時(shí)，并通過對顯存訪問的分析，優(yōu)化了算法的整體實(shí)現(xiàn)。
　　4.該部分主要研究了成像軟件的模塊化設(shè)計(jì)。成像軟件按照功能可分為雷達(dá)交互、成像算法處理和圖像和波形顯示三個(gè)部分，雷達(dá)交互部分通過串口通信設(shè)置波形參數(shù)和雷達(dá)硬件參數(shù)，控制雷達(dá)發(fā)射和接收波形信號，控制上位機(jī)（運(yùn)行視頻 SAR成像算法的主機(jī)）通過 UDP通信接收經(jīng)雷達(dá)處理后的回波信號。成像算法處理模塊根據(jù)輸入的成像參數(shù)和設(shè)置的成像模式在上位機(jī)上調(diào)用并運(yùn)行成像算法。圖像和波形顯示模塊