【摘要】：視頻合成孔徑雷達(dá)(Video Synthetic Aperture Radar,ViSAR)是一種主動式微波遙感系統(tǒng),與光學(xué)和紅外等傳感器相比,其具有較強(qiáng)的云霧、煙塵和淺層地表穿透能力,可實現(xiàn)全天時、全天候和高分辨對地觀測成像。與傳統(tǒng)SAR相比,視頻SAR可以對地面場景目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)多幀的不間斷觀測成像,并實現(xiàn)可靠的運(yùn)動目標(biāo)檢測,屬于雷達(dá)研究前沿技術(shù)。視頻SAR在研制過程中需要使用回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像算法、運(yùn)動補(bǔ)償算法驗證,參數(shù)設(shè)置優(yōu)化以及系統(tǒng)性能評估。由于實測回波數(shù)據(jù)的獲取成本高、技術(shù)要求大等原因,通過仿真模擬得到回波數(shù)據(jù)受到科研人員青睞。然而,面對視頻SAR高幀率、高分辨和寬測繪帶視頻成像需求,針對分布式場景目標(biāo)進(jìn)行回波信號仿真的數(shù)據(jù)量和仿真時間急劇增大。近年來,基于圖形處理器(Graphics Processing Unit,GPU)的并行仿真研究逐漸深入�；谝陨媳尘�,本文主要研究基于GPU的視頻SAR回波信號仿真。首先,通過介紹合成孔徑原理推導(dǎo)回波信號模型。通過將時域回波信號模型中發(fā)射信號與系統(tǒng)脈沖響應(yīng)函數(shù)在頻域分離并,得到基于一維頻域傅里葉變換的回波信號模型,并將其與視頻SAR應(yīng)用結(jié)合。分析一維頻域傅里葉變換方法在脈沖相干累加時對回波主瓣的偏移降低了回波精度,進(jìn)而引入辛克函數(shù)窗來改善回波幅度特性。通過分析回波按所在距離采樣單元做脈沖相干累加,得出地面散射點(diǎn)的最大布點(diǎn)間隔應(yīng)為距離采樣間隔的地面投影。分析傳統(tǒng)方法通過計算場景所有散射點(diǎn)的斜距和斜視角進(jìn)行波束覆蓋判斷存在很大計算冗余,提出根據(jù)雷達(dá)成像幾何關(guān)系篩選局部場景進(jìn)行波束覆蓋判斷方法。此外,根據(jù)視頻SAR的實際工作場景,構(gòu)建條帶式和聚束式回波信號型,并提出包含運(yùn)動目標(biāo)的復(fù)雜場景的回波仿真方法。其次,通過介紹統(tǒng)一計算設(shè)備架構(gòu)(7)Compute Unified Device Architecture,CUDA(8)基于“CPU+GPU”的異構(gòu)編程模式,分析CPU端CUDA主程序進(jìn)行邏輯處理和控制GPU運(yùn)行的方式,分析CUDA內(nèi)核程序以線程塊形式加載到GPU流多處理器上并行執(zhí)行的方式。通過分析GPU上不同類型存儲器的存儲容量、訪問速度和使用方法以及CUFFT并行實現(xiàn)傅里葉變換的方式,為基于GPU的視頻SAR回波仿真提供并行技術(shù)基礎(chǔ)。完成視頻SAR回波仿真的并行化分析和并行處理框架設(shè)計,并對并行處理進(jìn)行了四個方面的改進(jìn),分別是任務(wù)分塊處理、脈沖相干累加優(yōu)化、合并訪存優(yōu)化以及通道傳輸優(yōu)化。通過并行優(yōu)化提高大場景高分辨視頻SAR回波仿真的實現(xiàn)效率。最后,通過仿真實驗,驗證了改進(jìn)后回波信號模型可以改善回波信號幅度。進(jìn)行分組實驗,驗證多種成像模式和包含運(yùn)動目標(biāo)的復(fù)雜場景下視頻SAR回波仿真的準(zhǔn)確性。對不同大小的場景目標(biāo)進(jìn)行回波仿真時間統(tǒng)計,實驗結(jié)果表明本文所述基于GPU的視頻SAR回波仿真方法有較大的效率提升。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN957.52

【參考文獻(xiàn)】

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1 林江紅;彈載SAR回波信號仿真研究[D];上海交通大學(xué);2013年

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本文編號：2613647