【摘要】：合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一種具有全天時、全天候、回波信息豐富等特點的重要遙感技術(shù)手段,在軍事、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等領(lǐng)域均具有巨大的應(yīng)用潛力。高分辨率SAR系統(tǒng)的成像分辨率已經(jīng)達(dá)到厘米級的精度,接收的回波數(shù)據(jù)量巨大,且需要經(jīng)過復(fù)雜成像算法處理才能獲得圖像。很多應(yīng)用場景對SAR的成像系統(tǒng)有較高的實時性要求,使得高速成像處理成為SAR的一項關(guān)鍵技術(shù)。自2006年以來,圖形處理器(Graphics Processing Unit,GPU)進(jìn)入統(tǒng)一渲染架構(gòu)時代,計算能力與存儲帶寬得到大幅提升。本文希望利用GPU大規(guī)模并行處理的體系結(jié)構(gòu)特點,加速SAR成像的計算過程,為基于GPU的SAR實時成像系統(tǒng)提供高速的計算方法。本文的主要研究內(nèi)容和成果為:1、研究GPU自誕生以來的硬件架構(gòu)變遷,詳細(xì)分析Maxwell架構(gòu)GPU的計算性能及存儲層次。根據(jù)研究過程遇到的問題,總結(jié)出在統(tǒng)一計算設(shè)備架構(gòu)(Compute Unified Device Architecture,CUDA)編程平臺上設(shè)計GPU并行計算函數(shù)的編程要點。2、介紹SAR的成像原理以及常用的成像算法。從工程角度出發(fā),給出一種適合在在GPU上進(jìn)行并行計算的距離-多普勒(Range-Doppler,RD)成像算法。用實測數(shù)據(jù)進(jìn)行成像測試,得到清晰的成像結(jié)果,驗證了方法的可行性。3、為進(jìn)一步加速SAR成像算法,給出一種基于Stockhanm計算結(jié)構(gòu)的FFT并行計算方法,和一種原址矩陣轉(zhuǎn)置方法。通過整合計算過程,脈沖壓縮計算過程與目前使用cuFFT庫函數(shù)的GPU成像加速研究相比,得到兩倍左右的速度提升。在GTX970 GPU上,68毫秒即可完成8192×4096點回波數(shù)據(jù)的成像。同時,成像算法的顯存空間占用減少了三分之二。
【圖文】：

第二章 SAR 成像原理及成像算法第二章 SAR 成像原理及成像算法2.1 成像模型圖 2.1 表示合成孔徑雷達(dá)探測一個條形區(qū)域的過程。平臺在高度為 H 的空中沿飛行方向以勻速 V 做直線運(yùn)動，稱平臺的運(yùn)動方向為方位向，相垂直的方向為距離向。雷達(dá)以脈沖重復(fù)頻率（Pulse Repetition Frequencies，PRF）發(fā)射脈沖信號。圖中的一串圓點表示 SAR 發(fā)射脈沖信號的位置，每個脈沖信號通過天線發(fā)射到波束指向的區(qū)域，照射到該區(qū)域的目標(biāo)，再由天線接收反射的回波信號。雷達(dá)發(fā)射的脈沖信號以光速往返于目標(biāo)，，比載機(jī)的飛行速度快得多，因此可以近似認(rèn)為雷達(dá)于同一位置發(fā)射并接收信號。

18圖 3.1 GM204 核心的完整結(jié)構(gòu)圖個 SM 的硬件細(xì)節(jié)如圖 3.2 所示，每個 SM 內(nèi)部共有 128 個計算核心（ 32bit 的寄存器堆（register file）和 96KB 的共享內(nèi)存空間（shared m8 個計算核心又以 32 個一組的形式劃分。每組計算核心配備 8 個存/ST）、8 個特殊計算單元 SFU）、16384 個 32bit 的寄存器堆、線程 Scheduler）和指令緩沖（Instruction Buffer）。8 個計算核心共同使用 24KB 的 L1/Texture cache 和 96KB 的共享內(nèi)存圖 3.3 所示，每個計算核心內(nèi)部有整數(shù)計算單元和單精度浮點計算單鐘周期內(nèi)多核流處理器 SM 能執(zhí)行的關(guān)鍵指令數(shù)量（Number of Operycle per Multiprocessor）列于表 3.1。
【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)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 孟大地;胡玉新;石濤;孫蕊;李曉波;;基于NVIDIA GPU的機(jī)載SAR實時成像處理算法CUDA設(shè)計與實現(xiàn)[J];雷達(dá)學(xué)報;2013年04期

2 朱錫興,荊麟角,黃聲根,李建雄,黃玲;機(jī)載SAR實時數(shù)字成像處理器的研制[J];電子科學(xué)學(xué)刊;1995年02期

本文編號：2621106