【摘要】：合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一種具有全天時(shí)、全天候、回波信息豐富等特點(diǎn)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(jí)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(chǎng)景對(duì)SAR的成像系統(tǒng)有較高的實(shí)時(shí)性要求,使得高速成像處理成為SAR的一項(xiàng)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(shí)代,計(jì)算能力與存儲(chǔ)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(diǎn),加速SAR成像的計(jì)算過程,為基于GPU的SAR實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)提供高速的計(jì)算方法。本文的主要研究?jī)?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(jì)算性能及存儲(chǔ)層次。根據(jù)研究過程遇到的問題,總結(jié)出在統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備架構(gòu)(Compute Unified Device Architecture,CUDA)編程平臺(tái)上設(shè)計(jì)GPU并行計(jì)算函數(shù)的編程要點(diǎn)。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(jì)算的距離-多普勒(Range-Doppler,RD)成像算法。用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行成像測(cè)試,得到清晰的成像結(jié)果,驗(yàn)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(jì)算結(jié)構(gòu)的FFT并行計(jì)算方法,和一種原址矩陣轉(zhuǎn)置方法。通過整合計(jì)算過程,脈沖壓縮計(jì)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(diǎn)回波數(shù)據(jù)的成像。同時(shí),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(cè)一個(gè)條形區(qū)域的過程。平臺(tái)在高度為 H 的空中沿飛行方向以勻速 V 做直線運(yùn)動(dòng)，稱平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榉轿幌颍啻怪钡姆较驗(yàn)榫嚯x向。雷達(dá)以脈沖重復(fù)頻率（Pulse Repetition Frequencies，PRF）發(fā)射脈沖信號(hào)。圖中的一串圓點(diǎn)表示 SAR 發(fā)射脈沖信號(hào)的位置，每個(gè)脈沖信號(hào)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(hào)。雷達(dá)發(fā)射的脈沖信號(hào)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(hào)。

18圖 3.1 GM204 核心的完整結(jié)構(gòu)圖個(gè) SM 的硬件細(xì)節(jié)如圖 3.2 所示，每個(gè) SM 內(nèi)部共有 128 個(gè)計(jì)算核心（ 32bit 的寄存器堆（register file）和 96KB 的共享內(nèi)存空間（shared m8 個(gè)計(jì)算核心又以 32 個(gè)一組的形式劃分。每組計(jì)算核心配備 8 個(gè)存/ST）、8 個(gè)特殊計(jì)算單元 SFU）、16384 個(gè) 32bit 的寄存器堆、線程 Scheduler）和指令緩沖（Instruction Buffer）。8 個(gè)計(jì)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(gè)計(jì)算核心內(nèi)部有整數(shù)計(jì)算單元和單精度浮點(diǎn)計(jì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：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(shí)時(shí)成像處理算法CUDA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];雷達(dá)學(xué)報(bào);2013年04期

2 朱錫興,荊麟角,黃聲根,李建雄,黃玲;機(jī)載SAR實(shí)時(shí)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(hào)：2621106