利用CUDA实现的基于GPU的SAR成像算法

高速发展的图形处理器（Graphics Processing Unit,GPU）为高效合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）成像算法提供了具有发展前景的新型运算平台。与CPU相比,利用GPU进行通用计算具有成本低、性能高的特点。提出利用CUDA实现的基于GPU的SAR成像算法,与传统的基于CPU的成像算法相比,有两位数以上的效率提升,为应对SAR信号处理领域新的挑战提供具有前景的研究方向。     

基于GPU的后向投影SAR成像算法

后向投影(BP)是一种精确的时域合成孔径雷达(SAR)成像算法,但是其巨大的运算量很难满足实时成像的要求,图形处理器(GPU)具有强大的浮点运算和高度的并行处理能力,为BP算法的实时成像提供了一个很好的平台。提出基于GPU的并行化BP算法,利用了四种优化方法对并行化BP算法进行加速,并且针对共享存储器的bank冲突问题提出了相应的解决方法,减少了共享存储器访问时间。最后给出仿真数据的成像结果,结果表明,与传统的基于CPU单线程的BP算法相比,成像速度可达到70倍以上的提升。     

基于GPU的雷达成像加权相位自聚焦技术

为了提升雷达成像加权相位自聚焦技术在嵌入式系统中的运算性能,本文提出基于GPU的雷达成像加权相位自聚焦技术。通过利用GPU的通用并行计算架构对雷达成像相位自聚焦技术进行多孔径粗并行与子孔径内部细并行相结合,取得良好的相位误差估计性能同时实现了并行化性能加速。该技术为雷达成像技术在GPU嵌入式系统中的应用奠定了基础。     

机载SAR多模式统一化成像处理技术研究

合成孔径雷达(SAR)技术能够实现感兴趣区域(ROI)的多模式成像与超高分辨观测。然而,超高分辨成像因多脉冲长时间相干积累而面临方位频谱混叠问题,且对于斜视情况下的凝视和滑动聚束模式,传统频域成像算法难以实现统一化处理。据此,本文提出了一种SAR多模式统一化成像处理算法。首先,采用线性距离走动校正削弱斜视数据的两维耦合。然后,结合基于方位Deramp技术的混叠频谱重建方法与方位重采样,实现混叠信号的恢复及聚焦深度问题的解决。最后,利用扩展的距离徙动算法进一步完成ROI精聚焦。本文所提算法能够对斜视的凝视和滑动聚束数据进行统一化的成像处理。基于点目标仿真与机载SAR多模式实测数据处理结果,验证了所提方法的有效性。     

基于GPU的SAR方位向信号分解的高效实现方法

提出了一种基于图形处理器(GPU)的SAR方位向信号分解的高效实现方法。SAR方位向信号可以通过四参数Chirplet分解方法来分解。此方法的关键难题是计算量过大,计算量主要由2部分组成:构建Chirp原子库,以及SAR方位向信号在过完备库上分解的计算量。与传统的CPU相比,GPU更加适用于密集型和大量数据并行化的计算。提出将算法的核心部分移植到GPU上进行并行计算,充分挖掘其运算潜能。结果表明:该方法与传统的基于CPU的算法相比有两位数以上的效率提升。     

基于CPU+GPU混合架构的实时成像系统设计与实现

雷达成像处理需要更大宽带以实现更高的距离分辨力,同时还需要更多的脉冲积累获得更高的方位像分辨力,因此雷达成像处理过程计算量巨大。如何实现未来超带宽雷达的实时成像处理是一项艰巨挑战。图形处理器(GPU)以卓越的浮点性能和访存带宽,成为并行加速应用平台的有力候选者。设计了一种基于CPU+GPU平台并面向合成孔径雷达/逆合成孔径雷达(SAR/ISAR)的实时成像系统方案,并将该方案实体化。实验表明,该成像系统能够实现实时SAR/ISAR成像,同时该实时成像系统也可用于电子对抗领域,在干扰方法和效果研究中起到重要作用。     

基于GPU的圆迹视频SAR实时成像算法

视频SAR要求高分辨率实时成像,很多成像算法在高分辨率成像时,算法复杂度较高,使用中央处理器（CPU）处理无法实时成像。为解决这一问题,该文提出了一种基于图形处理器（GPU）的圆迹视频SAR实时成像算法。该算法首先根据帧率与重叠率的关系截取回波数据,然后将极坐标格式算法（PFA）中传统的两维插值用效率更高的Chirp Scaling操作代替,并且利用3种优化技术对PFA的GPU实现进行加速。实验结果表明,该文所用成像算法帧率能达到5Hz,满足视频SAR实时成像的速度要求。     

基于数字阵列雷达的同时多模式SAR 成像体制研究

数字阵列雷达(Digital Array Radar, DAR)用于合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)成像能够同时完成多种成像模式,具有广阔的应用前景。该文首先对DAR 的基本硬件结构和工作原理进行介绍。在此基础上,结合数字波束形成(Digital BeamForming, DBF)技术,提出6 种可同时实现多模式SAR 成像的工作方式,并对各种工作方式给出了相应的新颖的成像模式。此外,以某种新颖的模式为例,给出了其系统设计的详细过程。最后通过仿真实验验证了该成像模式的有效性及正确性。      

后向投影成像算法的GPU优化方法研究

合成孔径雷达(SAR)成像算法能够通过图形处理器(GPU)加速来实现处理速度的显著提升。针对后向投影(BP)成像算法的GPU加速,分析了BP算法的并行化和并行处理方法,提出了一种适合GPU加速的BP成像方案;通过研究GPU设计中的多流异步执行技术、数据传输模式和计算速度与精度,进一步提出一种针对BP成像的GPU优化成像方案。通过仿真数据和实测数据在Tesla C2075上的测试结果表明,与GPU非优化方案的实现相比,该方案有了近一倍的速度提升。     

基于FPGA的多模式SAR预处理系统设计与实现

为适应多模式SAR（Synthetic Aperture Radar）系统的预处理需要，在传统预处理器基础上设计了基于FPGA的具有多种工作模式的预处理系统。该系统包括数据存储，FIR滤波器和降采样等，可通过发送ISA控制信号在三种工作模式中进行实时切换。设计采用了Xilinx公司的Virtex-Ⅱ系列芯片，作为预处理核心部分的FIR滤波器采用了并行分布式算法，提高了处理速度。仿真结果表明，电路工作正确可靠，能满足设计要求。     

SAR图像压缩采样恢复的GPU并行实现

压缩采样(CS)技术被尝试应用于合成孔径雷达(SAR)图像的压缩。然而,高分辨SAR图像数据量大,导致压缩采样后的恢复过程计算量大,传统的中央处理器(CPU)无法实时成像。为解决这一问题,该文在图形处理器(GPU)平台上设计了CS的并行方法,并实现了SAR图像压缩。实验结果表明,在保证SAR图像压缩性能的前提下,该文设计的GPU并行处理速度能够提高到CPU串行处理的8.8倍。     

基于移频转发的SAR欺骗式干扰研究

在分析线性调频信号模糊函数的基础上,指出利用频谱搬移达到产生虚假目标原理的可行性,并量化了频率偏移量和距离变化量之间的关系。采用二维移频的方法在特定位置产生虚假目标图像。针对产生虚假图像时虚假目标点多、运算量大的缺点,将二维移频进行了改进,使其更有效、高速的产生虚假目标图像。利用仿真实验验证了理论的正确性。     

星载距离向多波束SAR的系统模糊特性

介绍距离向多波束合成孔径雷达(SAR)系统的基本原理,分析距离向多波束星载SAR的模糊特性,与常规SAR进行对比,并提出了距离向多波束SAR距离模糊的计算方法。仿真结果表明距离向多波束SAR系统在实现高分辨率宽测绘带的基础上,能够有效地减小距离模糊,提高成像质量。     

环视SAR成像处理中的几何失真校正方法

环视合成孔径雷达（SAR）工作于波束扫描模式,雷达天线以垂直地面方向为轴线作圆锥扫描,实现对载机周围360°范围内的聚焦成像。为了研究环视SAR成像处理中几何失真校正问题,通过波束扫描至空间不同位置处的成像几何关系,分析了成像过程中引起几何失真的机理,提出了一种基于子图像素实际地理坐标的几何失真校正方法。利用文中给出的方法对实测环视SAR数据进行处理,得到无几何失真的SAR图像,证明该方法有效。     

Synthetic bandwidth method and experimental research based on a wideband multi-channel SAR

Synthetic bandwidth technique is used to increase frequency bandwidth of the system and provides an effective way to achieve the ultra high resolution in the field of Synthetic Aperture Radar (SAR). But in the actual SAR system, the synthesis result will be seriously deteriorated by the inner-channel and inter-channel phase error. A frequency domain synthetic bandwidth method based on transfer function extracting technique is proposed in an actual SAR system which consists of single wideband transmit channel and 8-way down-conversion receive sub-channels. The method can accurately get the amplitude and phase characteristics of the sub-channel and compensate the amplitude-phase errors. The final experimental results demonstrate the validity and feasibility of the method and the range resolution down to 0.1 m is obtained.     

基于同心方形网格插值处理的柱面SAR成像算法

柱面毫米波合成孔径雷达(CSAR)是近距离非接触成像领域的重要技术之一。基于傅里叶变换理论的高分辨成像算法需要通过2维插值消除波数域数据在方位维和距离维的非均匀性。但是这两个维度呈现出同心圆环状的高度耦合,导致传统基于2维逐点遍历的插值方法时间复杂度高,成像算法效率低。为此,该文基于解析解的CSAR成像算法推导,提出了同心方形网格的插值分解方法。通过补0、径向1维插值和分区处理消除波数域方位维和距离维的强耦合性,并在两个分区进行独立的1维插值实现2维非均匀波数域的均匀重采样,获得最终同心方形环带均匀填充的波数域样式。通过实验验证了所提算法能有效降低2维插值的时间复杂度,并且所提算法插值处理速度比传统算法提升了7倍,与算法复杂度理论分析结果吻合。     

Spaceborne SAR real-time echo simulation platform based on VPX

To perform the ground test of a spaceborne Synthetic Aperture Radar （SAR） system, an echo simulator with the characteristics of multimode, multi-assemblage, and real time is proposed in this paper. A hardware platform of the real-time echo simulator based on the VPX bus is designed. With this platform, real-time multi-point echo generation and scenario targets echo generation can be achieved by the real-time signal processing in Field Programmable Gate Array （FPGA）, utilizing the parameters calculated by the industry computers. Fklrthermore, this platform can output different signals if it is expanded to multi-channels, making it possible for the assignment of echo generation and test in different spaceborne SAR modes. The test results with the actual SAR system show that this platform can satisfy the system requirements and is now used in practice.     

基于各向异性热扩散方程的SAR图像分割方法

提出了一种非监督SAR图像快速分割算法。该方法利用固体热扩散模型与图像尺度空间的等价性,在SAR图像初始分割的基础上,引入最大后验概率矩阵的各向异性多尺度平滑,在保持图像结构信息的同时滤除斑点噪声对于分割的影响。利用本算法对仿真数据和实测SAR数据分割的结果,均证明了本文方法的有效性。     

基于小波变换的SAR图像相干斑噪声消除方法研究

本文提出了一种基于小波变换的合成孔径雷达(SAR)图像相干斑消除滤波器.这种滤波器通过在小波细节子图像中减少小波分解系数的幅度来抑制相干斑噪声,同时利用小波细节子图像中提供的边缘信息来检测边缘和纹理细节,并保留其对应的小波分解系数值.实验结果表明,此方法除了对相干斑噪声有很好的抑制作用外,还保留了尽可能多的目标特性和图像细节,有着良好的图像视觉解译效果.