一种用于SAR成像的数据存储系统设计方法

针对合成孔径雷达(SAR)成像回波数据量巨大和存储器资源利用率偏低的问题,提出一种双倍数据速率动态随机存储器(DDR)的存储装置,并设计一种原位转置的存储方法。该方法首先比较雷达回波数据距离向和方位向的长度,通过预留出距离向和方位向中较长数据的单行或者单列所占用的存储空间来提高存储器读地址和写地址逻辑映射的灵活性,有效地实现了大数据量的片内转置操作,提高了双倍数据速率动态随机存储器(DDR)的资源利用率,并将分块子矩阵地址映射方法和跨页地址映射方法应用于原位转置中,有效地提高了SAR回波数据转置的访问效率。仿真实验结果表明,该数据存储系统在满足成像实时性的同时降低了一半的DDR存储器的用量,提高了DDR的资源利用率,降低了成本,目前已成功应用于多种模式的SAR成像处理中。     

SAR实时成像高效矩阵转置研究和实现

矩阵转置是SAR成像处理中的重要运算,SAR成像的实时巨量数据处理对基于片外存储的矩阵转置算法效率提出了很高的要求,而目前的实时转置算法实现的效率都偏低.文中通过分析片外存储特性,研究和提出适用于SAR实时成像的矩阵转置算法,占有片内资源少,读写平衡且效率高,配置灵活可组合成较复杂的矩阵转置形式,目前已成功应用于多种模式的SAR成像处理.     

基于FPGA和DDR的高效率矩阵转置方法

用可编程门阵列(FPGA)作为主处理芯片实现雷达信号处理时,大阶数矩阵转置经常由于双倍速率同步动态随机存储器(DDR)的跳行访问速率而成为系统处理速率的瓶颈。文中分析了DDR的读写机制,对DDR读写时间的组成进行了定量分析,提出了一种提高矩阵转置效率的分块式矩阵转置方法。该方法采用矩阵分块技术,使矩阵转置时DDR的读写速率得以均衡,从而提高DDR读写的平均效率。文中提供了矩阵转置效率的实验室实测数据,验证了该方法的有效性。该方法已在工程实践中得到了成功的应用。     

基于GPU的多模式SAR成像加速研究

针对多模式合成孔径雷达(SAR)成像处理中存在的计算效率不足问题,提出了一种基于GPU的多模式SAR统一成像并行加速方法。为充分利用GPU的显存资源,提高算法的运算效率,利用共享内存对矩阵转置、矩阵相乘等部分进行大规模数据并行计算。实验结果表明,该算法大幅度提升了多模式SAR成像的计算效率,最高加速比达到55.62,解决了GPU显存空间利用率较低的问题。     

基于SVD-SRNet的SAR三维成像方法

合成孔径雷达（SAR）三维成像是传统二维SAR成像在雷达精细信息获取与感知领域的重要发展,可分辨重叠于二维SAR图像同一像素中的多个目标。稀疏信号处理是进行SAR三维成像的有效方法,但由于稀疏信号处理的非线性特征,常需迭代运算,效率较低。研究人员已提出利用深度学习技术实现快速解算非线性信号处理问题的思路,在三维成像领域已有初步应用。然而,由于SAR三维实测数据稀缺,三维成像网络的训练只能依赖于仿真数据进行,并且仿真数据与实测数据存在差异大的问题,导致基于深度学习方法的SAR三维成像精度受限。为此,本文提出了一种基于奇异值分解的信号空间归一化超分辨网络（SVD Signal-Space Normalization SuperResolution Net,SVD-SRNet）,能够解决由于仿真数据与实测数据存在差异大导致的三维成像网络化方法鲁棒性低的问题,与传统方法相比所提方法具有更优异的成像精度。计算机仿真试验和无人机SAR实测数据试验证明了本文所提方法的有效性。     

机载双站SAR成像区分块分析

机载双站SAR的回波数据具有距离空变性或距离-方位二维空变性,需要对观测场景进行分块成像。本文从机载双站SAR斜距历程出发,借助于载机轨迹解耦合公式,推导了观测场景中任一点目标的距离走动和距离弯曲公式。根据距离徙动校正后的残余距离徙动与二阶相位误差,推导了机载双站SAR的成像区分块准则。基于该准则仿真得到了各种构型机载双站SAR的成像区分块结果,分析了双站结构参数与系统参数对成像区的影响,为双站SAR宽场景成像时成像区分块提供了理论指导。      

SARMV3D-1.0: SAR微波视觉三维成像数据集

三维成像是合成孔径雷达技术发展的前沿趋势之一,目前的SAR三维成像体制主要包括层析和阵列干涉,但面临数据采集周期长或系统过于复杂的问题,为此该文提出了SAR微波视觉三维成像的新技术思路,即充分挖掘利用SAR微波散射机制和图像视觉语义中蕴含的三维线索,并将其与SAR成像模型有效结合,以显著降低SAR三维成像的系统复杂度,实现高效能、低成本的SAR三维成像。为推动SAR微波视觉三维成像理论技术的发展,在国家自然科学基金重大项目支持下,拟构建一个比较完整的SAR微波视觉三维成像数据集。该文概述了该数据集的构成和构建规划,并给出了第一批发布数据(SARMV3D-1.0)的组成和信息描述方式、数据集制作的方法,为该数据集的共享和应用提供支撑。      

并行机载双站斜视SAR ELBF-CS成像算法

论文建立了并行机载斜视双站SAR的结构模型和信号模型,用收发载机多普勒贡献比为加权系数推导了点目标回波的扩展Loffeld频谱公式(ELBF)。在二维频域内补偿双站扭曲项,然后对剩余相位项做Taylor展开,利用Chirp Scaling(CS)方法,推导了并行机载双站斜视SAR的ELBF-CS成像算法。双站结构参数及双站扭曲项的距离向空变性用回波数据的距离向分块处理,推导了数据分块条件,由此可以实现宽场景成像。算法基于更精确的ELBF,并用CS方法校正点目标距离徙动,处理流程更简单,成像效率更高,仿真验证了本文算法处理并行机载双站斜视SAR数据的有效性。     

全极化合成孔径雷达(SAR)高度信息检测技术

从全极化合成孔径雷达(SAR)二维图像数据中,经过极化综合计,利用快速搜索算法计算每一个图像像素的极化椭圆方向角ψ、△ψ,从而提取雷达方位向的地势倾斜度信息,形成极化SAR三维图像.本文在极化合成孔径雷达(SAR)三维成像快速搜索算法的基础上,提出由Stokes矢量推导的极化椭圆方向角解模糊算法,并利用美国NASA1994年SIR-C采集的真实全极化合成孔径(SAR)二维图像数据,经计算机处理得到了极化合成孔径(SAR)三维成像结果.     

无先验模型复杂结构设施SAR全方位三维成像方法研究

复杂结构设施的SAR三维成像是SAR成像领域的热点和难点问题。现有SAR三维成像依赖于高程方向的多通道或多次飞行,对雷达系统或数据获取的要求较高。该文提出无先验模型复杂结构设施三维成像方法,仅需一次飞行即可获得先验信息未知区域全场景全方位三维图像。该方法充分利用圆迹SAR的全方位观测、解叠掩和解高程模糊优势,无需目标预先建模和三维成像网格构建,适用于大面积区域复杂结构设施的精细三维成像,在雷达三维成像实用化技术方面取得了重要进展。通过该方法首次获得FAST射电望远镜的雷达全方位三维图像,验证了理论与方法的正确性与有效性。      

基于自适应加权非凸正则化和全变分的稀疏SAR成像

针对传统压缩感知(Compressive Sensing,CS)重构算法成像精度低及抗噪性能差等问题,提出了一种基于自适应加权极小极大凹罚函数和全变分的稀疏合成孔径雷达(Synthetic Aperture Imaging Radar,SAR)成像重建方法。首先,将加权思想同非凸函数簇中的极小极大凹罚函数结合,以进一步促进解的稀疏性;然后,与全变分判罚函数线性组合构成复合正则化器,以进一步提高抗噪性能;最后,采用交替方向乘子法求解该成像模型,并在求解过程中使用方位-距离解耦算子替换测量矩阵及其厄米特转置以减少存储空间。仿真与实测数据处理结果表明,所提方法相比于其他算法有更好的聚焦性能和重建精度。     

基于压缩感知的多发多收高分辨SAR成像算法研究

压缩感知理论指出,稀疏信号可以通过以低于奈奎斯特采样的测量数据重建出原始信号。针对高分辨率SAR成像在奈奎斯特理论下所面临的高速A／D采样、大数据量存储、传输等问题挑战。本文提出了一种基于压缩感知理论的多发多收高分辨率SAR二维成像算法。该算法减轻了高分辨率SAR成像的压力,采用压缩感知处理降低了A／D采样速率、数据量...     

基于尺度变换原理的SAR波数域成像算法

距离徙动算法(RMA)作为一种合成孔径雷达(SAR)频域成像算法,理论上能够达到最优性能。然而,该算法采用逐像素点卷积运算实现Stolt映射,其计算效率无法满足SAR大数据量处理需求。据此,该文提出基于尺度变换原理(PCS)的RMA成像算法。首先,将SAR回波数据沿距离向进行划分,利用子带参考距离处2阶距离方位耦合项与高阶项对子带信号进行补偿;然后,转化非线性Stolt映射为线性形式;最后,利用PCS原理实现Stolt插值,以实现高效率的数据重采样。所提PCS-RMA算法仅利用快速傅里叶变换和复矢量相乘操作即可实现改进型Stolt映射,兼具良好的聚焦性能与较高的计算效率。基于多组仿真数据与X波段1.2 GHz带宽的机载SAR实测数据处理结果,验证了所提算法的有效性,同时该算法可进一步应用于弹载/星载/无人机载SAR数据的快速成像处理。      

An efficient method for transposing large matrices and itsapplication to separable processing of two-dimensional signals

An attempt is made to transpose an arbitrary matrix when the total number of matrix elements is too large to store them all in random-access memory. This problem is often a computational bottleneck in large computed-imaging problems. A simple algorithm for obtaining the transposed matrix using only two read/write passes over the data is derived. This algorithm is efficient for a wide range of practical problems. The first step of the algorithm reorders the data in a form that permits efficient access to the data either by row or by column. Thus, if the only reason for constructing the transpose is to provide efficient access to the data for processing along the slow dimension of a two-dimensional data set, the matrix transpose can be eliminated simply by storing the data in this intermediate form. Furthermore, this reordering can be performed in place with a single read/write pass over the data     

用于合成孔径雷达实时成像的高性能虚拟单节点设计

SAR成像应用对成像速率的要求越来越高,目前单片DSP很难满足要求。如何充分利用多片DSP并行工作仍然是一个难点,针对这一现状,本文为合成孔径雷达成像应用提出了基于TMS320C6678的虚拟单节点设计,能够充分利用多片DSP提供的存储能力以及吞吐能力和处理能力。本文介绍了TMS320C6678芯片的性能,然后提出了基于TMS320C6678 DSP的虚拟单节点系统设计。分析了一种不需要转置就可以进行二维访问的矩阵存储技术,经测试二维访问均达到较高速率。介绍了用于TMS320C6678的一种多核同步技术。在由4片TMS320C6678组成的虚拟单节点上实现了RD算法,测试结果验证了虚拟单节点的优良性能。      

基于三维成像技术的激光图像处理系统

采用图像处理技术处理后的激光三维图像能够显著提升图像精度,为刑事侦查、工业部件生产提供可靠的图像依据。通过设计基于三维成像技术的激光图像处理系统解决三维成像技术精度低、耗时长的问题。系统主要包括激光三维成像模块、DDR外接存储模块、FPGA模块、上位机等部分;激光三维成像模块增加转镜获取高精度的激光三维图像,DDR外接存储模块负责存储激光数据,分散FPGA模块资源损耗,通信电路模块负责传输DSP和上位机、DSP和FPGA之间的激光数据;软件部分依据激光三维成像原理获取激光数据,基于OpenGL软件接口重构激光三维图像表面。实验结果显示,系统成像精度高,处理激光三维图像效率和可靠性强,在激光三维图像处理方面的应用前景广阔。     

基于空间聚类种子生长算法的阵列干涉SAR点云滤波

阵列干涉合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)通过在交轨向布置多个天线,结合方位向的合成孔径和斜距向的大带宽信号,具备了3维分辨能力,且多个阵元保证了其在高程向的空间采样,能够解决干涉SAR(Interferometric SAR, InSAR)测绘中的叠掩问题,实现观测场景的3维成像。但是获得场景区域的3维点云分布中存在较多杂点,高程向误差较大,所以传统的激光雷达(Light Detection And Ranging, LiDAR)点云滤波方法不适用于阵列干涉SAR点云的滤波处理。针对该问题,该文提出基于空间聚类种子生长算法的阵列干涉SAR点云滤波算法,应用密度和高程双重阈值生成密度-高程图像,通过图像处理手段去除小型杂点,利用空间聚类种子生长算法将植被等从点云数据中去除,完成点云滤波处理。利用国内首次机载阵列干涉SAR实验数据,通过与传统LiDAR滤波方法进行比较,验证了该文算法的有效性,为后续建筑物提取和精细化处理提供保障。