基于GPU的合成孔徑雷達(dá)回波仿真技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著圖形處理器(Graphics Processing Unit，GPU)軟硬件技術(shù)的日趨成熟，GPU強(qiáng)大的浮點(diǎn)運(yùn)算和并行處理能力使得業(yè)界都在致力于挖掘其潛能，讓它能夠在非圖形領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，基于GPU的通用計(jì)算(General Purpose GPU，GPGPU)研究逐漸深入。 本文主要圍繞GPU在合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，SAR)回波模擬方面的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究?；夭M是S

2、AR系統(tǒng)仿真中的重要組成部分，需要對(duì)構(gòu)成整個(gè)場景的每個(gè)點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行回波模擬計(jì)算，其計(jì)算量十分龐大，在傳統(tǒng)CPU平臺(tái)上進(jìn)行回波模擬計(jì)算需要大量的時(shí)間。本文實(shí)現(xiàn)了基于GPU的機(jī)載SAR回波模擬模塊，提高了回波生成的速度，提升了仿真系統(tǒng)性能。 本文的主要研究內(nèi)容如下： 1.分析了GPU的特點(diǎn)、發(fā)展歷程，以及NVIDIA公司推出的統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備架構(gòu)(Compute Urufied Device Architecture，CUDA)的

3、軟硬件編程模式，建立了機(jī)載SAR回波信號(hào)模型，研究了合成孔徑雷達(dá)成像原理。 2.分別采用GPU和CPU實(shí)現(xiàn)了余弦運(yùn)算、矩陣乘法、一維快速傅立葉變換(1D-FFT)以及二維快速傅立葉變換(2D-FFT)，并以余弦運(yùn)算為例，分析了GPU運(yùn)算結(jié)果的精度問題。試驗(yàn)結(jié)果表明了GPU快速的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，采用GPU進(jìn)行通用計(jì)算減少了運(yùn)算時(shí)間。 3.將SAR點(diǎn)目標(biāo)和面目標(biāo)回波模擬算法分別在GPU和CPU上實(shí)現(xiàn)，針對(duì)大場景的復(fù)雜目標(biāo)，GP

4、U運(yùn)算速度大約是CPU的13倍。同時(shí)采用距離-多普勒成像算法對(duì)所生成的回波信號(hào)進(jìn)行了成像處理，驗(yàn)證了GPU回波模擬方法的有效性。 4.針對(duì)大場景的復(fù)雜目標(biāo)，為了進(jìn)一步提高SAR回波生成速度，采用多GPU并行計(jì)算SAR回波模擬模塊，其計(jì)算速度大約是CPU上單線程計(jì)算速度的26倍，多線程計(jì)算速度的13倍，同時(shí)采用距離.多普勒成像算法驗(yàn)證了多GPU回波模擬方法的正確性。最后將GPU上的回波模擬計(jì)算應(yīng)用于仿真系統(tǒng)，GPU快速的浮點(diǎn)運(yùn)算能