【摘 要】
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合成孔径雷达有着全天时全天候的优点,近年来在军民侦查监测领域得到了广泛的应用。方位分辨率和成像幅宽是SAR成像的两个重要性能指标,高的方位分辨率有助于我们获得更多的目标特征,宽测绘带可以实现更大场景的同时照射,数据的实时性更高。在传统的单通道SAR系统中,无法同时满足高分辨率和宽测绘带的成像性能,例如聚束模式可以实现高分辨率却无法实现宽测绘带,而扫描模式可以实现宽测绘带但无法同时满足方位向的高分辨
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合成孔径雷达有着全天时全天候的优点,近年来在军民侦查监测领域得到了广泛的应用。方位分辨率和成像幅宽是SAR成像的两个重要性能指标,高的方位分辨率有助于我们获得更多的目标特征,宽测绘带可以实现更大场景的同时照射,数据的实时性更高。在传统的单通道SAR系统中,无法同时满足高分辨率和宽测绘带的成像性能,例如聚束模式可以实现高分辨率却无法实现宽测绘带,而扫描模式可以实现宽测绘带但无法同时满足方位向的高分辨率。目前高分宽幅成像模式主要依靠多通道空域解模糊的方式来减轻或避免宽测绘带和高方位分辨率之间的矛盾,但随着对成像质量要求的提高,所需的通道数会增加,通道数在实际中会受到工程成本和设备体积的限制,所以通过提高通道数来改善成像性能的方式有着限制。因此,有必要研究一种新的高分宽幅成像体制,本文提出了将频率扫描阵列的时频空耦合效应应用到方位维频率扫描SAR系统中,在实现高方位分辨率的同时兼顾了宽测绘带。方位频率扫描SAR模式下的面目标回波仿真的运算量与传统条带SAR模式相比急剧增加,使用传统的回波仿真方式耗时太久,本文提出了基于GPU的频率扫描SAR回波信号仿真,提高了回波仿真效率。本文的主要研究工作包括:1、研究了脉内频率扫描阵列的原理并给出了合成方向图的瞬时波束指向角表达式,构建了方位脉内扫描SAR的回波信号模型,给出方位维频率扫描SAR的系统参数设计约束条件并设计出合适的雷达系统参数,对面目标回波仿真的运算量进行分析,针对仿真耗时过长的问题提出了使用GPU来加速回波仿真的方法。2、简要介绍了GPU和CUDA的硬件架构,为使用GPU并行设计做好了铺垫。对方位脉内扫描SAR面目标回波仿真进行并行化分析,确立了用MATLAB和CUDA C混合编程的并行方案,针对仿真流程中出现的问题进行分析优化,借助分析工具将耗时较多的部分进行修改加速,提高了程序的运算效率。3、对方位频率扫描SAR进行仿真实验并利用成熟的成像算法处理回波数据,验证了其可以实现高分宽幅成像。对面目标CPU仿真和GPU仿真的回波结果进行对比分析,验证了基于GPU仿真面目标回波的可行性和正确性,计算了加速比,与传统CPU仿真方式相比有较大的效率提升。
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