合成孔径雷达并行成像算法研究及实现

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合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种具有二维(距离维和方位维)高分辨率的成像系统,它广泛应用于地球遥感、海洋研究、资源勘察、灾情预报和军事侦察等领域。随着SAR成像技术的不断发展,对SAR图像的成像精度和实时率的要求也愈来愈高,尤其是军事领域,高实时率是SAR成像系统的一个关键指标,要提高成像精度就意味着算法更加复杂,计算量更大,计算时间更长,而对实时率的要求则对成像处理时间作出了限制,因此要达到要求的实时率需要高性能的处理设备。 实现SAR实时数字成像处理有两条途径:一是SAR专用数字信号处理机;二是通用并行计算机。前者的体积小重量轻,可作为机上或星上设备,但它研制成本高,研制周期长,适应性较差。后者研制周期短,研制成本低,容易升级且适应性强。随着计算机科学飞速发展,采用通用计算机作地面系统的实时处理已成为发展趋势。 并行处理不同于串行处理,同一并行算法在不同的并行机上,效率可能相差数十倍,因此SAR并行成像算法必须与并行处理系统的硬件特点(如体系结构)紧密结合起来,才可能充分提高处理效率。 本文结合“尖兵5号地面应用系统关键技术——高效SAR成像处理方案研究”课题,对SAR并行成像处理进行了深入研究,在已有的串行成像算法的基础上,提出了两种SAR并行成像处理算法,并在国产曙光系列并行机上进行了实现。这一课题的完成为解决我国雷达卫星地面处理系统中SAR成像高效高实时率并行处理所需要的并行成像算法、并行体系结构、并行操作系统、并行程序设计等问题打下了基础,为地面系统的建立提供了可靠的科学依据和可行的技术途径。 本文的主要内容可归纳为以下几个方面:1.在讨论了SAR成像基本原理和SAR回波理论模型的基础上,对SAR 点目标模拟及真实数据模拟进行了研究,并编制了软件,结合成像处 理,得到了满意的结果。2.对较流行的三种SAR成像算法——R/D算法、SRC算法和CS算法进 电子科技大学顾土论文 行了研究,电子科技大学雷达成像实验室己经对Ro算法进行了实 现,本文在此基础上,对SRC算法和CS算法进行了实现,取得了满 意的成像效果。 3.针对SAR并行成像处理的实际应用,对并行机系统结构、并行算法、 并行程序设计、并行性能测评等几个方面进行了一些简要介绍和讨 论。 4.针对群集(。luster)结构的并行机的特点提出了基于SRC算法及CS 算法的SAR中粒度和粗粒度的并行成像算法。对两种算法的结构、 实现方法进行了分析和讨论,并对两种算法进行了比较。 5.开发了基于并行虚拟机(PVM)的SAR并行处理软件,并用该软件 对XSAR原始数据和模拟的LSAR原始数据在曙光2000及曙光3000 上进行了实验,给出了实验结果,并进行了分析。 SAR并行成像处理是SAR研究的一个重要方面,本文提出的并行成 像算法为SAR的实时成像提供了一条有效的实现途径,为我国雷达卫星 地面处理系统的建立打下了基础。
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