基于GPU的前视雷达成像方法研究

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相比传统雷达成像手段,前视成像技术最大的不同就在于,其成像的场景位于雷达视线的正前方,因此前视成像质量完全由雷达系统的方位、俯仰二维角度分辨率所决定。通常来说,要获得足够的方位、俯仰二维角度分辨率,必须采用大口径阵列天线结构,然而对于大部分雷达系统来说,如弹载系统,机载系统等,放置天线的口径通常有限,从而大大限制了天线的数量,降低了空间探测的角度分辨率。因此,开展运动平台雷达前视成像方法研究,提出改善角度分辨率的高分辨方法,突破天线孔径的限制,具有重要的应用价值。  为实现前视雷达的高分辨成像,本文提出了基于随机辐射场的相控阵回波建模方法。该方法要求各阵元采用随机调幅调相来改变空域方向图的形状。在多周期下,通过随机调幅与调相,实现了发射信号在空间上的非相干性,形成多个相位中心,这将增强远场波前信息的非一致性,加强辐射信息在空间分布上的不同,同一波束内的目标被分辨得到了更大的可能性。在成像前对回波数据进行了脉冲压缩及速度补偿处理,校正了回波数据的包络走动,确保了回波数据具有足够的信噪比。为了确保前视成像的重构性能,本文基于双迭代阈值优化思路,提出了基于图像全变差约束的前视成像算法,并通过仿真实验验证了该方法的有效性。  此外,为提升前视成像算法的求解速度,本文在对算法进行深入剖析的基础上,开展了基于GPU架构的并行算法研究。算法设计中结合前视成像特点,对观测过程、求解优化等几个环节分别进行了改进,并实现了在GPU平台下的并行开发,一定程度上解决了前视雷达成像处理速度慢的问题。仿真实验论证了所提方法的有效性和可行性。
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