基于BP算法的SAR成像及干涉条纹生成的GPU实现

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jia343212539
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随着合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)朝着高分辨率、小型化发展,SAR对成像算法的质量要求越来越高。传统的频域算法由于成像结构或近似处理的限制,在应用于高分辨率SAR成像时,遇到了巨大的挑战。后向投影(Back Projection,BP)算法,作为典型的时域算法,结构简单,不采用任何近似处理,精确实现了二维空变补偿,不受SAR工作模式的限制。BP算法计算复杂度达到了O(N3),极大地阻碍了BP算法的实际应用。利用图形处理器(Graphic Processing Unit,GPU)的高速并行计算能力,借助于通用并行计算架构(Compute Unified Device Architecture,CUDA)编程模型,可以将BP算法高速并行实现。考虑到以上情况,本文主要针对BP算法以及GPU并行实现进行了深入研究。主要研究内容如下:  1.引入时间逻辑矩阵和位置逻辑矩阵改进BP算法成像流程,其中,时间逻辑矩阵确保了成像区域有对应的SAR回波数据,位置逻辑矩阵确保了成像结果在有效积分范围内相干叠加;  2.BP算法对起伏地形成像时,在成像区域数字高程模型(Digital ElevationModel,DEM)信息未知的情况下,引入平地假设,并分析了平地假设对BP算法成像质量的影响;针对载机轨迹偏移,基于IMU/GPS组合导航完成运动补偿;  3.解决了基于BP算法的双通道SAR图像匹配的问题,并设计了两种InSAR干涉条纹生成方法:一种方法采用双参考轨迹法生成未去平地的InSAR干涉条纹;另一种方法结合平地假设,利用真实斜距与投影斜距的偏差带来的偏置相位,生成去除平地的InSAR地形干涉条纹;  4.针对BP算法计算量大的问题,引入了GPU并行计算架构和CUDA编程模型,给出了BP算法的并行化处理方案,并通过优化GPU内存访问机制、选取高效的并行方式、合理分配线程、使用多GPU并行处理技术和异步执行流处理技术、利用特殊函数单元(Special Function Unit,SFU)提供的特殊函数,提高运算效率。
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