一种基于图形处理单元的SAR雷达回波获取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图形处理单元的SAR雷达回波获取方法，其主要思路为：确定SAR雷达的载机飞行速度、SAR雷达合成孔径方位时间、SAR雷达的载机飞行方向和SAR雷达波束照射扫描范围内包含P个点目标，然后将P个点目标划分到K个同心圆内，选取第k个同心圆中第i个点目标的能量幅度值进行多倍插值操作，依次计算第k个同心圆中第i个点目标的回波表达式和方位时间为t时第k个同心圆对应的SAR雷达脉压回波，最终计算方位时间为t时K个同心圆对应的SAR雷达脉压回波Et后进行匹配滤波逆处理，计算方位时间为t时的脉冲压缩前原始回波信号，进而计算SAR雷达的合成孔径方位时间内对应的SAR雷达原始回波信号。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图形处理单元的SAR雷达回波获取方法
本专利技术属于雷达信号处理
，特别涉及一种基于图形处理单元的SAR雷达回波获取方法，适用于大场景SAR回波的仿真实时处理。
技术介绍
合成孔径雷达(SAR)能够全天时、全天候地对目标或场景进行观测，在灾害监测、资源勘查，尤其是军事和民用领域都有着巨大的应用空间。随着合成孔径雷达(SAR)技术日益发展，越来越多的高分辨率新型合成孔径雷达(SAR)被开发出来，然而在新型合成孔径雷达(SAR)付诸实践之前，一般需要对新型SAR接收的回波信号进行精确仿真，进而对该新型SAR进行评估和验证；其中，新型SAR接收的回波信号包括点目标和分布式场景目标。对于点目标的精确仿真，传统的SAR回波信号仿真方法为时域逐点扫描法，该方法用于点目标即可产生点目标的回波数据，但该方法效率较低。对分布式场景目标进行精确仿真时，日益增长的高分辨宽测绘带要求会使得分布式场景目标的仿真点数可能骤增，甚至达到几百万点，进而导致计算量巨大，时域逐点扫描法的计算效率难以负荷。为了提高计算效率，现有方法将具有并行处理功能的图形处理单元(GraphicsProcessingUnit,GPU)架构应用到SAR回波仿真中，虽然该方法利用图形处理单元架构能够提高计算效率，但采用的回波仿真方法仍然是传统的时域回波仿真算法。为了进一步提高计算效率，相关研究人员结合同心圆算法和图形处理单元架构共同进行SAR回波仿真，但是，该方法采用的同心圆算法精度不高，会导致图像质量恶化；并且，该方法没有对图形处理单元架构的设计进行深入优化，效率依然较低，相对常规的时域回波仿真算法，场景目标仿真的加速比很低，不能满足实时处理需求。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种基于图形处理单元的SAR雷达回波获取方法，使用该种基于图形处理单元的SAR雷达回波获取方法，能够获得高分辨率SAR图像。本专利技术的实现思路是：确定SAR雷达的载机飞行速度、SAR雷达合成孔径方位时间、SAR雷达的载机飞行方向和SAR雷达波束照射扫描范围内包含P个点目标，然后将P个点目标划分到K个同心圆内，选取第k个同心圆中第i个点目标的能量幅度值进行多倍插值操作，依次计算第k个同心圆中第i个点目标的回波表达式和方位时间为t时第k个同心圆对应的SAR雷达脉压回波，最终计算方位时间为t时K个同心圆对应的SAR雷达脉压回波Et后进行匹配滤波逆处理，计算方位时间为t时的脉冲压缩前原始回波信号，进而计算SAR雷达的合成孔径方位时间内对应的SAR雷达原始回波信号。为达到上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种基于GPU的SAR雷达回波获取方法，包括以下步骤：步骤1，确定图形处理单元，并从图形处理单元中获取SAR雷达的载机飞行速度V、SAR雷达合成孔径方位时间T、SAR雷达的载机飞行方向和SAR雷达波束范围内包含的P个点目标；步骤2，在P个点目标中，任意选取其中一个点目标作为基准点目标，所述基准点目标横坐标是X0，纵坐标是Y0，计算方位时间为t时所述基准点目标与SAR雷达的载机之间距离R(t)和方位时间为t时所述基准点目标在SAR雷达的载机上的相位然后设定SAR雷达的距离采样频率F,从而计算得到SAR雷达的距离向采样间隔δ，并根据所述SAR雷达距离向采样间隔δ，将P个点目标划分到K个同心圆内；步骤3，选取第k个同心圆中第i个点目标的能量幅度值进行多倍插值操作，得到第k个同心圆中第i个点目标的幅度主峰值σi，并将所述第k个同心圆中第i个点目标的幅度主峰值σi，作为第k个同心圆中第i个点目标的后向散射系数，进而计算得到第k个同心圆中第i个点目标回波其中，k∈{1,2,…,K}，K表示以SAR雷达为圆心、且包含P个点目标的同心圆个数，；步骤4，假设方位时间为t时第k个同心圆包含Ik个点目标，所述Ik个点目标各自对应点目标回波，并将第k个同心圆包含的Ik个点目标各自对应的点目标回波进行累加，得到方位时间为t时第k个同心圆对应的SAR雷达脉压回波Sk，然后遍历扫描方位时间为t时K个同心圆各自包含的点目标，最终计算得到方位时间为t时K个同心圆对应的SAR雷达脉压回波Et；其中，t∈{1,2,…,T}，T表示设定的SAR雷达合成孔径方位时间；步骤5，对方位时间为t时K个同心圆对应的SAR雷达脉压回波Et进行匹配滤波逆处理，计算得到方位时间为t时的脉冲压缩前原始回波信号步骤6，重复步骤4和步骤5，直至计算得到方位时间T时的脉冲压缩前原始回波信号此时得到方位时间为1时的脉冲压缩前原始回波信号到方位时间为T时的脉冲压缩前原始回波信号然后对其进行累加处理，计算得到SAR雷达的合成孔径方位时间T内对应的SAR雷达原始回波信号本专利技术的有益效果：本专利技术方法利用同心圆算法进行多倍插值处理，既能够保证仿真精度，又能够提高了SAR图像的信噪比；同时本专利技术方法引入图形处理单元(GraphicsProcessingUnit,GPU)架构进行深度优化，极大地提高了仿真效率，同时满足大场景下SAR雷达回波的实时处理需求。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1是本专利技术的一种基于图形处理单元的SAR雷达回波获取方法流程示意图；图2是使用本专利技术方法接收SAR雷达回波的同心圆分布示意图；图3是本专利技术使用流技术加速模式示意图；图4是本专利技术GPU实现回波归约相加的示意图；图5是使用基于双GPU的改进同心圆算法仿真SAR雷达回波的流程示意图；图6是本专利技术中SAR回波仿真的基准图像示意图；其中，横轴表示方位向，单位是采样单元，纵轴表示距离向，单位是采样单元；图7是本专利技术中常规同心圆算法仿回波的成像结果示意图；其中，横轴表示方位向，单位是采样单元，纵轴表示距离向，单位是采样单元；图8是本专利技术方法改进同心圆算法在GPU下仿回波的成像结果示意图；其中，横轴表示方位向，单位是采样单元，纵轴表示距离向，单位是采样单元。具体实施方式参照图1，为本专利技术的一种基于图形处理单元的SAR雷达回波获取方法流程示意图；该种基于图形处理单元的SAR雷达回波获取方法，包括以下步骤：步骤1，确定图形处理单元，并从图形处理单元中获取SAR雷达的载机飞行速度V、SAR雷达合成孔径方位时间T、SAR雷达的载机飞行方向和SAR雷达波束范围内包含的P个点目标。具体地，本专利技术的一种基于GPU的SAR雷达回波获取方法，首先在CPU处理器中设定雷达参数，所述雷达参数包括SAR雷达的载机飞行速度V、SAR雷达合成孔径方位时间T、SAR雷达的载机飞行方向和SAR雷达波束范围内包含的P个点目标，并据此分配图形处理单元(GPU)内的物理内存空间。所述CPU处理器即常规计算机里的中央处理器，CPU处理器作为主机端，图形处理单元(GPU)是一个并行数据计算器。CPU处理器和图形处理单元(GPU)构成协同处理的工作模式，CPU处理器负责处理逻辑性强的事务处理和串行计算，图形处理单元(GPU)负责处理并行化的任务和数据计算。CPU处理器和图形处理单元(GPU)通过新一代总线或接口标准(PCI-Express，PCI-E)总线连接。其中，线程(thread)是图形处理单元(GPU)的最小单位，是一个相对独立可调度的执行单元；G本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图形处理单元的SAR雷达回波获取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定图形处理单元，并从图形处理单元中获取SAR雷达的载机飞行速度V、SAR雷达合成孔径方位时间T、SAR雷达的载机飞行方向和SAR雷达波束范围内包含的P个点目标；步骤2，在P个点目标中，任意选取其中一个点目标作为基准点目标，所述基准点目标横坐标是X0，纵坐标是Y0，计算方位时间为t时所述基准点目标与SAR雷达的载机之间距离R(t)和方位时间为t时所述基准点目标在SAR雷达的载机上的相位然后设定SAR雷达的距离采样频率F,从而计算得到SAR雷达的距离向采样间隔δ，并根据所述SAR雷达距离向采样间隔δ，将P个点目标划分到K个同心圆内；步骤3，选取第k个同心圆中第i个点目标的能量幅度值进行多倍插值操作，得到第k个同心圆中第i个点目标的幅度主峰值σi，并将所述第k个同心圆中第i个点目标的幅度主峰值σi，作为第k个同心圆中第i个点目标的后向散射系数，进而计算得到第k个同心圆中第i个点目标回波其中，k∈{1,2,…,K}，K表示以SAR雷达为圆心、且包含P个点目标的同心圆个数；步骤4，假设方位时间为t时第k个同心圆包含Ik个点目标，所述Ik个点目标各自对应点目标回波，并将第k个同心圆包含的Ik个点目标各自对应的点目标回波进行累加，得到方位时间为t时第k个同心圆对应的SAR雷达脉压回波Sk，然后遍历扫描方位时间为t时K个同心圆各自包含的点目标，最终计算得到方位时间为t时K个同心圆对应的SAR雷达脉压回波Et；其中，t∈{1,2,…,T}，T表示设定的SAR雷达合成孔径方位时间；步骤5，对方位时间为t时K个同心圆对应的SAR雷达脉压回波Et进行匹配滤波逆处理，计算得到方位时间为t时的脉冲压缩前原始回波信号步骤6，重复步骤4和步骤5，直至计算得到方位时间T时的脉冲压缩前原始回波信号此时得到方位时间为1时的脉冲压缩前原始回波信号到方位时间为T时的脉冲压缩前原始回波信号然后对其进行累加处理，计算得到SAR雷达的合成孔径方位时间T内对应的SAR雷达原始回波信号...

【技术特征摘要】
1.一种基于图形处理单元的SAR雷达回波获取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定图形处理单元，并从图形处理单元中获取SAR雷达的载机飞行速度V、SAR雷达合成孔径方位时间T、SAR雷达的载机飞行方向和SAR雷达波束范围内包含的P个点目标；步骤2，在P个点目标中，任意选取其中一个点目标作为基准点目标，所述基准点目标横坐标是X0，纵坐标是Y0，计算方位时间为t时所述基准点目标与SAR雷达的载机之间距离R(t)和方位时间为t时所述基准点目标在SAR雷达的载机上的相位然后设定SAR雷达的距离采样频率F，从而计算得到SAR雷达的距离向采样间隔δ，并根据所述SAR雷达距离向采样间隔δ，将P个点目标划分到K个同心圆内；步骤3，选取第k个同心圆中第i个点目标的能量幅度值进行多倍插值操作，得到第k个同心圆中第i个点目标的幅度主峰值σi，并将所述第k个同心圆中第i个点目标的幅度主峰值σi，作为第k个同心圆中第i个点目标的后向散射系数，进而计算得到第k个同心圆中第i个点目标回波其中，k∈{1，2，…，K}，K表示以SAR雷达为圆心、且包含P个点目标的同心圆个数；步骤4，假设方位时间为t时第k个同心圆包含Ik个点目标，所述Ik个点目标各自对应点目标回波，并将第k个同心圆包含的Ik个点目标各自对应的点目标回波进行累加，得到方位时间为t时第k个同心圆对应的SAR雷达脉压回波Sk，然后遍历扫描方位时间为t时K个同心圆各自包含的点目标，最终计算得到方位时间为t时K个同心圆对应的SAR雷达脉压回波Et；其中，t∈{1，2，…，T}，T表示设定的SAR雷达合成孔径方位时间；在步骤4中，所述方位时间为t时第k个同心圆对应的SAR雷达脉压回波sk和所述方位时间为t时K个同心圆对应的SAR雷达脉压回波Et，其表达式分别为：其中，Ri表示第k个同心圆中第i个点目标到SAR雷达的斜距，λ表示SAR雷达的工作波长，δ(·)表示冲击响应函数，k∈{1，2，…，K}，i′∈{1，2，…，Ik}，K表示以SAR雷达为圆心、且包含P个点目标的同心圆个数，Ik表示第k个同心圆包含的点目标个数，σi′表示第k个同心圆中第i个点目标的后向散射系数，exp(·)表示指数函数；步骤5，对方位时间为t时K个同心圆对应的SAR雷达脉压回波Et进行匹配滤波逆处理，计算得到方位时间为t时的脉冲压缩前原始回波信号步骤6，重复步骤4和步骤5，直至计算得到方位时间T时的脉冲压缩前原始回波信号此时得到方位时间为1时的脉冲压缩前原始回波信号到方位时间为T时的脉冲压缩前原始回波信号然后对其进行累加处理，计算得到SAR雷达的合成孔径方位时间T内对应的SAR雷达原始回波信号2.如权利要求1所述的一种基于图形处理单元的SAR雷达回波获取方法，其特征在于，在步骤1中，所述从图形处理单元中获取SAR雷达的载机飞行速度V、SAR雷达合成孔径方位时间T、SAR雷达的载机飞行方向和SAR雷达波束范围内包含的P个点目标，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，张云骥，王振东，景国彬，邢孟道，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61