基于gpu的合成孔徑雷達(dá)回波仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于雷達(dá)信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及基于GPU的合成孔徑雷達(dá)回波仿真方法。該基于GPU的合成孔徑雷達(dá)回波仿真方法包括以下步驟：步驟1，在CPU端，設(shè)置合成孔徑雷達(dá)的工作參數(shù)；步驟2，在CPU端，以SAR觀測(cè)場(chǎng)景的中心為參考點(diǎn)建立坐標(biāo)系，設(shè)置SAR每個(gè)陣元在每個(gè)方位時(shí)間的位置，設(shè)置SAR觀測(cè)場(chǎng)景中每個(gè)散射點(diǎn)的坐標(biāo)和散射系數(shù)；步驟3，將CPU中設(shè)置的所有數(shù)據(jù)復(fù)制到GPU的全局內(nèi)存中；步驟4，在GPU端，使用3個(gè)Kernel函數(shù)得出第l個(gè)方位時(shí)間SAR觀測(cè)場(chǎng)景的回波數(shù)據(jù)，l＝1,2,...,Na；步驟5，令l依次取1,2,...,Na，并重復(fù)執(zhí)行步驟4，得出所有方位時(shí)間SAR觀測(cè)場(chǎng)景的回波數(shù)據(jù)。
【專利說(shuō)明】基于GPU的合成孔徑雷達(dá)回波仿真方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)信號(hào)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及基于GPU的合成孔徑雷達(dá)回波仿真 方法，本發(fā)明可用于機(jī)載、彈載平臺(tái)SAR(合成孔徑雷達(dá)）成像的回波仿真。

【背景技術(shù)】
[0002] SAR成像方法研宄需要特定條件的SAR原始回波信號(hào)，這些數(shù)據(jù)往往無(wú)法通過(guò)雷 達(dá)載體實(shí)測(cè)獲得，如彈載SAR，因此可通過(guò)仿真來(lái)獲得成像所需的原始回波信號(hào)具有重大意 義。
[0003] 回波仿真需要對(duì)模擬場(chǎng)景的每個(gè)散射點(diǎn)進(jìn)行回波計(jì)算，計(jì)算量龐大，回波生成時(shí) 間長(zhǎng)。模擬回波的時(shí)域算法運(yùn)算效率低，不適合大場(chǎng)景面目標(biāo)回波數(shù)據(jù)的模擬。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出基于GPU的合成孔徑雷達(dá)回波仿真方法，本發(fā)明采用基于 同心圓的頻域算法，進(jìn)一步提高了回波仿真的性能，縮短了仿真時(shí)間。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0006] 基于GPU的合成孔徑雷達(dá)回波仿真方法包括以下步驟：
[0007] 步驟1，在CPU端，設(shè)置合成孔徑雷達(dá)的工作參數(shù)；所述合成孔徑雷達(dá)的工作參數(shù) 包括合成孔徑雷達(dá)方位向采樣點(diǎn)數(shù)Na;
[0008] 步驟2,在CPU端，設(shè)置SAR觀測(cè)場(chǎng)景，以SAR觀測(cè)場(chǎng)景的中心為參考點(diǎn)建立坐標(biāo) 系，設(shè)置SAR每個(gè)陣元在每個(gè)方位時(shí)間的位置，設(shè)置SAR觀測(cè)場(chǎng)景中每個(gè)散射點(diǎn)的坐標(biāo)和散 射系數(shù)；
[0009] 步驟3,將CPU在步驟1和步驟2中設(shè)置的所有數(shù)據(jù)復(fù)制到GPU的全局內(nèi)存中；
[0010] 步驟4,在GPU端，使用第1個(gè)Kernel函數(shù)、第2個(gè)Kernel函數(shù)和第3個(gè)Kernel 函數(shù)得出第1個(gè)方位時(shí)間SAR觀測(cè)場(chǎng)景的回波數(shù)據(jù)，1 = 1，2, ...，Na;
[0011] 步驟5,令1依次取1，2,...，Na，并重復(fù)執(zhí)行步驟4,得出所有方位時(shí)間SAR觀測(cè)場(chǎng) 景的回波數(shù)據(jù)。
[0012] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明應(yīng)用了多種優(yōu)化策略，充分挖掘了面目標(biāo)回波仿真 的高并行性，在保證精度的同時(shí)，大幅度減少了回波的生成時(shí)間。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為發(fā)明的基于GPU的合成孔徑雷達(dá)回波仿真方法的流程圖；
[0014] 圖2a為本發(fā)明中為第1個(gè)Kernel函數(shù)分配線程網(wǎng)格的示意圖；
[0015] 圖2b為本發(fā)明中為第2個(gè)Kernel函數(shù)分配線程網(wǎng)格的示意圖；
[0016] 圖3為本發(fā)明中第2個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程塊對(duì)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行樹狀結(jié)構(gòu)累加 求和的不意圖；
[0017] 圖4為本發(fā)明中為第3個(gè)Kernel函數(shù)分配線程網(wǎng)格的示意圖；
[0018] 圖5a為仿真實(shí)驗(yàn)中利用本發(fā)明得出的散射點(diǎn)二維回波數(shù)據(jù)的幅度圖；
[0019] 圖5b為仿真實(shí)驗(yàn)中利用本發(fā)明得出的散射點(diǎn)二維回波數(shù)據(jù)的相位圖；
[0020] 圖6a為仿真實(shí)驗(yàn)中面目標(biāo)仿真原始場(chǎng)景圖；
[0021] 圖6b為仿真實(shí)驗(yàn)中利用本發(fā)明得出的面目標(biāo)回波二維幅度圖；
[0022] 圖6c為仿真實(shí)驗(yàn)中利用本發(fā)明得出的面目標(biāo)成像結(jié)果示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：
[0024] 參照?qǐng)D1，為本發(fā)明的基于GPU的合成孔徑雷達(dá)回波仿真方法的流程圖。該基于 GPU的合成孔徑雷達(dá)回波仿真方法包括以下步驟：
[0025] 步驟1，在CPU端，設(shè)置合成孔徑雷達(dá)的工作參數(shù)，所述合成孔徑雷達(dá)的工作參 數(shù)包括：合成孔徑雷達(dá)波束角、合成孔徑雷達(dá)距離向采樣點(diǎn)數(shù)（距離單元數(shù)）隊(duì)、合成孔徑 雷達(dá)方位向采樣點(diǎn)數(shù)Na、合成孔徑雷達(dá)距離向采樣頻率Fs、合成孔徑雷達(dá)距離向采樣間隔 Ar、合成孔徑雷達(dá)距離向第一個(gè)采樣單元（第一個(gè)距離單元）的斜距Rtl、光速c、合成孔徑 雷達(dá)發(fā)射信號(hào)帶寬B、合成孔徑雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的載波波長(zhǎng)λ。
[0026] 步驟2,在CPU端，設(shè)置SAR觀測(cè)場(chǎng)景，以SAR觀測(cè)場(chǎng)景的中心為參考點(diǎn)建立坐標(biāo) 系，設(shè)置SAR每個(gè)陣元在每個(gè)方位時(shí)間的位置，設(shè)置場(chǎng)景中散射點(diǎn)間的間隔，設(shè)置SAR觀測(cè) 場(chǎng)景中每個(gè)散射點(diǎn)的坐標(biāo)和散射系數(shù)。
[0027] 步驟3,將CPU在步驟1和步驟2中設(shè)置的所有數(shù)據(jù)復(fù)制到GPU的全局內(nèi)存中；此 時(shí)，需要預(yù)先在GPU端為來(lái)自CPU的數(shù)據(jù)分配全局內(nèi)存。
[0028] 步驟4,在GPU端，使用第1個(gè)Kernel函數(shù)、第2個(gè)Kernel函數(shù)和第3個(gè)Kernel 函數(shù)得出第1個(gè)方位時(shí)間SAR觀測(cè)場(chǎng)景的回波數(shù)據(jù)，1 = 1，2, ...，Na。
[0029] 得出第1個(gè)方位時(shí)間SAR觀測(cè)場(chǎng)景的回波數(shù)據(jù)的過(guò)程包括如下子步驟：
[0030] (4. 1)在GPU端，為第1個(gè)Kernel函數(shù)分配Nl個(gè)線程塊， 八]=L(P〇int_m"?/iV-1 + 256)/256」L·」表示向上取整，P〇int_num表示第1個(gè)方位 時(shí)間SAR觀測(cè)場(chǎng)景種所有散射點(diǎn)的個(gè)數(shù)，N為設(shè)定的自然數(shù)。每個(gè)線程塊包含256個(gè)線程 (即每個(gè)線程塊的大小BLOCK_SIZE設(shè)置為256)。這樣就能確保為第1個(gè)Kernel函數(shù)分配 的線程總數(shù)為256的倍數(shù)，多余的線程不分配任務(wù)。參照?qǐng)D2a，為本發(fā)明中為第1個(gè)Kernel 函數(shù)分配線程網(wǎng)格的示意圖；圖2a中，Block(0,0)，Block(l，0)，Block(2,0)…表示為第1 個(gè)Kernel函數(shù)分配的線程塊，ThreadO至Thread255表不每個(gè)線程塊的256個(gè)線程。
[0031] 第1個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程得出第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)，在計(jì) 算第1個(gè)方位時(shí)間每個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)時(shí)，計(jì)算第1個(gè)方位時(shí)間對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)所在距離單 元的回波數(shù)據(jù)并進(jìn)行隊(duì)次Sinc插值，將對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)所在距離單元的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行第k次 sine插值后的數(shù)據(jù)記為對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)的第k次sine插值數(shù)據(jù)，k取1至隊(duì);將對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)的 第1次sine插值數(shù)據(jù)至對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)的第隊(duì)次sine插值數(shù)據(jù)組合為對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)的回波數(shù) 據(jù)。可以看出，每個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)是長(zhǎng)度為隊(duì)的向量（即包括N々數(shù)據(jù)）。
[0032]當(dāng)?shù)?個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程得出第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)之 后，對(duì)第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行累加（第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的相 同距離單元的sine插值數(shù)據(jù)進(jìn)行累加），得出第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)的第 1個(gè)距離單元的累加結(jié)果至第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)的第隊(duì)個(gè)距離單元的累 加結(jié)果，將第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)的第1個(gè)距離單元的累加結(jié)果至第1個(gè) 方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)的第隊(duì)個(gè)距離單元的累加結(jié)果組成第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè) 散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)的累加結(jié)果。第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)的累加結(jié)果是由隊(duì) 個(gè)復(fù)數(shù)元素組成的向量（即包括隊(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)），
[0033] 本發(fā)明實(shí)施例中，根據(jù)前述說(shuō)明，第1個(gè)Kernel函數(shù)使用的線程的個(gè)數(shù)為 LP〇int_/ri/m/A^，表示向上取整；第1個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程得出的N個(gè)散射 點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)的累加結(jié)果為長(zhǎng)度為隊(duì)的向量（N^點(diǎn)數(shù)據(jù)），表示合成孔徑雷達(dá)距離向采 樣點(diǎn)數(shù)。當(dāng)?shù)?個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程得出N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)的累加結(jié)果之后， 將其存儲(chǔ)于GPU的全局內(nèi)存中，因此在GPU的全局內(nèi)存中需要為第1個(gè)Kernel函數(shù)分配 隊(duì)XPoint_num/N個(gè)復(fù)數(shù)單元（每個(gè)復(fù)數(shù)單元用于存儲(chǔ)復(fù)數(shù)據(jù)）。
[0034] 顯然，為第1個(gè)Kernel函數(shù)分配的線程網(wǎng)格與N的大小密切相關(guān)，為了給單個(gè)線 程分配盡可能多的任務(wù)以提高第1個(gè)Kernel函數(shù)的效率并考慮全局內(nèi)存的限制，設(shè)置改變 N使第1個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程得出的N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)的累加結(jié)果的大小限制在 IGB以下，由此找出的最大的N值為設(shè)定的N的取值。
[0035] (4.2)在GPU端，為第2個(gè)Kernel函數(shù)分配N2個(gè)線程塊 7V2 = (Point_/W- 1 + 256) / 256」XM，為第2個(gè)Kernel函數(shù)分配的每個(gè) 線程塊包括256個(gè)線程。N2個(gè)線程塊可以用二維線程塊網(wǎng)格進(jìn)行表示，二維線程塊網(wǎng) 格的行數(shù)為隊(duì)，列數(shù)為//V-1 + 256')/ 256]。參照?qǐng)D2b，為本發(fā)明中 為第2個(gè)Kernel函數(shù)分配線程網(wǎng)格的不意圖。圖2b中，Block(0, 0)，Block(1，0)…Block(0,I)，Block(1，1)…，Block(0,Nr)，Block(1，Nr)…代表為第 2 個(gè)Kernel函數(shù)分配N2 個(gè)線程塊；ThreadO至Thread255表不每個(gè)線程塊的256個(gè)線程。
[0036] 針對(duì)第1個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程塊得出的256X隊(duì)個(gè)復(fù)數(shù)元素（即第1個(gè) Kernel函數(shù)的每個(gè)線程塊得出的256個(gè)第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)的累加結(jié) 果），在第2個(gè)Kernel函數(shù)中調(diào)用隊(duì)個(gè)線程塊；針對(duì)第1個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程塊得出 的第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)第k個(gè)距離單元的256個(gè)復(fù)數(shù)元素，在第2個(gè)Kernel函數(shù)對(duì) 應(yīng)的隊(duì)個(gè)線程塊中使用第k個(gè)線程塊對(duì)第1個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程塊得出的第1個(gè)方 位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)第k個(gè)距離單元的256個(gè)復(fù)數(shù)元素進(jìn)行樹狀結(jié)構(gòu)累加求和（并行歸約求 和），得出第1個(gè)方位時(shí)間第2個(gè)Kernel函數(shù)對(duì)應(yīng)的隊(duì)個(gè)線程塊中第k個(gè)線程塊的累加求 和結(jié)果，k取1至隊(duì)?？梢钥闯?，第2個(gè)Kernel函數(shù)得出第1個(gè)方位時(shí)間的N2個(gè)累加求和 結(jié)果。
[0037] 具體地說(shuō)，第2個(gè)Kernel函數(shù)要同時(shí)并行對(duì)第1個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程塊得 出的256X隊(duì)個(gè)復(fù)數(shù)元素進(jìn)行樹狀結(jié)構(gòu)累加求和，在第2個(gè)Kernel函數(shù)對(duì)應(yīng)的\個(gè)線程塊 中使用第k個(gè)線程塊對(duì)第1個(gè)Kernel函數(shù)的對(duì)應(yīng)線程塊得出的256XN/h復(fù)數(shù)元素進(jìn)行 樹狀結(jié)構(gòu)累加求和的過(guò)程為：將第1個(gè)Kernel函數(shù)的對(duì)應(yīng)線程塊得出的第1個(gè)方位時(shí)間N 個(gè)散射點(diǎn)的第k個(gè)距離單元的累加結(jié)果（由256個(gè)復(fù)數(shù)元素組成）從GPU的全局內(nèi)存讀取 到共享內(nèi)存中，然后在GPU的共享內(nèi)存中，使用第2個(gè)Kernel函數(shù)對(duì)應(yīng)的隊(duì)個(gè)線程塊中的 第k個(gè)線程塊對(duì)第1個(gè)Kernel函數(shù)的對(duì)應(yīng)線程得出的第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)第k個(gè) 距離單元的累加結(jié)果進(jìn)行樹狀結(jié)構(gòu)累加求和（并行歸約求和）。參照?qǐng)D3,為本發(fā)明中第2 個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程塊對(duì)對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行樹狀結(jié)構(gòu)累加求和的示意圖。第2個(gè)Kernel 函數(shù)的對(duì)應(yīng)線程塊的每個(gè)線程將對(duì)應(yīng)的一個(gè)復(fù)數(shù)元素從GPU的全局內(nèi)存中讀取到GPU的共 享內(nèi)存，并行歸約求和結(jié)束后，結(jié)果位于共享內(nèi)存中的第一個(gè)元素，由對(duì)應(yīng)線程塊中的〇號(hào) 線程將累加結(jié)果寫入GPU的全局內(nèi)存。要實(shí)現(xiàn)共享內(nèi)存的并行歸約求和就要求每個(gè)線程塊 的線程和數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)都是2的整數(shù)冪，但實(shí)際中每個(gè)距離單元上的最后一個(gè)線程塊需要處理 的數(shù)據(jù)很可能小于程序中的塊尺寸256,但由于在CUDA單指令多線程的編程模型中，它也 開辟了 256個(gè)復(fù)數(shù)元素的共享內(nèi)存并且會(huì)讀取全局內(nèi)存，因此為了使第2個(gè)Kernel函數(shù)正 確執(zhí)行，在線程讀取數(shù)據(jù)到共享內(nèi)存前，要判斷線程的序號(hào)是否小于一個(gè)距離單元待累加 的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，如果小于則該線程讀取全局內(nèi)存相應(yīng)元素到共享內(nèi)存的相應(yīng)位置，否則此線 程對(duì)它在共享內(nèi)存中對(duì)應(yīng)的元素置0。這樣，第2個(gè)Kernel單元對(duì)每個(gè)距離單元的數(shù)據(jù)就 能做任意數(shù)目的并行歸約求和，而不要求數(shù)據(jù)量為256的整數(shù)倍。
[0038] (4. 3)在GPU端，為第3個(gè)Kernel函數(shù)分配隊(duì)個(gè)線程塊，為第3個(gè)Kernel函數(shù)分 配的每個(gè)線程塊包括256個(gè)線程。參照?qǐng)D4,為本發(fā)明中為第3個(gè)Kernel函數(shù)分配線程網(wǎng) 格的示意圖；圖4中，Block(0, 0)，Block(0, 1)…Block(0,Nr)表示為第3個(gè)Kernel函數(shù)分 配的線程塊，ThreadO至Thread255表不每個(gè)線程塊的256個(gè)線程。
[0039] 在調(diào)用第2個(gè)Kernel函數(shù)實(shí)現(xiàn)回波數(shù)據(jù)的部分累加后，采用第3個(gè)Kernel函數(shù) 將第2個(gè)Kernel函數(shù)的輸出結(jié)果再次用共享內(nèi)存進(jìn)行累加。在本發(fā)明實(shí)施例中，第3個(gè) Kernel函數(shù)的第k個(gè)線程塊從GPU的全局內(nèi)存中讀取第2個(gè)Kernel函數(shù)得出的第1個(gè)方 位時(shí)間的第k個(gè)距離單元的累加結(jié)果（由256個(gè)復(fù)數(shù)元素組成），然后對(duì)第2個(gè)Kernel函 數(shù)得出的第1個(gè)方位時(shí)間的第k個(gè)距離單元的累加求和結(jié)果進(jìn)行樹狀結(jié)構(gòu)累加求和（并行 歸約求和），得出對(duì)應(yīng)的累加求和結(jié)果，k取1至隊(duì)。第3個(gè)Kernel函數(shù)得出第1個(gè)方位時(shí) 間的隊(duì)個(gè)累加求和結(jié)果。需要說(shuō)明的是，如果第3個(gè)Kernel函數(shù)在同一個(gè)距離單元上待 累加的數(shù)據(jù)多于256個(gè)，先由線程塊將該距離單元上256個(gè)數(shù)據(jù)寫入共享內(nèi)存，之后該距離 單元的其他所有數(shù)據(jù)用while循環(huán)累加到共享內(nèi)存上，這樣就能保證第3個(gè)Kernel函數(shù)的 一個(gè)線程塊可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)距離單元數(shù)據(jù)的累加；如果第3個(gè)Kernel函數(shù)在一個(gè)距離單元上 待累加的數(shù)據(jù)少于256個(gè)，則第3個(gè)Kernel函數(shù)采用和第2個(gè)Kernel函數(shù)采用相同的方 式，即對(duì)共享內(nèi)存的多余元素補(bǔ)〇,再進(jìn)行歸約求和。第3個(gè)Kernel函數(shù)執(zhí)行完成后，在隊(duì) 個(gè)距離單元上產(chǎn)生隊(duì)點(diǎn)回波。
[0040] 本發(fā)明實(shí)施例中，第1個(gè)Kernel函數(shù)、第2個(gè)Kernel函數(shù)和第3個(gè)Kernel函數(shù)分 別按照各自的線程網(wǎng)格依次執(zhí)行，完成在GPU上并行實(shí)現(xiàn)發(fā)射一次脈沖收到回波的過(guò)程， 也就是波束范圍內(nèi)所有散射點(diǎn)回波的疊加。
[0041] 相比傳統(tǒng)的回波模擬算法，本發(fā)明在計(jì)算每個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)時(shí)，只需要計(jì)算 它所在距離單元的回波并進(jìn)行多點(diǎn)插值，大大減少了計(jì)算量。得出第1個(gè)方位時(shí)間每個(gè)散 射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)的過(guò)程包括以下子步驟：
[0042] (a)首先根據(jù)合成孔徑雷達(dá)的工作參數(shù)，判斷對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)是否在合成孔徑雷達(dá)的 波束范圍內(nèi)。具體地說(shuō)，計(jì)算出對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)的斜視角，如果它小于波束角的1/2,則對(duì)應(yīng)散射 點(diǎn)在合成孔徑雷達(dá)的波束范圍內(nèi)；否則，對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)不在雷達(dá)的波束范圍內(nèi)。
[0043] (b)計(jì)算合成孔徑雷達(dá)的波束范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)的瞬時(shí)斜距R，
[0044] (c)以合成孔徑雷達(dá)第一個(gè)距離單元為參考單元，確定合成孔徑雷達(dá)的波束范圍 內(nèi)對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)所在距離單元的序號(hào)ind

【權(quán)利要求】
1. 基于GPU的合成孔徑雷達(dá)回波仿真方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，在CPU端，設(shè)置合成孔徑雷達(dá)的工作參數(shù)；所述合成孔徑雷達(dá)的工作參數(shù)包括 合成孔徑雷達(dá)方位向采樣點(diǎn)數(shù)Na; 步驟2,在CPU端，設(shè)置SAR觀測(cè)場(chǎng)景，以SAR觀測(cè)場(chǎng)景的中心為參考點(diǎn)建立坐標(biāo)系，設(shè) 置SAR每個(gè)陣元在每個(gè)方位時(shí)間的位置，設(shè)置SAR觀測(cè)場(chǎng)景中每個(gè)散射點(diǎn)的坐標(biāo)和散射系 數(shù)； 步驟3,將CPU在步驟1和步驟2中設(shè)置的所有數(shù)據(jù)復(fù)制到GPU的全局內(nèi)存中； 步驟4,在GPU端，使用第1個(gè)Kernel函數(shù)、第2個(gè)Kernel函數(shù)和第3個(gè)Kernel函數(shù) 得出第1個(gè)方位時(shí)間SAR觀測(cè)場(chǎng)景的回波數(shù)據(jù)，1 = 1，2,. . .，Na; 步驟5,令1依次取1，2, ...，Na，并重復(fù)執(zhí)行步驟4,得出所有方位時(shí)間SAR觀測(cè)場(chǎng)景的 回波數(shù)據(jù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于GPU的合成孔徑雷達(dá)回波仿真方法，其特征在于，在步驟1 中，所述合成孔徑雷達(dá)的工作參數(shù)還包括合成孔徑雷達(dá)距離向采樣點(diǎn)數(shù)隊(duì)； 在步驟4中，得出第1個(gè)方位時(shí)間SAR觀測(cè)場(chǎng)景的回波數(shù)據(jù)的過(guò)程包括如下子步驟： (4. 1)在GPU端，為第1個(gè)Kernel函數(shù)分配N1個(gè)線程塊，
位時(shí)間SAR觀測(cè)場(chǎng)景種所有散射點(diǎn)的個(gè)數(shù)，N為設(shè)定的自然數(shù)，為第1個(gè)Kernel函數(shù)分配 的每個(gè)線程塊包含256個(gè)線程； 利用第1個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程得出第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)，在計(jì) 算第1個(gè)方位時(shí)間每個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)時(shí)，計(jì)算第1個(gè)方位時(shí)間對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)所在距離單 元的回波數(shù)據(jù)并進(jìn)行sine插值，將對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)所在距離單元的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行第k次sine 插值后的數(shù)據(jù)記為對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)的第k次sine插值數(shù)據(jù)，k取1至隊(duì);將對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)的第1 次sine插值數(shù)據(jù)至對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)的第隊(duì)次sine插值數(shù)據(jù)組合為對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)； 當(dāng)?shù)?個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程得出第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)之后，對(duì) 第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，得出第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波 數(shù)據(jù)的第1個(gè)距離單元的累加結(jié)果至第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)的第隊(duì)個(gè)距 離單元的累加結(jié)果，將第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)的第1個(gè)距離單元的累加結(jié) 果至第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)的第隊(duì)個(gè)距離單元的累加結(jié)果組成第1個(gè)方 位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù)的累加結(jié)果；在得出第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)的回波數(shù)據(jù) 的累加結(jié)果的過(guò)程中，第1個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程塊得出256X隊(duì)個(gè)復(fù)數(shù)元素； (4. 2)在GPU端，為第2個(gè)Kernel函數(shù)分配N2個(gè)線程塊
塊包括256個(gè)線程； 針對(duì)第1個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程塊得出的256X隊(duì)個(gè)復(fù)數(shù)元素，在第2個(gè)Kernel函 數(shù)中調(diào)用隊(duì)個(gè)線程塊；針對(duì)第1個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程塊得出的第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè) 散射點(diǎn)第k個(gè)距離單元的256個(gè)復(fù)數(shù)元素，在第2個(gè)Kernel函數(shù)對(duì)應(yīng)的隊(duì)個(gè)線程塊中使 用第k個(gè)線程塊對(duì)第1個(gè)Kernel函數(shù)的每個(gè)線程塊得出的第1個(gè)方位時(shí)間N個(gè)散射點(diǎn)第 k個(gè)距離單元的256個(gè)復(fù)數(shù)元素進(jìn)行并行歸約求和，得出第1個(gè)方位時(shí)間第2個(gè)Kernel函 數(shù)對(duì)應(yīng)的隊(duì)個(gè)線程塊中第k個(gè)線程塊的累加求和結(jié)果； (4. 3)在GPU端，為第3個(gè)Kernel函數(shù)分配N,個(gè)線程塊，為第3個(gè)Kernel函數(shù)分配的 每個(gè)線程塊包括256個(gè)線程； 在調(diào)用第2個(gè)Kernel函數(shù)實(shí)現(xiàn)回波數(shù)據(jù)的部分累加后，采用第3個(gè)Kernel函數(shù)將第2個(gè)Kernel函數(shù)的輸出結(jié)果再次用共享內(nèi)存進(jìn)行累加；第3個(gè)Kernel函數(shù)的第k個(gè)線程 塊從GPU的全局內(nèi)存中讀取第2個(gè)Kernel函數(shù)得出的第1個(gè)方位時(shí)間的第k個(gè)距離單元 的累加結(jié)果，然后對(duì)第2個(gè)Kernel函數(shù)得出的第1個(gè)方位時(shí)間的第k個(gè)距離單元的累加求 和結(jié)果進(jìn)行并行歸約求和，得出對(duì)應(yīng)的累加求和結(jié)果；第3個(gè)Kernel函數(shù)得出的第1個(gè)方 位時(shí)間的隊(duì)個(gè)累加求和結(jié)果為第1個(gè)方位時(shí)間SAR觀測(cè)場(chǎng)景的回波數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于GPU的合成孔徑雷達(dá)回波仿真方法，其特征在于，在步驟5之后，在GPU端，對(duì)所有方位時(shí)間SAR觀測(cè)場(chǎng)景的回波數(shù)據(jù)做距離向傅里葉變換，得到距 離頻域所有方位時(shí)間的回波數(shù)據(jù)；將距離頻域所有方位時(shí)間的回波數(shù)據(jù)乘以距離頻域匹配 項(xiàng)，得出距離頻域匹配后所有方位時(shí)間的回波數(shù)據(jù)；對(duì)距離頻域匹配后所有方位時(shí)間的回 波數(shù)據(jù)作距離向逆傅里葉變換，得出距離頻域匹配后所有方位時(shí)間的時(shí)域回波數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01S13/90GK104483670SQ201410718693
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】梁毅, 邢孟道, 杜凡, 李震宇 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)