合成孔徑雷達實時并行數(shù)據(jù)處理.pdf

1、合成孔徑雷達(SAR，Synthetic Aperture Radar)是一種主動式的高分辨率的微波成像雷達，它通過對回波信號距離向的脈沖壓縮技術(shù)和方位向的合成孔徑技術(shù)獲得二維高分辨率圖像。由于具有全天候、高分辨率、寬覆蓋率的特點，SAR在軍事偵察、地球遙感、海洋研究、環(huán)境保護以及災(zāi)情檢測等方面有著廣泛的應(yīng)用。 隨著SAR技術(shù)的發(fā)展，對SAR圖像的成像精度和實時性的要求也越來越高。SAR成像的特征主要是對連續(xù)傳遞回的雷達回波信號

2、數(shù)據(jù)流進行連續(xù)處理成像。一幅SAR成像需要處理海量的原始數(shù)據(jù)，因而要想達到實時成像的目的，需要處理平臺具有十億次，甚至百億次每秒的處理速度。完成這么大的數(shù)據(jù)量在單處理器的計算機上幾乎不可能實現(xiàn)，因而需要利用并行計算的技術(shù)。 一般來說，實現(xiàn)實時并行處理的計算平臺是多處理器的計算體系結(jié)構(gòu)，其對應(yīng)的并行算法主要有兩種，一種稱為基于流水線的多處理器并行算法結(jié)構(gòu)。另一種稱為基于全互換的多處理器并行算法結(jié)構(gòu)。這兩種算法結(jié)構(gòu)從一定程度上都能滿

3、足實時處理的要求。但一般來說要利用這兩種算法達到實時成像的目的需要上百的處理器才能滿足其需要的處理速率。但是在無人機載和星載系統(tǒng)中對系統(tǒng)載荷有嚴格的要求，很難滿足這么多的處理器要求。因而需要對上面的兩種多處理器結(jié)構(gòu)的算法進行優(yōu)化設(shè)計。 本論文以32節(jié)點的IBM PCs集群系統(tǒng)為開發(fā)平臺，通過對SAR成像算法的可并行化的詳細分析，實現(xiàn)了兩種結(jié)構(gòu)的并行SAR成像算法，分別稱之為基于全互換的SAR并行算法和基于流水線的SAR并行算法，

4、實現(xiàn)了準實時的SAR成像系統(tǒng)。 我們發(fā)現(xiàn)通過優(yōu)化選擇總的計算節(jié)點個數(shù)以及距離向壓縮及方位向壓縮所需處理器個數(shù)的比值，得出最優(yōu)化的計算節(jié)點個數(shù)及距離向壓縮的節(jié)點數(shù)和方位向壓縮的節(jié)點數(shù)的比例關(guān)系取決于距離向壓縮的計算量和方位向壓縮的計算量的比值關(guān)系。本論文通過計算比較得出結(jié)論，距離向和方位向的比例關(guān)系為1∶2時可達到最快的加速比和最優(yōu)的計算效率。 由于距離向壓縮和方位向壓縮的節(jié)點之間需要進行數(shù)據(jù)的傳遞。所以在增加計算節(jié)點的同

5、時需要考慮對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳遞時間的增加。當(dāng)總的計算節(jié)點增加時，計算時間相應(yīng)的減少，但同時對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳遞時間會相應(yīng)的增加，這必然會導(dǎo)致計算效率的下降。所以當(dāng)增加計算節(jié)點時，需要綜合考慮總時間中計算時間和通信時間的比例關(guān)系。對這兩種算法的運算結(jié)果進行了比較(比較其加速比、效率等)。比較結(jié)果顯示基于流水線的SAR并行算法是一種更優(yōu)化的 SAR 并行成像算法。 本論文的創(chuàng)新點主要有，一是在32節(jié)點PC Cluster集群系統(tǒng)上以C語言為主開