基于異構(gòu)SIMD并行的高分辨率星載SAR原始數(shù)據(jù)快速模擬研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR),能夠在特殊的氣象條件下得到較高分辨率的雷達(dá)圖像,并且有能夠有效的穿透掩蓋物和識別偽裝等特點(diǎn),被廣泛的應(yīng)用在軍用和民用領(lǐng)域。
　　然而現(xiàn)在由于實(shí)際的需要和科技的發(fā)展,為了得到高精度的成像效果,勢必會對雷達(dá)分辨率和測繪帶寬等提出更高的要求,雷達(dá)回波產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也會海量增加?；夭〝?shù)據(jù)作為高精度成像算法研究和設(shè)計(jì)的有力支撐,所以如何快速準(zhǔn)確的得到海量的回波數(shù)據(jù)成為一個(gè)

2、亟待解決的問題。
　　由于高性能并行計(jì)算的發(fā)展,為該問題給出了一個(gè)很好的解決方案,本文在充分調(diào)研了國內(nèi)外對SAR回波快速模擬相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,借鑒了相關(guān)星載SAR回波模擬的并行仿真算法,實(shí)現(xiàn)了一種基于SIMD異構(gòu)并行的星載SAR回波快速模擬仿真方法,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了冗余計(jì)算的優(yōu)化和針對SAR回波過程中不規(guī)則問題計(jì)算的深度并行優(yōu)化,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過經(jīng)優(yōu)化的CPU/GPU異構(gòu)協(xié)同的模式相比于傳統(tǒng)的計(jì)算方法能夠有效的提高運(yùn)算效率150

3、倍左右。
　　論文的主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排如下:
　　1、研究了星載SAR的相關(guān)技術(shù),從衛(wèi)星平臺模型的建立、目標(biāo)模型的建立、成像幾何的計(jì)算和雷達(dá)信號模型的建立四個(gè)方面進(jìn)行了研究,描述了整個(gè)星載SAR的回波模擬過程和相關(guān)的仿真算法,并且通過編程實(shí)現(xiàn)了串行的星載SAR回波模擬仿真;
　　2、通過查閱相關(guān)文獻(xiàn),研究并分析了基于CPU的星載SAR回波模擬并行仿真算法,對星載SAR回波模擬的粒度進(jìn)行了劃分,并且實(shí)現(xiàn)了基于Open

4、MP的星載SAR回波多核模擬和基于MPI的星載SAR回波多機(jī)多CPU模擬,同時(shí)基于目標(biāo)分塊策略對星載SAR回波仿真進(jìn)行了深度的優(yōu)化,本章的最后實(shí)現(xiàn)了一種基于SSE/AVX和OpenMP的星載SAR回波模擬仿真方法并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析;
　　3、研究了基于GPU的星載SAR回波模擬并行仿真算法,分析并實(shí)現(xiàn)了基于單GPU和多GPU的星載SAR空間幾何計(jì)算和大場景回波仿真計(jì)算,由于SAR回波模擬仿真算法的特殊性,在并行運(yùn)算時(shí)會產(chǎn)生沖突,

5、產(chǎn)生不規(guī)則數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),所以在本章節(jié)最后分析了產(chǎn)生計(jì)算沖突的原因,并闡述了兩種解決SAR回波模擬并行沖突的優(yōu)化方法,分別是基于插值的GPU并行沖突優(yōu)化和基于歸約的GPU并行沖突優(yōu)化;
　　4、根據(jù)上面章節(jié)分析的優(yōu)化方法,實(shí)現(xiàn)了一種基于CPU/GPU異構(gòu)協(xié)同的星載SAR回波模擬深度并行優(yōu)化算法,通過任務(wù)調(diào)度對星載SAR回波模擬任務(wù)進(jìn)行了劃分,使得CPU和GPU同時(shí)參與運(yùn)算任務(wù),充分利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算資源,通過CPU/GPU協(xié)同加速實(shí)現(xiàn)星載