基于GPU的復(fù)雜場景實時SAR仿真.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)(SAR)作為一種利用微波成像的遙測手段,具有全天時、全天候的優(yōu)點,在軍事、民用方面有著廣泛的應(yīng)用前景。但和光學(xué)圖像相比,SAR圖像有三個典型特征：散射特性、幾何畸變和斑點噪聲,因此給圖像解譯、幾何定位、目標(biāo)識別等方面帶來了困難。仿真特定目標(biāo)在給定條件下的圖像,為收集目標(biāo)樣本、預(yù)測目標(biāo)特性及最終實現(xiàn)目標(biāo)識別拓展了一條重要的途徑。傳統(tǒng)的SAR圖像仿真都是在基于CPU的平臺下進(jìn)行的,存在耗時、不直觀和缺乏交互性的弊端,特別是對于

2、復(fù)雜場景的仿真,缺點尤為明顯。近年來,伴隨著圖形處理器(GPU)性能的大幅度提高以及可編程特性的發(fā)展,GPU在計算機(jī)圖形學(xué)方面的應(yīng)用開始成為研究的熱點。特別是在電影、游戲等娛樂產(chǎn)業(yè),獲得了廣泛的應(yīng)用,帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益,反過來也進(jìn)一步促進(jìn)了GPU的發(fā)展。現(xiàn)在越來越多的研究人員開始把各種基于CPU的密集運算引入到GPU上,從而利用GPU的流水化和并行化的兩大加速手段實現(xiàn)算法的加速。本文提出了一種新型的復(fù)雜場景的實時SAR仿真方法,將計算

3、機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)技術(shù)引入到SAR仿真中,充分利用圖形顯卡提供的3D硬件加速功能和可編程處理器GPU,實現(xiàn)實時、有效的SAR仿真。本文的主要工作和創(chuàng)新點如下：①建立復(fù)雜的大規(guī)模地形場景,這是SAR仿真的基礎(chǔ)。地形場景一般由幾百萬甚至更多的多邊形構(gòu)成,數(shù)量非常龐大,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一般圖形硬件的實時處理能力。為了滿足實時、交互繪制的要求,將盡可能多的幾何數(shù)據(jù)送入GPU的圖形流水線,從而減少算法對CPU的負(fù)擔(dān),并充分發(fā)揮GPU的性能。②利用Phong光

4、照模型來模擬SAR成像中的面散射特性,3D地形模型中每個三角形的反射系數(shù),對應(yīng)于SAR成像中小面元的后向散射系數(shù)。通過設(shè)置不同的參數(shù),可以得到漫反射特性更強(qiáng)的或者是鏡面反射特性更強(qiáng)的效果。③計算SAR成像中的實時陰影。傳統(tǒng)的SAR成像幾何畸變仿真中,通過逐點比較來判斷陰影區(qū),會耗費較多的時間。本文采用計算機(jī)圖形學(xué)中的陰影映射方法,把耗時的目標(biāo)遮擋工作交給顯卡硬件來完成,實現(xiàn)了陰影區(qū)的快速計算。本文利用NVIDIA Quadra FX 3