合成孔徑雷達(dá)實(shí)時(shí)并行數(shù)據(jù)處理.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)(SAR，Synthetic Aperture Radar)是一種主動(dòng)式的高分辨率的微波成像雷達(dá)，它通過(guò)對(duì)回波信號(hào)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(diǎn)，SAR在軍事偵察、地球遙感、海洋研究、環(huán)境保護(hù)以及災(zāi)情檢測(cè)等方面有著廣泛的應(yīng)用。 隨著SAR技術(shù)的發(fā)展，對(duì)SAR圖像的成像精度和實(shí)時(shí)性的要求也越來(lái)越高。SAR成像的特征主要是對(duì)連續(xù)傳遞回的雷達(dá)回波信號(hào)

2、數(shù)據(jù)流進(jìn)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(dá)到實(shí)時(shí)成像的目的，需要處理平臺(tái)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(jì)算機(jī)上幾乎不可能實(shí)現(xiàn)，因而需要利用并行計(jì)算的技術(shù)。 一般來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)并行處理的計(jì)算平臺(tái)是多處理器的計(jì)算體系結(jié)構(gòu)，其對(duì)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(shí)時(shí)處理的要求。但一般來(lái)說(shuō)要利用這兩種算法達(dá)到實(shí)時(shí)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(wú)人機(jī)載和星載系統(tǒng)中對(duì)系統(tǒng)載荷有嚴(yán)格的要求，很難滿足這么多的處理器要求。因而需要對(duì)上面的兩種多處理器結(jié)構(gòu)的算法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 本論文以32節(jié)點(diǎn)的IBM PCs集群系統(tǒng)為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)對(duì)SAR成像算法的可并行化的詳細(xì)分析，實(shí)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(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)實(shí)時(shí)的SAR成像系統(tǒng)。 我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)優(yōu)化選擇總的計(jì)算節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)以及距離向壓縮及方位向壓縮所需處理器個(gè)數(shù)的比值，得出最優(yōu)化的計(jì)算節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)及距離向壓縮的節(jié)點(diǎn)數(shù)和方位向壓縮的節(jié)點(diǎn)數(shù)的比例關(guān)系取決于距離向壓縮的計(jì)算量和方位向壓縮的計(jì)算量的比值關(guān)系。本論文通過(guò)計(jì)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(shí)可達(dá)到最快的加速比和最優(yōu)的計(jì)算效率。 由于距離向壓縮和方位向壓縮的節(jié)點(diǎn)之間需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。所以在增加計(jì)算節(jié)點(diǎn)的同

5、時(shí)需要考慮對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳遞時(shí)間的增加。當(dāng)總的計(jì)算節(jié)點(diǎn)增加時(shí)，計(jì)算時(shí)間相應(yīng)的減少，但同時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)傳遞時(shí)間會(huì)相應(yīng)的增加，這必然會(huì)導(dǎo)致計(jì)算效率的下降。所以當(dāng)增加計(jì)算節(jié)點(diǎn)時(shí)，需要綜合考慮總時(shí)間中計(jì)算時(shí)間和通信時(shí)間的比例關(guān)系。對(duì)這兩種算法的運(yùn)算結(jié)果進(jìn)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(diǎn)主要有，一是在32節(jié)點(diǎn)PC Cluster集群系統(tǒng)上以C語(yǔ)言為主開(kāi)