一种基于嵌入式GPU的弹载SAR前侧视时域成像方法

文档序号:26001008发布日期:2021-07-23 21:17阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于嵌入式gpu的弹载sar前侧视时域成像方法,应用于信号处理机,所述信号处理机包括前端模数转换器、前端fpga和集成cpu/gpu的后端集成芯片,其特征在于,所述成像方法包括:

所述前端模数转换器,接收弹载sar图像的回波数据,对该回波数据进行数据采样,获得原始回波采样矩阵;

所述前端fpga,用于获取弹载sar图像的原始回波采样矩阵,并对该原始回波采样矩阵进行距离维脉冲压缩,获得脉冲压缩后的回波信号矩阵,将所述脉冲压缩后的回波信号矩阵发送至后端集成芯片中;

所述后端集成芯片,用于接收脉冲压缩后的回波信号矩阵,对距离维脉冲压缩后回波信号矩阵进行距离维插值处理,获得距离维插值处理后的回波信号矩阵;

从雷达运动平台获取惯导数据矩阵,并对惯导数据矩阵中的每一行进行插值,获得雷达运动平台的实际三维位置信息;

基于所述实际三维位置信息,对距离维插值处理后的回波信号矩阵进行积分处理,获得多幅低分辨子孔径图像;

对低分辨子孔径图像进行方位维处理,获得全孔径高分辨sar图像;

对全孔径聚焦sar图像进行几何校正,获得全孔径高分辨弹载sar图像。

2.根据权利要求1所述的弹载sar前侧视时域成像方法,其特征在于,所述后端集成芯片,在对该原始回波采样矩阵进行距离维脉冲压缩之前,进一步用于:

将回波信号矩阵保存至全局内存中,并初始化成像系统参数;

其中,成像系统参数主要包括:雷达系统工作的信号波长λ,雷达系统发射信号带宽b,雷达系统发射脉冲时宽tr,雷达系统采样频率fs,雷达系统脉冲重复频率prf,雷达平台主天线合成孔径长度l,雷达系统距离向采样点数n,雷达系统方位向采样点数m,雷达系统子孔径图像距离向采样点数m,雷达系统子孔径图像方位向采样点数n。

3.根据权利要求2所述的弹载sar前侧视时域成像方法,其特征在于,所述前端fpga,对该原始回波采样矩阵进行距离维脉冲压缩的步骤包括:

对原始回波采样矩阵进行距离维脉冲压缩,得到距离脉压后的回波信号矩阵

在所述回波信号矩阵中截掉每一行的前点和后点的数据,得到距离维截取回波信号矩阵sm×n;

通过高速接口将脉冲压缩后的回波信号矩阵发送至所述后端集成芯片中;

其中,m为脉冲个数或方位采样点数,4n为每个脉冲的采样点数,即距离采样点数,上标p表示距离脉压,n表示雷达系统距离向采样点数。

4.根据权利要求2所述的弹载sar前侧视时域成像方法,其特征在于,所述后端集成芯片,对距离维脉冲压缩后回波信号矩阵进行距离维插值处理,获得距离维插值处理后的回波信号矩阵的步骤包括:

将获得的回波信号矩阵sm×n在距离维进行fft变换,使其变换至频域,得到回波信号频域矩阵

使用m×8n个gpu线程对距离维fft变换后的回波信号矩阵进行频域补零,获得回波信号频域补零矩阵

使用fft逆变换将频域补零矩阵在距离维变换回时域,获得距离维插值处理后的回波信号矩阵

其中,m为脉冲个数或方位采样点数,上标i表示距离脉压,n表示雷达系统距离向采样点数。

5.根据权利要求2所述的弹载sar前侧视时域成像方法,其特征在于,所述后端集成芯片,从雷达运动平台获取惯导数据矩阵,并对惯导数据矩阵中的每一行进行插值,获得雷达运动平台的实际三维位置信息的步骤包括:

从雷达前端获取北、天、东三个维度的惯导数据矩阵i3×l;

对惯导数据矩阵i3×l的每一行进行三次样条插值,将数据长度插值至m,获得插值后的惯导数据矩阵i3×m;

根据插值后的惯导数据矩阵i3×m,计算出雷达平台实际航迹的三维位置s3×m。

6.根据权利要求2所述的弹载sar前侧视时域成像方法,其特征在于,所述后端集成芯片,基于所述实际三维位置信息,对距离维插值处理后的回波信号矩阵进行积分处理,获得多幅低分辨子孔径图像的步骤包括:

基于所需的成像范围,建立极坐标系;

计算出极坐标系中每个点坐标在直角坐标系中所对应的坐标点表示的极坐标信息vm×n;

获取所述雷达运行平台沿着俯冲飞行轨道运动生成的轨迹位置d(tm);

其中,所述轨迹位置包括多个位置点;

基于所述极坐标信息vm×n以及所述轨迹位置,设置m×n个gpu线程,以使每个线程计算在tm时刻,多个位置点到极坐标中任意点目标p(rp,θp)的瞬时距离;

利用所述实际三维位置信息,对所述瞬时距离进行运动补偿,获得运动补偿完成后的瞬时距离信息;

利用运动补偿完后的瞬时距离信息,对距离维插值处理后的回波信号矩阵进行bp积分,获得多幅低分辨子孔径图像sm×n。

7.根据权利要求6所述的弹载sar前侧视时域成像方法,其特征在于,所述后端集成芯片,基于所述极坐标信息vm×n,设置m×n个gpu线程,以使每个线程计算在tm时刻,雷达到极坐标中任意点目标p(rp,θp)的瞬时距离的步骤包括:

基于所述极坐标信息vm×n以及所述轨迹位置,设置m×n个gpu线程,以使每个线程使用距离计算公式计算在tm时刻,多个位置点到极坐标中任意点目标p(rp,θp)的瞬时距离;

距离计算公式为:

其中,r(d;rp,αp)表示多个位置点到极坐标中任意点目标p(rp,θp)的瞬时距离,rp在极坐标系下的距离,αp为点目标p(rp,θp)在极坐标系下的角度αp=sinθp,d表示轨迹位置,l表示雷达平台主天线合成孔径长度。

8.根据权利要求6所述的弹载sar前侧视时域成像方法,其特征在于,所述后端集成芯片,利用运动补偿完后的瞬时距离信息,对距离维插值处理后的回波信号矩阵进行bp积分,获得多幅低分辨子孔径图像sm×n的步骤包括:

利用运动补偿完后的瞬时距离信息,使用bp积分公式,对距离维插值处理后的回波信号矩阵进行bp积分,获得多幅低分辨子孔径图像sm×n;

bp积分公式为:

其中,s(rp,αp)表示极坐标下的多幅低分辨子孔径图像,rp和αp分别为点目标p(rp,θp)在极坐标系下的两个坐标,d表示轨迹位置,l表示雷达平台主天线合成孔径长度,m表示脉冲个数,krc=4π/λ表示距离波数中心,λ为合成孔径雷达发射信号时载频对应的波长。

9.根据权利要求2所述的弹载sar前侧视时域成像方法,其特征在于,所述后端集成芯片,对低分辨子孔径图像进行方位维处理,获得全孔径高分辨sar图像的步骤包括:

计算各幅低分辨子图的波数谱中心kαu;

对低分辨子孔径图像sm×n在方位维进行逆傅里叶变换,获得子图像的波数谱;

将每个子图像的波数谱中心在方位向上进行移位,使其从零移至真实中心kαu,获得波数谱移位后的子孔径波数谱图像

对子孔径波数谱图像在方位维进行频谱拼接获得全孔径波数谱图像sm×n′;

对全孔径波数谱图像在方位维做傅里叶变换,以使全孔径波数谱图像变换回图像域;

对图像域的全孔径图像求模,得到斜平面的全孔径高分辨图像。


技术总结
本发明提出的一种基于嵌入式GPU的弹载SAR前侧视时域成像方法,应用于信号处理机,该信号接收机中的前端模数转换器,对回波数据进行数据采样,获得原始回波采样矩阵;前端FPGA,用于对原始回波采样矩阵进行距离维脉冲压缩后发送至后端集成芯片;后端集成芯片对距离维脉冲压缩后的回波信号矩阵进行距离维插值处理,并从雷达运动平台获取惯导数据矩阵,对惯导数据矩阵中的每一行进行插值,对距离维插值处理后的回波信号矩阵进行积分处理,获得多幅低分辨子孔径图像并进行方位维处理,获得全孔径高分辨SAR图像:对全孔径聚焦SAR图像进行几何校正,获得全孔径高分辨弹载SAR图像。因此本发明可以提高SAR图像质量、减少运算时间。

技术研发人员:刘峥;何志超;谢荣;冉磊;宁达
受保护的技术使用者:西安电子科技大学
技术研发日:2021.02.08
技术公布日:2021.07.23
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