[發(fā)明專利]基于GPU的SAR實時成像處理設(shè)備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810238950.2
• 申請日: 2008-12-05
• 公開（公告）號: CN101441271A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱翔宇;董學(xué)志;單博;劉曉龍;李丹妮;宋張波;高振華;袁廣輝;陳磊;蘇揚(yáng);張振寧
• 申請（專利權(quán)）人: 航天恒星科技有限公司
• 主分類號: G01S7/285
• 分類號: G01S7/285;G01S13/90
• 代理公司: 中國航天科技專利中心
• 代理人: 安 麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及遙感SAR衛(wèi)星下行數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的實時成像處理設(shè)備，特別是衛(wèi)星地面接收站的SAR圖像快視設(shè)備。

背景技術(shù)

隨著國內(nèi)外航天遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，SAR(合成孔徑雷達(dá))衛(wèi)星以其不受氣候條件影響、晝夜均可成像、有一定透射能力的優(yōu)點(diǎn)，日益受到各國軍方的重視。

為了實現(xiàn)在衛(wèi)星地面接收站對SAR衛(wèi)星下行數(shù)據(jù)實時成像處理，要解決SAR原始數(shù)據(jù)實時采集和成像兩個關(guān)鍵處理步驟。其中SAR成像處理具有高數(shù)據(jù)率、大運(yùn)算量的特點(diǎn)，要實現(xiàn)實時處理就要求數(shù)據(jù)吞吐率快、運(yùn)算速度高。目前對于SAR的實時處理的實現(xiàn)方案主要有兩種：一種采用專用的數(shù)字信號處理機(jī)，另一種采用通用并行計算機(jī)。專用數(shù)字信號處理機(jī)體積小，但存在研制周期長、適應(yīng)性差、系統(tǒng)升級困難等缺點(diǎn)。通用并行機(jī)具有很好的靈活性，但設(shè)備規(guī)模大，另外，SAR成像處理需要并行節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行密集通信，對并行處理機(jī)的并行效率和實時率有很大影響，只能實現(xiàn)降分辨率實時快視成像。

近年來，隨著GPU的快速發(fā)展，這種曾經(jīng)用途僅限于計算機(jī)顯卡的運(yùn)算元件，因其顯示出的強(qiáng)大的超多線程、并行計算能力，日益受到SAR成像領(lǐng)域的重視。《VHF?SAR?Image?Formation?Implemented?on?a?GPU》中，采用了利用GPU并行運(yùn)算能力實現(xiàn)SAR成像的技術(shù)。但是關(guān)于基于GPU的SAR實時成像設(shè)備未見詳細(xì)報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于GPU的處理速度較高的SAR實時成像設(shè)備，完成全分辨率實時成像，并能實時記錄SAR原始數(shù)據(jù)并且完成實時成像，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于擴(kuò)展、穩(wěn)定可靠。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：基于GPU的SAR實時成像處理設(shè)備，其特征在于主要包括：

SAR原始數(shù)據(jù)采集模塊，將高速串行碼流形式的原始數(shù)據(jù)利用串并轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為低速并行碼流，然后利用電平轉(zhuǎn)換芯片將其轉(zhuǎn)換為LVTTL電平碼流送入FPGA，將FPGA中的數(shù)據(jù)存入緩存中，再通過PCI總線上傳至服務(wù)器；

服務(wù)器，將接收到的數(shù)據(jù)送入磁盤陣列和基于GPU的實時成像模塊，根據(jù)接收的數(shù)據(jù)計算成像處理時用到的多普勒中心頻率和調(diào)頻率參數(shù)，送入基于GPU的實時成像模塊，并實時獲取基于GPU的實時成像模塊的成像處理結(jié)果供實時顯示；

基于GPU的實時成像模塊，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)、多普勒中心頻率以及調(diào)頻率參數(shù)，利用GPU中的多個微處理核采用CS算法進(jìn)行并行成像處理，將成像處理后的數(shù)據(jù)送入服務(wù)器；

磁盤陣列，接收服務(wù)器送入的數(shù)據(jù)并進(jìn)行實時記錄，供后續(xù)處理使用。

根據(jù)實時成像的需要，所述的基于GPU的實時成像模塊的數(shù)量可以為一塊或一塊以上。

所述的基于GPU的實時成像模塊為兩塊或兩塊以上時，服務(wù)器將獲得的SAR原始數(shù)據(jù)塊按照方位向進(jìn)行分塊，每塊數(shù)據(jù)的大小至少超過SAR的合成孔徑長度，以滿足方位向全分辨率成像的要求。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明通過將SAR處理所需的計算分配到服務(wù)器和GPU上同時進(jìn)行，對于不需要進(jìn)行多線程處理的SAR成像參數(shù)計算部分交由服務(wù)器進(jìn)行處理，對于需要進(jìn)行多線程處理的部分交由GPU實時成像模塊進(jìn)行處理，充分發(fā)揮了GPU實時成像模塊多線程處理的性能，可實現(xiàn)全分辨率實時成像，并能實時記錄SAR原始數(shù)據(jù)，本設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、易于擴(kuò)展、穩(wěn)定可靠。

2.本發(fā)明提出的基于GPU的SAR實時成像系統(tǒng)具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。系統(tǒng)采用PCI-Express總線的GPU實時成像模塊與服務(wù)器進(jìn)行通信，對于數(shù)據(jù)量很大的SAR實時成像需求，可以采用多個GPU成像模塊并行進(jìn)行SAR成像處理，以達(dá)到實時成像的目的。

3.本發(fā)明提出的基于GPU的SAR實時成像系統(tǒng)對SAR原始數(shù)據(jù)進(jìn)行實時記錄，衛(wèi)星過境后，可以回放記錄的SAR原始數(shù)據(jù)，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行后期SAR成像，全尺寸顯示。

4、本發(fā)明提出的GPU內(nèi)數(shù)據(jù)并行處理方式，可以充分發(fā)揮單個GPU內(nèi)部的大量處理器核的并行處理優(yōu)勢；基于多GPU的SAR數(shù)據(jù)的劃分方式，可以使用多GPU協(xié)同處理成像數(shù)據(jù)，提高SAR實時成像的處理速度。

因此，本發(fā)明具有處理速度高、實時性好、模塊化、可擴(kuò)展性強(qiáng)和穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的SAR實時成像設(shè)備示意圖；

圖2為本發(fā)明的SAR原始數(shù)據(jù)采集模塊框圖；

圖3為本發(fā)明的服務(wù)器與基于GPU的實時成像模塊的處理流程及二者關(guān)系示意圖；