一种基于GPU的并行结构ISAR距离对准方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GPU的并行结构ISAR距离对准方法，主要解决传统的基于CPU单线程的ISAR距离对准算法效率低的问题，该方法主要步骤包括：步骤一：读取原始回波数据；步骤二：采用流水线异步并行机制，将原始回波数据分流从主机内存拷贝到设备显存；步骤三：距离向压缩，包括距离向FFT、点乘匹配滤波以及IFFT；步骤四：全局最小熵距离对准，包括时域插值、求平均距离像、求距离偏移量、构造频移因子、亚距离单元距离对准；步骤五：将距离对准数据分流从GPU拷贝到CPU；步骤六：利用FreeImage库函数输出图像。本发明专利技术利用并行化硬件平台GPU对ISAR距离对准算法进行硬件加速，运算速度得到几十倍的提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种并行结构ISAR距离对准方法，特别是涉及一种在CUDA平台上用GPU进行ISAR距离对准并行加速算法设计。
技术介绍
逆合成孔径雷达(Inverse-Synthetic-Aperture-Radar，简称ISAR)距离对准是消除目标相对于雷达平动造成的相邻回波在距离向上的错位，对准后，目标上同一散射点的信号在不同的回波脉冲中都位于同一距离单元中。目前多数距离对准算法是基于目标相邻回波间相似性，其中较具代表性的有包络互相关法、积累互相关法等。这种相邻回波相关法，是以前一个(几个)一维距离像作为基准，认为前一个(几个)一维像已经严格对准，估计出当前一维距离像相对于前一个(几个)距离像的距离走动。这类算法依赖于距离像之间的相关性，在相关性不强的情况下对准效果不明显，并且一维距离像对准是时间先后的串行机制。全局最小熵是一种基于平均距离像(Averagerangeprofile，简称ARP)熵最小原则的距离对准算法。假设p(r,n)是距离脉压以后的回波信号包络的幅度，其中r代表的是雷达视线(radarline-of-sight，简称RLOS)的距离，n为回波的序号(0≤n≤N)，N是总的回波个数。定义平均距离像ARP是所有脉冲包络的迭加：pave(r)=Σn=0N-1p(r+Δr(n),n)---(1)]]>上式中，△r(n)＝[△r(0),△r(1),…,△r(N-1)]，△r(n)是第n个回波的距离偏移量。平均距离像的熵为E(Δr)=-∫rpave(r)S·lnpave(r)Sdr---(2)]]>其中S=∫rpave(r)dr---(3)]]>平均距离像熵值最小转化为求取距离偏移量，使其满足：Δr(n)=arg{max[p(r,n)⊗lnPave(-r)]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GPU的并行结构ISAR距离对准方法，其特征在于：包括顺序执行的以下步骤：步骤一、CPU读取ISAR原始回波数据，大小为Na*Nr，Na为方位向采样点数，Nr为距离向采样点数；步骤二、采用统一计算设备架构流水线异步并行机制进行如下的分流脉冲压缩过程：将步骤一中读取的原始回波数据按方位向分块后分配给不同的工作流处理，每个工作流单独完成将本块数据从CPU拷贝到GPU中并在GPU中进行距离向压缩的工作得到脉压数据；步骤三、在GPU中将脉压数据并行进行全局最小熵距离对准；步骤四、将完成距离对准的数据分流从GPU中拷贝到CPU；步骤五、利用FreeImage库函数输出图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于GPU的并行结构ISAR距离对准方法，其特征在于：包括顺序执行的以下步骤：步骤一、CPU读取ISAR原始回波数据，大小为Na*Nr，Na为方位向采样点数，Nr为距离向采样点数；步骤二、采用统一计算设备架构流水线异步并行机制进行如下的分流脉冲压缩过程：将步骤一中读取的原始回波数据按方位向分块后分配给不同的工作流处理，每个工作流单独完成将本块数据从CPU拷贝到GPU中并在GPU中进行距离向压缩的工作得到脉压数据；步骤三、在GPU中将脉压数据并行进行全局最小熵距离对准；步骤四、将完成距离对准的数据分流从GPU中拷贝到CPU；步骤五、利用FreeImage库函数输出图像。2.根据权利要求1所述的一种基于GPU的并行结构ISAR距离对准方法，其特征在于：所述步骤三包括如下过程：步骤3.1、将脉压数据转置为Nr列Na行，然后变换到距离向频域补零，再逆傅里叶变换到距离向时域，得到距离向时域插值后的TT*Nr列Na行的脉压数据，其中TT是插值倍数；步骤3.2、对每个线程块的x维度和y维度均分配TILE_DIM个线程，每个线程网格的x维度分配Na/TILE_DIM个线程块、y维度分配TT*Nr/TILE_DIM个线程块，TILE_DIM固定为16，编写取模值核函数求插值一维距离像包络；步骤3.3、编写转置核函数，将插值一维距离像包络的矩阵转置为Na列TT*Nr行；步骤3.4、利用共享内存和归约算法编写包络求和核函数对一维距离像包络按方位向求和，分两步计算：第一步，对每个线程网格x维度分配TT*Nr个线程块、y维度分配Na/threadnum个线程块，每个线程块x维度分配threadnum个线程、y维度分配1个线程，threadnum取值为64，求得TT*Nr*Na/threadnum个和值；第二步，对每个线程网格x维度分配TT*Nr个线程块、y维度分配1个线程块，每个线程块的x维度分配Na/threadnum个线程、y维度分配1个线程，对上一步中求得的TT*Nr*Na/threadnum个和值继续求和，得到TT*...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱岱寅，左潇丽，聊蕾，许至威，黄翔飞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32