一种基于边缘计算的星载SAR回波仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种基于边缘计算的星载SAR回波仿真方法，首先在终端设备处输入场景仿真参数，选择星载SAR工作模式；经过卫星平台仿真、目标仿真和卫星载荷仿真得到回波计算所需参数；然后检测当前时刻的网络吞吐量，选择所有适合的边缘设备，根据设备数量分割回波计算任务，将回波参数传输到各设备上，完成各子回波信号的计算；最后将子回波返回终端设备，合并得到原始回波数据，将其量化压缩，得到回波数据，使用CS算法检测回波仿真结果。本发明专利技术充分考虑了回波仿真的特点，以不同方位时刻雷达波束是相互独立的特点，结合边缘计算，通过分析各设备网络状态，将计算任务分配到各设备上完成仿真任务，实现星载回波仿真在移动设备上的应用。的应用。的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘计算的星载SAR回波仿真方法


[0001]本专利技术涉及一种基于边缘计算的星载SAR回波仿真方法，属于卫星系统仿真


技术介绍

[0002]星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种以卫星为平台，具有二维高分辨率的主动式微波遥感成像设备。它将一系列较小的真实天线孔径合成较大孔径的等效天线，并由此而得名。因其全天时全天候的优势，且具备一定穿透障碍物的能力，在军事侦察、农业、环境探测等多个领域都有着重要的应用价值。
[0003]但现实中的SAR卫星制造成本高，研制周期长。为了减少系统研制的风险及成本，确保卫星入轨后能获取正确的目标信息，需要在卫星研制阶段，在地面搭建仿真系统，对SAR卫星星地链路进行验证，检验星地一体化指标满足程度，为系统设计优化提供支撑，从而提高设计水平，提升实际系统的研制能力。
[0004]开展SAR卫星回波仿真，需要大量计算。传统利用CPU的计算方法，对于大数据量的转置、插值和FFT等处理缓慢，目前的解决方案主要为使用GPU代替CPU进行处理。与CPU相比，GPU具有更高的数据并行处理性能，能大幅提升运算效率。然而，利用GPU构建回波仿真平台需要较高的成本和功耗，并且体积大，使得仿真平台缺乏移动性，限制了其在许多领域的应用。
[0005]近年来，随着边缘技术的发展，使得低功耗低成本的移动计算平台，利用自身的计算能力和边缘设备实现大数据量的处理，应用领域更加广泛。边缘计算是指可将计算任务分配到边缘设备，而无需传输至计算中心进行集中处理的方法，具有成本低、通信时延短、有效分担终端与计算中心压力的特点。本专利技术利用边缘计算的优势，提出一种基于边缘计算的星载SAR回波仿真方法，使星载SAR回波仿真的大数据量计算能在计算能力较低的终端设备上完成高性能计算。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决星载SAR回波仿真采用低功耗低成本移动计算平台实现困难的现状。当前SAR回波仿真，大都在固定场景下使用高性能计算平台实现，缺乏移动能力，限制其在更多场景的应用。采用边缘计算方案可以克服上述困难，使SAR回波仿真平台具备移动性、实时性及更多场景的适用性。
[0007]本专利技术采用的技术方案为一种基于边缘计算的星载SAR回波仿真方法，包括步骤如下：
[0008]S1：进行多模式星载SAR回波仿真；
[0009]实现对处于条带、滑聚、扫描、TOPS等不同工作模式下星载SAR回波仿真，得到基于预设参数下的回波数据，并对回波数据的结果进行成像验证；
[0010]S11：输入场景仿真参数，选择星载SAR工作模式，经过卫星平台仿真、目标仿真和
卫星载荷仿真得到回波计算所需参数；
[0011]S12：根据S11所得的回波参数，使用距离频域脉冲相干算法计算得到原始回波数据，添加辅助数据得到回波数据，并使用成像算法对其进行验证；
[0012]S2：设计适用于星载SAR回波仿真的边缘计算方案；
[0013]该步骤通过吞吐量检测、任务卸载、通信状态检测实现边缘计算方案设计；
[0014]S21：在终端设备处使用吞吐量检测计算当前时刻下设备间的接收信号强度(Received Signal Strength Indication,RSSI)，与吞吐量查找表对比，确定此时网络吞吐量；
[0015]S22：卸载分割模块分析此时网络吞吐量，根据吞吐量的大小判断当前时刻通信质量，确定任务分割方案，并将相应数据传输到边缘设备上；
[0016]S23：数据传输后，为降低系统功耗，使用通信状态检测模块检测停止传输t时刻后是否还有传输，若有则继续保持通信状态，若没有则及时切换通信状态以降低系统功耗；
[0017]S24：在边缘设备完成计算，并将结果返回终端设备处。
[0018]S3：进行基于边缘计算的星载SAR回波仿真；
[0019]该步骤通过检测各设备间在当前时刻的RSSI值，完成任务卸载，实现在边缘设备上的星载SAR回波仿真任务；
[0020]S31：在终端设备上完成输入预定参数，并进行SAR参数计算；
[0021]S32：检测此时各设备间的RSSI值，与吞吐量查找表对比，得到当前时刻网络吞吐量；
[0022]S33通过卸载分割模块分析吞吐量并实现任务卸载，并将数据传输到相应的边缘计算设备上；
[0023]S34:在终端设备和边缘设备上完成SAR的回波计算剩余部分、辅助数据计算；
[0024]S35：在终端设备处使用CS算法验证回波结果。
[0025]与现有技术相比较，本专利技术通过分析现有的星载SAR回波仿真技术的特点，将边缘计算融入其中，实现基于边缘计算的星载SAR回波仿真，其具有以下创新点：(1)针对传统的星载SAR回波仿真场景固定，成本较高的问题，提出了一种通过分析设备间通信质量实现任务卸载的边缘计算方案，将该方案应用到星载SAR仿真系统上，成功实现星载SAR回波模拟和成像仿真在非固定场景下的应用，为后续实际工作提供验证系统，降低成本，以此降低研发风险；
[0026](2)该方法利用C语言实现，具有直观简洁、易移植、易扩展的优点，便于后期系统升级和维护；
[0027](3)该系统提供了SAR回波模拟和成像处理全流程，实现了在卫星上完成从发射到接受雷达波、SAR成像、成像质量检测的全部流程，完善仿真系统功能。
附图说明
[0028]图1为星载SAR回波仿真方法流程图。
[0029]图2为边缘计算方案流程图。
[0030]图3为通信状态模块实现流程图。
[0031]图4为边缘计算在星载SAR回波仿真中的应用。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式和输入参数作进一步详细描述。
[0033]一种基于边缘计算的星载SAR回波仿真方法，如图1所示，所述仿真方法的具体流程分成三大部分，星载SAR回波仿真部分1、边缘计算部分2以及边缘计算在星载SAR回波仿真应用部分3：
[0034]星载SAR回波仿真部分1，该部分针对预设目标场景提供了多模式星载SAR回波仿真和验证功能；
[0035]边缘计算部分2设计通过测试终端设备和边缘设备间通信质量实现计算任务卸载的边缘计算模型；
[0036]边缘计算在星载SAR回波仿真应用部分3，该部分将边缘计算与星载SAR回波仿真结合，实现了基于边缘计算的星载SAR回波仿真方案。
[0037]具体实现步骤及输入参数说明如下：
[0038]S1：星载SAR回波仿真部分1进行多模式星载SAR回波仿真，如图1所示；
[0039]S11：输入仿真所需的星载SAR的姿轨、天线、波位、发射信号以及场景区域的目标等参数，选择星载SAR工作模式(条带、扫描、滑聚、TOPS)，进入SAR参数仿真部分；
[0040]S12：SAR参数仿真可分成卫星平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算的星载SAR回波仿真方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：S1：进行多模式星载SAR回波仿真；实现对处于条带、滑聚、扫描、TOPS不同工作模式下星载SAR回波仿真，得到基于预设参数下的回波数据，并对回波数据的结果进行成像验证；S11：输入场景仿真参数，选择星载SAR工作模式，经过卫星平台仿真、目标仿真和卫星载荷仿真得到回波计算所需参数；S12：根据S11所得的回波参数，使用距离频域脉冲相干算法计算得到原始回波数据，添加辅助数据得到回波数据，并使用成像算法对其进行验证；S2：设计适用于星载SAR回波仿真的边缘计算方案；通过吞吐量检测、任务卸载、通信状态检测实现边缘计算方案设计；S21：在终端设备处使用吞吐量检测计算当前时刻下设备间的接收信号强度RSSI，与吞吐量查找表对比，确定此时网络吞吐量；S22：卸载分割模块分析此时网络吞吐量，根据吞吐量的大小判断当前时刻通信质量，确定任务分割方案，并将相应数据传输到边缘设备上；S23：数据传输后，为降低系统功耗，使用通信状态检测模块检测停止传输t时刻后是否还有传输，若有则继续保持通信状态，若没有则及时切换通信状态以降低系统功耗；S24：在边缘设备完成计算，并将结果返回终端设备处；S3：进行基于边缘计算的星载SAR回波仿真；通过检测各设备间在当前时刻的RSSI值，完成任务卸载，实现在边缘设备上的星载SAR回波仿真任务；S31：在终端设备上完成输入预定参数，并进行SAR参数计算；S32：检测此时各设备间的RSSI值，与吞吐量查找表...

【专利技术属性】
技术研发人员：马飞，包杰，张帆，周勇胜，尹嫱，孙晓坤，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：