[发明专利]基于GPU的SAR实时成像处理设备

说明书

技术领域

本发明涉及遥感SAR卫星下行数据获取系统数据流的实时成像处理设备，特别是卫星地面接收站的SAR图像快视设备。

背景技术

随着国内外航天遥感技术的不断发展，SAR(合成孔径雷达)卫星以其不受气候条件影响、昼夜均可成像、有一定透射能力的优点，日益受到各国军方的重视。

为了实现在卫星地面接收站对SAR卫星下行数据实时成像处理，要解决SAR原始数据实时采集和成像两个关键处理步骤。其中SAR成像处理具有高数据率、大运算量的特点，要实现实时处理就要求数据吞吐率快、运算速度高。目前对于SAR的实时处理的实现方案主要有两种：一种采用专用的数字信号处理机，另一种采用通用并行计算机。专用数字信号处理机体积小，但存在研制周期长、适应性差、系统升级困难等缺点。通用并行机具有很好的灵活性，但设备规模大，另外，SAR成像处理需要并行节点间进行密集通信，对并行处理机的并行效率和实时率有很大影响，只能实现降分辨率实时快视成像。

近年来，随着GPU的快速发展，这种曾经用途仅限于计算机显卡的运算元件，因其显示出的强大的超多线程、并行计算能力，日益受到SAR成像领域的重视。《VHF SAR Image Formation Implemented on a GPU》中，采用了利用GPU并行运算能力实现SAR成像的技术。但是关于基于GPU的SAR实时成像设备未见详细报道。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于GPU的处理速度较高的SAR实时成像设备，完成全分辨率实时成像，并能实时记录SAR原始数据并且完成实时成像，本系统结构简单、易于扩展、稳定可靠。

本发明的技术解决方案是：基于GPU的SAR实时成像处理设备，其特征在于主要包括：

SAR原始数据采集模块，将高速串行码流形式的原始数据利用串并转换模块转换为低速并行码流，然后利用电平转换芯片将其转换为LVTTL电平码流送入FPGA，将FPGA中的数据存入缓存中，再通过PCI总线上传至服务器；

服务器，将接收到的数据送入磁盘阵列和基于GPU的实时成像模块，根据接收的数据计算成像处理时用到的多普勒中心频率和调频率参数，送入基于GPU的实时成像模块，并实时获取基于GPU的实时成像模块的成像处理结果供实时显示；

基于GPU的实时成像模块，根据接收到的数据、多普勒中心频率以及调频率参数，利用GPU中的多个微处理核采用CS算法进行并行成像处理，将成像处理后的数据送入服务器；

磁盘阵列，接收服务器送入的数据并进行实时记录，供后续处理使用。

根据实时成像的需要，所述的基于GPU的实时成像模块的数量可以为一块或一块以上。

所述的基于GPU的实时成像模块为两块或两块以上时，服务器将获得的SAR原始数据块按照方位向进行分块，每块数据的大小至少超过SAR的合成孔径长度，以满足方位向全分辨率成像的要求。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明通过将SAR处理所需的计算分配到服务器和GPU上同时进行，对于不需要进行多线程处理的SAR成像参数计算部分交由服务器进行处理，对于需要进行多线程处理的部分交由GPU实时成像模块进行处理，充分发挥了GPU实时成像模块多线程处理的性能，可实现全分辨率实时成像，并能实时记录SAR原始数据，本设备结构简单、易于扩展、稳定可靠。

2.本发明提出的基于GPU的SAR实时成像系统具有很强的扩展性。系统采用PCI-Express总线的GPU实时成像模块与服务器进行通信，对于数据量很大的SAR实时成像需求，可以采用多个GPU成像模块并行进行SAR成像处理，以达到实时成像的目的。

3.本发明提出的基于GPU的SAR实时成像系统对SAR原始数据进行实时记录，卫星过境后，可以回放记录的SAR原始数据，对原始数据进行后期SAR成像，全尺寸显示。

4、本发明提出的GPU内数据并行处理方式，可以充分发挥单个GPU内部的大量处理器核的并行处理优势；基于多GPU的SAR数据的划分方式，可以使用多GPU协同处理成像数据，提高SAR实时成像的处理速度。

因此，本发明具有处理速度高、实时性好、模块化、可扩展性强和稳定可靠的优点。

附图说明

图1为本发明的SAR实时成像设备示意图；

图2为本发明的SAR原始数据采集模块框图；

图3为本发明的服务器与基于GPU的实时成像模块的处理流程及二者关系示意图；