[发明专利]一种基于集群处理机的SAS频域信号处理的方法

说明书

技术领域

本系统涉及声纳信号处理领域。特别涉及到一种基于集群处理机的SAS频域信 号处理的方法。

背景技术

合成孔径声纳(Synthetic Aperture Sonar：SAS)是一种先进的高分辨率水声成 像声纳，其基本原理是利用小孔径基阵在方位向的移动形成虚拟大孔径，通过对不 同位置的声纳回波进行相干处理，从而获得方位向的高分辨率。

合成孔径声纳成像算法分为时域算法和频域算法两大类。时域算法主要通过插 值、索引和复数叠加实现，其优点是：使用灵活、内存占用小，易于实现。其缺点 是计算效率低，对采样率要求较高。频域算法主要通过傅立叶变换和复乘运算来实 现。其优点是计算效率高。其缺点是内存占用大，不能直接应用于非直线航迹和方 位向非均匀采样。

在频域算法中，一种典型的算法是ωk算法(Omega-K Algorithm：ωk算法)。 ωk算法最早起源于地震波信号处理中，它的两个关键步骤为脉冲压缩和Stolt变换。 Stolt变换通过插值实现，因此相比其它频域算法其运算效率稍低。但ωk算法可以适 用于宽波束合成孔径声纳，其通用性较好。综合来看，ωk算法的计算效率较高，而 且可以使用于宽波束合成孔径声纳成像，是经常采用的一种合成孔径声纳图像重建 算法。但是由于多子阵的合成孔径声纳为非均匀成像，直接应用单子阵的ωk算法是 不可行的。因此，必须对单子阵ωk算法做出改进。

在实际应用中，传统方式是在专用信号处理机上运行成像算法。专用的数字信号 处理机利用多块信号处理板协同工作，而每块处理板上集成了多个高性能的专用实 时微处理器，例如SHARC、PowerPC等，因此专用的信号处理机运算效率高，运算 速度快。但是，专用数字信号处理机内存容量小，价格昂贵，而且软件开发周期长， 特别是其扩展性较差。随着成像精度和实时率的要求愈来愈高，特别是测绘带宽的 不断增加，便于开发、易于扩展、价格便宜的合成孔径声纳实时信号处理方法已经 成为迫切需要。

随着微机和服务器性能的大幅度提高以及网络技术的飞速发展，促进了集群处理 机的发展。集群处理机通过多个处理机的协同工作，可以提供大内存容量，提供较 高的运算速度和运算效率。高速发展的工艺技术使得集群处理机的性价比大大提高， 通用性也有很大提高。然而，在SAS实时处理系统中，对运算时间有较严格的要求。 在集群处理机上进行ωk算法的直接移植，通常不能满足实时系统对时间的要求。

处理器技术的发展，促进了并行技术的进步。其中OpenMP是由OpenMP Architecture Review Board牵头提出的，并已被广泛接受的，用于共享内存并行系统 的多线程程序设计的一种技术。OpenMP技术支持多种编程语言，并适用于多种主流 编译器。并行技术的发展，促进了运算效率和运算速度的提高。

快速傅立叶变换(FFT)在数字信号处理中有着举足轻重的作用。为了进一步加 快运算速度，人们采用多种手段来加快FFT运算。其中西方快速傅立叶变换(FFTW) 是当前被广泛应用的一种。FFTW软件包是一种广泛应用的，用于计算离散傅立叶 变换(DFT)的免费软件包。该软件包由Massachusetts Institute of Technology的Matteo Frigo和Steven G.Johnson在1997年成功开发，经过多次优化和升级，当前最新版本 为FFTW3.2.2。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有在SAS实时处理系统中，在集群处理机上进行 ωk算法的直接移植，通常不能满足实时系统对时间的要求，从而提出一种基于集群 处理机的SAS频域信号处理的方法。

为了解决上述问题，本发明旨在提供一种基于集群处理机的SAS频域信号处理 的方法，并将该方法的相应步骤应用在集群处理机上。由于集群处理机内存容量大， 弥补了信号处理机内存不足的缺点。

本发明提出的一种基于集群处理机的SAS频域信号处理的方法，该方法用并行 技术、多线程技术和FFTW算法，使得ωk算法能够移植到SAS系统中，能在集群 处理机上进行ωk算法，所述的方法包括以下步骤：

1)设定SAR系统的参数表；

2)距离向脉冲压缩；

3)方位向非均匀离散快速傅立叶变换NSFFT；

4)距离向和方位向相位补偿及STOLT变换；

5)二维傅立叶逆变换；