[发明专利]一种电大尺寸目标雷达成像的GPU加速方法及系统

权利要求书

1.一种电大尺寸目标雷达成像的GPU加速方法，用于利用图形处理器对雷达侦测到的电大尺寸复杂目标进行快速成像，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，根据所述雷达获取的雷达工作参数建立所述电大尺寸复杂目标的几何模型；

步骤S2，通过GMSH对所述几何模型的表面进行初始网格剖分从而形成多个三角结构；

步骤S3，通过物理光学方法根据所述三角结构以及预先获取的平面波入射场计算所述电大尺寸复杂目标在所述雷达的接收天线处接收到的散射场，并将上述计算过程中的计算任务分配给GPU进行并行计算；

步骤S4，通过快速后向投影方法对所有所述散射场以及所述几何模型进行结合成像从而得到雷达成像结果，

其中，所述步骤S3包括如下子步骤：

步骤S3-1，根据预先获取的平面波入射场计算所述多个三角结构中被入射波照射到的所述三角结构作为待计算三角结构；

步骤S3-2，依次获取所述待计算三角结构并分配给所述GPU的各个线程；

步骤S3-3，所述线程根据分配到的所述待计算三角结构获取该三角结构的计算参数；

步骤S3-4，所述线程根据分配到的所述待计算三角结构以及对应的所述计算参数计算该待计算三角结构的在各个所述接收天线的方向上的散射场参数。

2.根据权利要求1所述的电大尺寸目标雷达成像的GPU加速方法，其特征在于：

其中，所述步骤S3中，通过所述物理光学方法计算所述散射场的原理如下：

记所述入射波的频率为f，则相应的入射波波长λ＝c/f，角波数k＝2π/λ，则所述入射波的形式为：

式中，为入射电场，单位向量为入射波的传播方向，是取决于所述入射波的极化方向的初值，为入射磁场，为入射磁场的初值，j表示虚部，μ₀为真空磁导率，c为自由空间光速，r为距离参数，

进一步，计算所述电大尺寸复杂目标对于所述入射波在指定的方向上产生的远场散射波，

记所述几何模型的表面为S，所述三角结构的计算重心为单位法向量为则对在采用PO近似的计算环境下，如果直接被所述入射波所照射，所述三角结构的计算重心处的面电流密度可近似为：

在整个所述表面S中，将被所述入射波照射到的部分记作S₁，则由于所述面电流密度的存在，在方向上的场点处(r-∞)产生的远场散射波为：

相应地，所述散射场参数为：

式中，ε₀为真空介电系数。

3.根据权利要求1所述的电大尺寸目标雷达成像的GPU加速方法，其特征在于：

其中，所述步骤S3-3中，所述线程根据分配到的所述待计算三角结构获取该三角结构的计算参数并存储在所述GPU的寄存器中。

4.根据权利要求1所述的电大尺寸目标雷达成像的GPU加速方法，其特征在于：

其中，所述步骤S2中，通过GMSH设定剖分类型、面元剖分尺寸以及计算频率参数从而完成对所述几何模型的表面进行初始网格剖分。

5.根据权利要求1所述的电大尺寸目标雷达成像的GPU加速方法，其特征在于：

其中，所述步骤S4中，在通过所述快速后向投影方法进行成像时，还通过汉宁窗函数对所述几何模型进行边缘滤波。

6.根据权利要求5所述的电大尺寸目标雷达成像的GPU加速方法，其特征在于：

其中，通过对所述汉宁窗函数的参数进行调整测试从而优化所述边缘滤波的效果。

7.根据权利要求1所述的电大尺寸目标雷达成像的GPU加速方法，其特征在于：

其中，所述电大尺寸复杂目标为在高频区域中具有的物理尺寸远远大于雷达工作频段的波长的目标，所述物理尺寸与所述波长的比值大于10。

8.根据权利要求7所述的电大尺寸目标雷达成像的GPU加速方法，其特征在于：

其中，所述高频区域的适用范围在L波段1-2GHz和S波段2-4GHz。

9.一种电大尺寸目标雷达成像的GPU加速系统，其特征在于，包括：

雷达，用于对电大尺寸复杂目标进行侦测从而生成雷达工作参数；

中央处理器，用于对所述雷达工作参数进行处理从而对所述电大尺寸复杂目标进行成像；

图形处理器，具有多个线程处理单元，用于对所述中央处理器处理所述雷达工作参数时产生的计算任务进行计算，

其中，所述中央处理器具有工作参数获取部、几何模型构建部、模型网格剖分部、计算任务生成部、中央侧通信部以及成像结果显示部，

所述图形处理器还具有图形侧控制部、雷达成像部以及图形侧通信部，

所述工作参数获取部从所述雷达获取所述雷达工作参数，

所述几何模型构建部根据所述雷达工作参数构建所述电大尺寸复杂目标的几何模型，

所述模型网格剖分部对所述几何模型的表面进行初始网格剖分形成多个三角结构，

所述计算任务生成部根据各个所述三角结构依次生成对应的计算任务，

所述中央处理通信部将所述计算任务依次发送给所述图形处理器，

所述图形处理控制部依次接收所述计算任务并分配给空闲的所述线程处理单元，

所述线程处理单元根据所述计算任务对对应的所述三角结构进行计算从而获得对应该三角结构的多个散射场参数，

所述雷达成像部获取所述电大尺寸复杂目标的所有所述散射场参数并通过快速后向投影成像算法以及汉宁窗边缘滤波方法进行成像从而获得雷达成像结果，

所述图形侧通信部将所述雷达成像结果发送给所述中央处理器，

所述成像结果显示部显示接收的所述雷达成像结果。