基于GPU的前视成像半实物仿真系统设计与实现

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1、学校代码分类号10701TN95学密号级1302121473公开西安电子科技大学硕士学位论文基于GPU的前视成像半实物仿真系统设计与实现作者姓名：施佳刚领域：电子与通信工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：邢孟道教授企业导师姓名、职称：王辉高工学院：电子工程学院提交日期：2015年12月TheDesignandImplementationofHardware-in-the-LoopSimulationSystemforForward-lookingImagingBasedonGPUinpartialfulfillme

2、ntoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicsandCommunicationsEngineeringByShiJiagangSupervisor:XingMengdaoProfessorWangHuiSeniorEngineerDecember2015西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文

3、中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复

4、制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研究成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要传统的合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar,SAR）和逆合成孔径雷达（InverseSyntheticApertureRadar,ISAR）都是一种具有高分辨率的相干成像雷达，其成像过程需要利用目标和雷达间的相对运动所产生的多普勒信息。它们能适应不同气候环境和昼夜时间段，因此已被应用于各个领域。但在需要探测雷达载体前方

5、的情况时，其固有的成像机制会导致前视盲区问题。为了解决前视成像问题，人们提出了众多的解决方案。近年来，随着量子光学的发展，尤其是计算鬼成像技术的出现，学者们提出了一种全新的前视成像算法：基于量子理论的前视微波关联成像算法。该成像算法具有分辨率高的优点，但其计算量巨大，硬件资源要求高，传统的信号处理平台难以在短时间内完成算法的实现和验证工作。伴随着电子技术的迅猛发展，图形处理单元（GraphicsProcessingUnits,GPU）的性能不断得到提升，使得GPU的应用范围从图像显示领域扩展到了通用信号处理领域。鉴于此，

6、本文利用GPU的并行处理能力来优化微波关联成像算法，以此来缩短算法运行时间。本文重点研究了基于GPU的前视微波关联成像的实现以及半实物仿真系统的验证。论文首先论述了量子关联成像原理和压缩感知理论，重点对稀疏信号重建算法进行了说明。然后给出了前视微波关联成像的信号模型和算法流程，针对性能要求，构建了最小l范数优化模型，选用了梯度投影算法进行求解。为了验证前视成像算法的1性能，本文描述了基于GPU的半实物仿真系统的搭建及测试过程，该半实物仿真系统主要包括三部分：仿真控制平台、回波数据产生平台和基于GPU的信号处理平台。为了实

7、现前视成像算法在信号处理平台上的运行，本文通过对算法的并行性分析，实现了功能模块的划分，接着运用统一计算设备架构（ComputeUnifiedDeviceArchitecture,CUDA）库函数和优化策略，在GPU上实现了前视成像算法的并行处理。最后通过上位机界面实现了系统参数传输和算法控制，完成了半实物仿真系统的整体联调工作。经过测试结果证明，在运算量相当的情况下，基于GPU的算法实现相比CPU具有更高的性能。关键词：前视成像，压缩感知，GPU，半实物仿真系统I西安电子科技大学硕士学位论文IIABSTRACTABST

8、RACTThetraditionalSyntheticApertureRadar(SAR)andInverseSyntheticApertureRadar(ISAR)arepartsofcoherentimagingradarsystemwithhighresolution,whichcantakeadvantage