● 摘要
合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种主动式的微波成像雷达，利用合成孔径和脉冲压缩的方法获得高分辨率雷达图像。SAR回波信号仿真在SAR理论研究和系统开发中起着重要作用，但其运算量大的特点制约了SAR的研究。本文对SAR在不同平台和工作模式下的回波仿真进行了研究并利用图形处理器（Graphics Processing Unit, GPU）对回波仿真过程进行加速，最后利用模块化方法进行编程并搭建了多平台多模式SAR仿真平台。本文首先介绍了SAR在不同平台和不同工作模式下回波信号仿真的特点，探讨了SAR平台和工作模式不同所带来的空地几何关系和坐标系等方面的差异，建立了SAR在不同平台下的仿真模型并研究了SAR在不同工作模式下的工作方式和方位向分辨率的计算方法。在充分介绍了GPU并行编程模型、存储模型、通信机制、软件体系和硬件架构的基础上，给出了基于GPU的SAR点目标回波信号仿真的流程和算法设计，并通过SAR在四种不同的平台和工作模式下对不同类型的目标进行仿真的结果的对比，验证了GPU的加速效果和仿真的有效性。最后将SAR回波仿真的过程按照各部分实现功能划分为不同子块，利用模块化编程的方法编写为地面场景模块、回波仿真模块和数据验证模块，并定义和调试好输入输出接口，在此基础上搭建了多平台多模式SAR数据源仿真平台。该平台通过交互界面选择SAR搭载平台和工作模式并输入场景参数和仿真参数，调用仿真程序，完成仿真。本文围绕不同平台和工作模式下SAR回波仿真的特点和GPU并行编程在SAR回波仿真中的应用展开深入研究，实现了GPU在SAR回波仿真中的应用，提高了回波仿真的实时性。利用模块化编程的方法，将SAR回波仿真过程划分为不同的功能模块，通过调用子块完成仿真，提高了SAR仿真的可靠性和可扩展性。