CN103472448A - 一种sar成像方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SAR成像方法，包括：将接收到的第一全孔径SAR回波数据沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据，对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行距离向处理；将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据；将所述第二全孔径SAR回波数据沿距离向划分为两个以上SAR回波数据块，对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向处理；将方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块合并为SAR图像。本发明还同时公开了一种SAR成像装置及系统。采用本发明的方案，实现了对大规模SAR回波数据进行快速、高质量的成像处理，具有良好的成像效果和GPU加速比。

Description

一种SAR成像方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及合成孔径雷达（SAR，Synthetic Aperture Radar）成像技术，尤其涉及一种SAR成像方法、装置及系统。 

背景技术

SAR是一种主动式的对地观测技术，与传统的光学传感器相比，SAR可以实现全天时、全天候对地实时观测，并具有一定的地表穿透能力。SAR技术的发展带来了数据量和计算量的急剧膨胀，而且随着实时成像需求的增强，对大规模SAR回波数据的实时成像处理越发重要。 

近年来，随着图形处理器（GPU，Graphic Processing Unit）并行处理能力的不断提高，GPU正被越来越多地应用于科学计算领域，例如图像分割，SAR回波仿真等。在SAR成像处理领域，由于SAR成像处理算法主要由向量相乘组成，非常利于并行实现，所以GPU加速可以发挥巨大作用。对于小于GPU内存的SAR回波数据，GPU加速可以取得非常理想的加速比。但随着SAR回波数据的增大，受限于GPU显存的容量，GPU不能一次完成整个场景的SAR回波处理。如果运用传统的成像算法，需要不停地在中央处理器（CPU，Central Processing Unit）和GPU之间进行大规模数据的传输，而新一代总线接口（PCI-E，Peripheral Component Interconnect-Express）的传输带宽相对于GPU的内存读取带宽来说非常小，因此这将严重制约GPU的处理速度，所以对于大规模的SAR回波处理，仅仅将原有成像算法在GPU上并行实现是远远不够的。 

综上所述，如何对大规模的SAR回波数据进行快速、高质量的成像处理是亟待解决的问题。 

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种SAR成像方法、装置及系统，能够实现对大规模SAR回波数据进行快速、高质量的成像处理，具有良好的成像效果和GPU加速比。 

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的： 

一种合成孔径雷达SAR成像方法，所述方法包括： 

将接收到的第一全孔径SAR回波数据沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据，对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行距离向处理； 

将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据； 

将所述第二全孔径SAR回波数据沿距离向划分为两个以上SAR回波数据块，对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向处理； 

将方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块合并为SAR图像。 

其中，所述将接收到的第一全孔径SAR回波数据沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据，包括： 

根据预设的时间周期T_sub，将接收到的第一全孔径SAR回波数据按接收时间先后顺序沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据；其中，所述T_sub满足T_sub×B_sub＞＞1，所述B_sub为所述子孔径SAR回波数据对应的带宽，所述＞＞为远大于。 

其中，所述对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行距离向处理，包括： 

按照接收时间先后顺序分别对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行方位向傅里叶变换； 

在方位向傅里叶变换后的所述子孔径SAR回波数据中插入线性调频尺度CS因子； 

对插入CS因子后的所述子孔径SAR回波数据进行距离向傅里叶变换； 

对距离向傅里叶变后的所述子孔径SAR回波数据进行距离压缩； 

对距离压缩后的所述子孔径SAR回波数据中的残余距离二次距离压缩SRC项和一致距离徙动修正RCMC项进行矫正； 

对SRC项和一致RCMC项进行矫正后的所述子孔径SAR回波数据进行距离向傅里叶逆变换； 

对距离向傅里叶逆变换的所述子孔径SAR回波数据进行方位向傅里叶逆变换。 

其中，所述将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据，包括： 

获取相邻两段所述子孔径SAR回波数据的重叠率； 

根据所述重叠率将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据。 

其中，所述对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向处理之前，所述方法还包括： 

分别对所述两个以上SAR回波数据块进行转置。 

其中，所述对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向处理，包括： 

按照接收的时间先后顺序分别对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向傅里叶变换； 

对方位向傅里叶变换后的所述SAR回波数据块进行方位压缩和相位校正； 

对方位压缩和相位校正后的所述SAR回波数据块进行方位向傅里叶逆变换。 

一种SAR成像装置，所述装置包括：第一划分单元、第一合并单元、第二划分单元以及第二合并单元；其中， 

所述第一划分单元，用于将接收到的第一全孔径SAR回波数据沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据并发送至图形处理器GPU； 

所述第一合并单元，用于接收所述GPU发送的距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据，并将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据； 

所述第二划分单元，用于将所述第二全孔径SAR回波数据沿距离向划分为两个以上SAR回波数据块并发送至所述GPU； 

所述第二合并单元，用于接收所述GPU发送的方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块，并将方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块合并为SAR图像。 

其中，所述第一划分单元，还用于根据预设的时间周期T_sub，将接收到的第一全孔径SAR回波数据按接收先后顺序沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据；其中，所述T_sub满足T_sub×B_sub＞＞1，所述B_sub为所述子孔径SAR回波数据对应的带宽，所述＞＞为远大于。 

其中，所述第一合并单元包括：获取子单元以及合并子单元；其中， 

所述获取子单元，用于获取相邻两段所述子孔径SAR回波数据的重叠率； 

所述合并子单元，用于根据所述重叠率将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据。 

其中，所述装置还包括转置单元，用于分别对所述两个以上SAR回波数据块进行转置。 

一种SAR成像装置，所述装置包括：第一处理单元以及第二处理单元；其中， 

所述第一处理单，用于接收中央处理器CPU发送的两段以上子孔径SAR回波数据，并对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行距离向处理；将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据发送至所述CPU； 

所述第二处理单元，用于接收CPU发送的两个以上SAR回波数据块，并对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向处理；将方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块发送至所述CPU。 

其中，所述第一处理单元包括：第一处理子单元、第二处理子单元、第三处理子单元、第四处理子单元、第五处理子单元、第六处理子单元以及第七处理子单元；其中， 

所述第一处理子单元，用于按接收先后顺序分别对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行方位向傅里叶变换； 

所述第二处理子单元，用于在方位向傅里叶变换后的所述子孔径SAR回波数据中插入CS因子； 

所述第三处理子单元，用于对插入CS因子后的所述子孔径SAR回波数据进行距离向傅里叶变换； 

所述第四处理子单元，用于对距离向傅里叶变后的所述子孔径SAR回波数据进行距离压缩； 

所述第五处理子单元，用于对距离压缩后的所述子孔径SAR回波数据中的SRC项和一致RCMC项进行矫正； 

所述第六处理子单元，用于对SRC项和一致RCMC项进行矫正后的所述子孔径SAR回波数据进行距离向傅里叶逆变换； 

所述第七处理子单元，用于对距离向傅里叶逆变换的所述子孔径SAR回波数据进行方位向傅里叶逆变换。 

其中，所述第二处理单元包括：第八处理子单元、第九处理子单元以及第十处理子单元；其中， 

所述第八处理子单元，用于按接收先后顺序分别对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向傅里叶变换； 

所述第九处理子单元，用于对方位向傅里叶变换后的所述SAR回波数据块进行方位压缩和相位校正； 

所述第十处理子单元，用于对方位压缩和相位校正后的所述SAR回波数据块进行方位向傅里叶逆变换。 

一种SAR成像系统，所述系统包括上述任意SAR成像装置。 

本发明记载的SAR成像方法、装置及系统，将接收到的第一全孔径SAR回波数据沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据，对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行距离向处理；将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据；将所述第二全孔径SAR回波数据 沿距离向划分为两个以上SAR回波数据块，对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向处理；将方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块合并为SAR图像。如此，可以对大规模的SAR回波数据进行划分，分别对划分的SAR回波数据进行成像处理，提高了SAR回波数据处理的速度和质量，进而实现了良好的成像效果和GPU加速比。 

附图说明

图1为本发明实施例SAR成像方法的实现流程示意图一； 

图2为本发明实施例SAR成像装置的结构组成示意图一； 

图3为本发明实施例SAR成像装置的结构组成示意图二； 

图4为本发明实施例SAR成像系统的结构组成示意图； 

图5为本发明实施例SAR成像方法的实现流程示意图二； 

图6为本发明实施例SAR成像处理时序图； 

图7为本发明实施例三种算法的加速比对比示意图。 

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本发明的特点与技术内容，下面结合附图对本发明的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。 

本发明实施例记载了一种SAR成像方法，如图1所示，该方法包括以下步骤： 

步骤101：将接收到的第一全孔径SAR回波数据沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据，对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行距离向处理。 

这里，第一全孔径SAR回波数据是指由地面返回的全孔径SAR回波数据。 

优选地，所述将接收到的第一全孔径SAR回波数据沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据，包括： 

根据预设的时间周期T_sub，将接收到的第一全孔径SAR回波数据按接收先后顺序沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据；其中，所述T_sub满足 T_sub×B_sub＞＞1，所述B_sub为所述子孔径SAR回波数据对应的带宽，所述＞＞为远大于。 

具体地，对地面返回的全孔径SAR回波数据进行子孔径划分时，需要满足每个子孔径的时间带宽积远大于1，子孔径的时间带宽积为（1）式， 

$T_{\mathrm{sub}}{B}_{\mathrm{sub}}=K_a{T_{\mathrm{sub}}}^2=\frac{2{V_r}^2{N}_{\mathrm{sub}}^2}{\mathrm{\λ}{R}_0\mathrm{PR}{F}^2}---\left(1\right)$

因此，当划分子孔径时，时间带宽积需要满足（2）式， 

$T_{\mathrm{sub}}{B}_{\mathrm{sub}}=\frac{2{V_r}^2{N}_{\mathrm{sub}}^2}{\mathrm{\λ}{R}_0\mathrm{PR}{F}^2}>>1---\left(2\right)$

其中，R_0s是最短距离，V_r是SAR系统沿飞行路径的速度，λ是SAR信号波长，PRF是脉冲重复频率，N_sub是划分的子孔径长度。 

如此，在接下来的距离向处理之前，第一全孔径SAR回波数据就已经沿方位向划分成不同的子孔径，如果划分的子孔径的大小小于GPU的显存，GPU就可以以较高的加速比处理子孔径对应的SAR回波数据；优选地，可以将多段子孔径SAR回波数据分别交给不同的GPU去做并行处理。此外，由于对子孔径SAR回波数据进行处理，因此，不必等到所有的SAR回波数据全部采集到再进行子孔径SAR回波数据的距离向处理，当一段子孔径SAR回波数据的采集完成后，就可以进行该子孔径SAR回波数据的距离向处理，如此，SAR回波数据的采集和子孔径SAR回波数据的距离向处理形成链接，在SAR回波数据的采集过程中也完成了子孔径SAR回波数据的距离向处理。 

优选地，所述对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行距离向处理，包括： 

按接收先后顺序分别对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行方位向傅里叶变换； 

在方位向傅里叶变换后的所述子孔径SAR回波数据中插入线性调频尺度（CS，Chirp Scaling）因子； 

对插入CS因子后的所述子孔径SAR回波数据进行距离向傅里叶变换； 

对距离向傅里叶变后的所述子孔径SAR回波数据进行距离压缩； 

对距离压缩后的所述子孔径SAR回波数据中的残余距离二次距离压缩（SRC，Secondary Range Compression）项和一致距离徙动修正（RCMC，Range Cell Migration Correction）项进行矫正； 

对SRC项和一致RCMC项进行矫正后的所述子孔径SAR回波数据进行距离向傅里叶逆变换； 

对距离向傅里叶逆变换的所述子孔径SAR回波数据进行方位向傅里叶逆变换。 

这里，所述CS因子根据所述SAR系统的各项参数设定，所述SRC项和一致RCMC项为根据CS算法得到的内容，均为现有技术，此处不再赘述。 

步骤102：将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据。 

这里，所述第二全孔径SAR回波数据是指将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并后的全孔径SAR回波数据。优选地，合并时，需要保证第二全孔径SAR回波数据的频谱的光滑度，如此，最终的成像质量可以不受上述子孔径划分的影响。 

具体地，由于SAR斜视角和SAR天线波束宽度的影响，子孔径的合并时基于子孔径的成像算法需要一定的重叠率来保证合并后第二全孔径SAR回波数据的频谱的光滑度，进而使成像质量不受子孔径划分的影响。 

优选地，所述将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据，包括： 

获取相邻两段所述子孔径SAR回波数据的重叠率； 

根据所述重叠率将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据。 

例如，极限情况下，相邻两个子孔径间需要的最大的重叠率为式（3）： 

$\mathrm{\ϵ}=\frac{n}{n+L_{\mathrm{sub}}}=\frac{\frac{R_0{F}_r}{2f_0{V}_r}\×\sin (\mathrm{\θ}+\frac{\mathrm{\β}}{2})\×\mathrm{PRF}}{\frac{R_0{F}_r}{2f_0{V}_r}\×\sin (\mathrm{\θ}+\frac{\mathrm{\β}}{2})\×\mathrm{PRF}+L_{\mathrm{sub}}}---\left(3\right)$

其中，β是SAR天线的波束宽度，F_r是发射线性调频信号的带宽，θ是斜视角，f₀是载波频率，L_sub满足式（4）， 

$L_{\mathrm{sub}}>>\frac{\mathrm{PRF}}{V_r}\sqrt{\frac{\mathrm{\λ}{R}_0}{2}}---\left(4\right)$

由于子孔径时间带宽积的限制，划分子孔径的个数是有限的，式（3）得到的是极限重叠率，在实际的成像处理中，利用一个相对较小的重叠率就可以得到比较理想的成像质量。 

例如，采用两块英伟达（NVDIA）型号为Tesla C2050的GPU，型号为Intel Xeon E5620的CPU，且CPU和GPU的参数如表1所示： 

器件	型号
		CPU	2Intel Xeon E56204Core2.4GHz
RAM	96GB DDR31033MHz
		GPU	2Tesla C2050448Cores
GPU RAM	3GB GDDR5

表1 

若第一SAR回波数据的大小为65024x32768，计算得到相邻子孔径间的理论重叠点数（对应上述重叠率）为212，因此，子孔径间的重叠点数可设为256，共划分18个子孔径，每个子孔径的长度为4096。 

步骤103：将所述第二全孔径SAR回波数据沿距离向划分为两个以上SAR回波数据块，对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向处理。 

优选地，所述对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向处理之前，所述方法还包括：分别对所述两个以上SAR回波数据块进行转置。 

优选地，借助多线程技术，使得CPU在进行SAR回波数据块转置的同时，GPU进行SAR回波数据块方位向处理。由于各个SAR回波数据块的处理并不相关，所以CPU完成第一块SAR回波数据块的转置后，在CPU转置第二SAR回波数据块的同时，GPU可以对完成转置的第一SAR回波数据块进行方位向处理。依次类推，CPU和GPU协同处理完所有SAR回波数据块的转置和方位向处理。 

所述对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向处理，包括： 

按接收先后顺序分别对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向傅里叶变换； 

对方位向傅里叶变换后的所述SAR回波数据块进行方位压缩和相位校正； 

对方位压缩和相位校正后的所述SAR回波数据块进行方位向傅里叶逆变换。 

步骤104：将方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块合并为SAR图像。 

本发明实施例还记载了一种适用于上述SAR成像方法的装置，如图2所示，所述装置包括：第一划分单元21、第一合并单元22、第二划分单元23以及第二合并单元24；其中， 

所述第一划分单元21，用于将接收到的第一全孔径SAR回波数据沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据并发送至GPU； 

所述第一合并单元22，用于接收所述GPU发送的距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据，并将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据； 

所述第二划分单元23，用于将所述第二全孔径SAR回波数据沿距离向划分为两个以上SAR回波数据块并发送至所述GPU； 

所述第二合并单元24，用于接收所述GPU发送的方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块，并将方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块合并为SAR图像。 

优选地，所述第一划分单元21，还用于根据预设的时间周期T_sub，将接收到的第一全孔径SAR回波数据按接收先后顺序沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据；其中，所述T_sub满足T_sub×B_sub＞＞1，所述B_sub为所述子孔径SAR回波数据对应的带宽，所述＞＞为远大于。 

优选地，所述第一合并单元22包括：获取子单元以及合并子单元；其中， 

所述获取子单元，用于获取相邻两段所述子孔径SAR回波数据的重叠率； 

所述合并子单元，用于根据所述重叠率将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据。 

优选地，所述装置还包括转置单元25，用于分别对所述两个以上SAR回波数据块进行转置。 

本领域技术人员应当理解，图2所示的装置中的各单元及子单元的实现功能可参照前述SAR成像方法的相关描述而理解。图2所示的装置中的单元及子单元的实现功能可通过运行于处理器上的程序而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。 

本发明实施例还记载了一种适用于上述SAR成像方法的装置，如图3所示，所述装置包括：第一处理单元31以及第二处理单元32；其中， 

所述第一处理单31，用于接收CPU发送的两段以上子孔径SAR回波数据，并对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行距离向处理；将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据发送至所述CPU； 

所述第二处理单元32，用于接收CPU发送的两个以上SAR回波数据块，并对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向处理；将方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块发送至所述CPU。 

优选地，所述第一处理单元31包括：第一处理子单元311、第二处理子单元312、第三处理子单元313、第四处理子单元314、第五处理子单元315、第六处理子单元316以及第七处理子单元317；其中， 

所述第一处理子单元311，用于按接收先后顺序分别对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行方位向傅里叶变换； 

所述第二处理子单元312，用于在方位向傅里叶变换后的所述子孔径SAR回波数据中插入CS因子； 

所述第三处理子单元313，用于对插入CS因子后的所述子孔径SAR回波数据进行距离向傅里叶变换； 

所述第四处理子单元314，用于对距离向傅里叶变后的所述子孔径SAR回波数据进行距离压缩； 

所述第五处理子单元315，用于对距离压缩后的所述子孔径SAR回波数据中的SRC项和一致RCMC项进行矫正； 

所述第六处理子单元316，用于对SRC项和一致RCMC项进行矫正后的所述子孔径SAR回波数据进行距离向傅里叶逆变换； 

所述第七处理子单元317，用于对距离向傅里叶逆变换的所述子孔径SAR回波数据进行方位向傅里叶逆变换。 

优选地，所述第二处理单元32包括：第八处理子单元321、第九处理子单元322以及第十处理子单元323；其中， 

所述第八处理子单元321，用于按接收先后顺序分别对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向傅里叶变换； 

所述第九处理子单元322，用于对方位向傅里叶变换后的所述SAR回波数据块进行方位压缩和相位校正； 

所述第十处理子单元323，用于对方位压缩和相位校正后的所述SAR回波数据块进行方位向傅里叶逆变换。 

本领域技术人员应当理解，图3所示的装置中的各单元及子单元的实现功能可参照前述SAR成像方法的相关描述而理解。图3所示的装置中的单元及子单元的实现功能可通过运行于处理器上的程序而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。 

结合上述SAR成像方法及装置，本发明实施例还记载了一种SAR成像系统，如图4所示，所述系统包括：第一装置41以及第二装置42；其中， 

所述第一装置41，用于将接收到的第一全孔径SAR回波数据沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据并发送至所述第二装置42；接收所述第二装置42发送的距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据，并将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据；将所述第二全孔径SAR回波数据沿距离向划分为两个以上SAR回波数据块并发送至所述第二装置42；接收所述第二装置42发送的方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块，并将方位向处理后的所述两个以上SAR回波数 据块合并为SAR图像； 

所述第二装置42，用于接收所述第一装置41发送的两段以上子孔径SAR回波数据，并对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行距离向处理；将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据发送至所述第一装置41；接收第一装置41发送的两个以上SAR回波数据块，并对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向处理；将方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块发送至所述第一装置41。 

本领域技术人员应当理解，图4所示的SAR成像系统中的第一装置可以由CPU来实现，第二装置可以由GPU来实现。 

本发明实施例所述的SAR成像方法由上述SAR成像系统实现时，优选的实现过程如图5所示，包括以下步骤： 

步骤501：CPU将接收到的第一全孔径SAR回波数据沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据并发送至所述GPU。 

步骤502：GPU接收所述CPU发送的两段以上子孔径SAR回波数据，并对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行距离向处理；将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据发送至所述CPU。 

步骤503：CPU接收所述GPU发送的距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据，并将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据。 

步骤504：CPU将所述第二全孔径SAR回波数据沿距离向划分为两个以上SAR回波数据块并发送至所述GPU。 

步骤505：GPU接收CPU发送的两个以上SAR回波数据块，并对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向处理；将方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块发送至所述CPU。 

步骤506：CPU接收所述GPU发送的方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块，并将方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块合并为SAR图像。 

本领域技术人员应当理解，上述距离向处理可以参照图1所示的SAR成像方法中的距离向处理的相关描述而理解，上述方位向处理可以参照图1所示的SAR成像方法中的方位向处理的相关描述而理解。 

图6为SAR成像处理时序图，如图6所示，一个子孔径的采样时间为1.4629s，在这个时间内，GPU可以完成一个子孔径的距离向处理，所以距离向的处理时间可以包含在回波的采集时间内，整个成像的处理时间就由方位向处理时间决定。同时，方位向处理一个全孔径的时间也小于这个全孔径的采样时间，所以整个系统可以完成实时成像处理。此外，CPU在矩阵转置的同时GPU完成方位向成像处理，从而实现了CPU和GPU的协同并行高效工作。 

图7为三种算法的加速比对比示意图，如图7所示，单纯使用OpenMP术获得的加速比并不高，把原始的CS算法简单的并行移植到GPU下获得的加速比也低于20倍，远远不能达到实时处理的要求，这主要是因为SAR回波数据远大于GPU的显存，几乎一半以上的处理时间浪费在了CPU和GPU之间的数据传输上，不能发挥出GPU强大的并行处理能力。因此，必须采取更适合GPU的成像算法，本发明实施例提出的SAR成像算法基于子孔径技术获得了100倍左右的加速比，充分发挥了GPU和CPU的处理能力，完成了SAR成像的实时处理。 

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 

Claims (14)

1.一种合成孔径雷达SAR成像方法，其特征在于，所述方法包括： 

将接收到的第一全孔径SAR回波数据沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据，对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行距离向处理； 

将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据； 

将所述第二全孔径SAR回波数据沿距离向划分为两个以上SAR回波数据块，对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向处理； 

将方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块合并为SAR图像。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将接收到的第一全孔径SAR回波数据沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据，包括： 

根据预设的时间周期T_sub，将接收到的第一全孔径SAR回波数据按接收时间先后顺序沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据；其中，所述T_sub满足T_sub×B_sub＞＞1，所述B_sub为所述子孔径SAR回波数据对应的带宽，所述＞＞为远大于。 

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行距离向处理，包括： 

按照接收时间先后顺序分别对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行方位向傅里叶变换； 

在方位向傅里叶变换后的所述子孔径SAR回波数据中插入线性调频尺度CS因子； 

对插入CS因子后的所述子孔径SAR回波数据进行距离向傅里叶变换； 

对距离向傅里叶变后的所述子孔径SAR回波数据进行距离压缩； 

对距离压缩后的所述子孔径SAR回波数据中的残余距离二次距离压缩SRC项和一致距离徙动修正RCMC项进行矫正； 

对SRC项和一致RCMC项进行矫正后的所述子孔径SAR回波数据进行距 离向傅里叶逆变换； 

对距离向傅里叶逆变换的所述子孔径SAR回波数据进行方位向傅里叶逆变换。 

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据，包括： 

获取相邻两段所述子孔径SAR回波数据的重叠率； 

根据所述重叠率将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据。 

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向处理之前，所述方法还包括： 

分别对所述两个以上SAR回波数据块进行转置。 

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向处理，包括： 

按照接收的时间先后顺序分别对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向傅里叶变换； 

对方位向傅里叶变换后的所述SAR回波数据块进行方位压缩和相位校正； 

对方位压缩和相位校正后的所述SAR回波数据块进行方位向傅里叶逆变换。 

7.一种SAR成像装置，其特征在于，所述装置包括：第一划分单元、第一合并单元、第二划分单元以及第二合并单元；其中， 

所述第一划分单元，用于将接收到的第一全孔径SAR回波数据沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据并发送至图形处理器GPU； 

所述第一合并单元，用于接收所述GPU发送的距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据，并将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据； 

所述第二划分单元，用于将所述第二全孔径SAR回波数据沿距离向划分为两个以上SAR回波数据块并发送至所述GPU； 

所述第二合并单元，用于接收所述GPU发送的方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块，并将方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块合并为SAR图像。 

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一划分单元，还用于根据预设的时间周期T_sub，将接收到的第一全孔径SAR回波数据按接收先后顺序沿方位向划分为两段以上子孔径SAR回波数据；其中，所述T_sub满足T_sub×B_sub＞＞1，所述B_sub为所述子孔径SAR回波数据对应的带宽，所述＞＞为远大于。 

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一合并单元包括：获取子单元以及合并子单元；其中， 

所述获取子单元，用于获取相邻两段所述子孔径SAR回波数据的重叠率； 

所述合并子单元，用于根据所述重叠率将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据合并为第二全孔径SAR回波数据。 

10.根据权利要求7至9任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括转置单元，用于分别对所述两个以上SAR回波数据块进行转置。 

11.一种SAR成像装置，其特征在于，所述装置包括：第一处理单元以及第二处理单元；其中， 

所述第一处理单，用于接收中央处理器CPU发送的两段以上子孔径SAR回波数据，并对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行距离向处理；将距离向处理后的所述两段以上子孔径SAR回波数据发送至所述CPU； 

所述第二处理单元，用于接收CPU发送的两个以上SAR回波数据块，并对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向处理；将方位向处理后的所述两个以上SAR回波数据块发送至所述CPU。 

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一处理单元包括：第一处理子单元、第二处理子单元、第三处理子单元、第四处理子单元、第五处理子单元、第六处理子单元以及第七处理子单元；其中， 

所述第一处理子单元，用于按接收先后顺序分别对所述两段以上子孔径SAR回波数据进行方位向傅里叶变换； 

所述第二处理子单元，用于在方位向傅里叶变换后的所述子孔径SAR回波数据中插入CS因子； 

所述第三处理子单元，用于对插入CS因子后的所述子孔径SAR回波数据进行距离向傅里叶变换； 

所述第四处理子单元，用于对距离向傅里叶变后的所述子孔径SAR回波数据进行距离压缩； 

所述第五处理子单元，用于对距离压缩后的所述子孔径SAR回波数据中的SRC项和一致RCMC项进行矫正； 

所述第六处理子单元，用于对SRC项和一致RCMC项进行矫正后的所述子孔径SAR回波数据进行距离向傅里叶逆变换； 

所述第七处理子单元，用于对距离向傅里叶逆变换的所述子孔径SAR回波数据进行方位向傅里叶逆变换。 

13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述第二处理单元包括：第八处理子单元、第九处理子单元以及第十处理子单元；其中， 

所述第八处理子单元，用于按接收先后顺序分别对所述两个以上SAR回波数据块进行方位向傅里叶变换； 

所述第九处理子单元，用于对方位向傅里叶变换后的所述SAR回波数据块进行方位压缩和相位校正； 

所述第十处理子单元，用于对方位压缩和相位校正后的所述SAR回波数据块进行方位向傅里叶逆变换。 

14.一种SAR成像系统，其特征在于，所述系统包括权利要求7至10任一项所述的装置、以及权利要求11至13任一项所述的装置。 

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