申请/专利权人：河南九乾电子科技有限公司

申请日：2019-03-28

公开（公告）日：2023-03-14

公开（公告）号：CN109901165B

主分类号：G01S13/90

分类号：G01S13/90;G01S7/40

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.03.14#授权;2019.07.12#实质审查的生效;2019.06.18#公开

摘要：本发明提供了一种星载SAR回波的模拟装置及模拟方法，其中，星载SAR回波的模拟装置包括：对外接口模块、GPU回波计算模块、回波数据存储模块及仿真参数解算模块；所述对外接口模块接收基带发射信号、同步参考时钟和PRF脉冲的输入，所述仿真参数解算模块根据所述对外接口模块输入的卫星时刻和用户设置的卫星SAR仿真参数信息，仿真当前脉冲时刻卫星天线波束照射的目标场景，所述GPU回波计算模块根据目标场景的信息，计算目标场景的冲激响应序列，并且输入到对外接口模块，所述对外接口模块对所述目标场景的冲激响应序列与基带发射信号进行卷积计算，得到基带回波信号，在保存至回波数据存储模块后输出。通过本发明的技术方案，能够有效改善回波生成效率。

主权项：1.一种星载SAR回波的模拟装置，其特征在于，包括：对外接口模块、GPU回波计算模块、回波数据存储模块及仿真参数解算模块；其中，所述对外接口模块接收基带发射信号、同步参考时钟和PRF脉冲的输入，所述仿真参数解算模块根据所述对外接口模块输入的卫星时刻和用户设置的卫星SAR仿真参数信息，仿真当前脉冲时刻卫星天线波束照射的目标场景，所述GPU回波计算模块根据目标场景的信息，计算目标场景的冲激响应序列，并且输入到对外接口模块，所述对外接口模块对所述目标场景的冲激响应序列与基带发射信号进行卷积计算，得到基带回波信号，在保存至回波数据存储模块后输出。

全文数据：星载SAR回波的模拟装置及模拟方法技术领域本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种星载SAR回波的模拟装置和一种星载SAR回波的模拟方法。背景技术星载合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar，SAR）由于运行于轨道空间，不受恶劣气候条件、国界领空等限制，具有全天时、全天候工作和大范围成像的优势。对于星载SAR技术研究，雷达接收的回波信号具有关键作用——雷达回波信号包含了卫星姿态、星地空间几何、雷达系统参数、大气环境等的影响，能够对星载SAR系统参数、成像算法、性能指标等进行检测，通过计算机模拟回波信号，不仅灵活、高效，而且实现成本相对低廉，因此，其得到广泛使用。星载SAR回波模拟具有高精度、低实时性的需求以及计算量巨大的问题，由于成像场景处理的精细化，其原始回波数据模拟的运算量海量增加，在PC端仿真耗费时间长，仿真效率低下，很难满足工程研究中每秒千亿次浮点运算和千亿字节数据处理的高速实时要求，相关技术中采用CPU、DSP、FPGA等硬件平台处理各有不足，回波的生成效率偏低，对此目前还没有有效解决方案。发明内容本发明正是基于上述技术问题至少之一，提出了一种新的星载SAR回波的模拟方案，能够有效改善回波生成效率。有鉴于此，本发明提出了一种新的星载SAR回波的模拟装置，包括：对外接口模块、GPU回波计算模块、回波数据存储模块及仿真参数解算模块；其中，所述对外接口模块接收基带发射信号、同步参考时钟和PRF脉冲的输入，所述仿真参数解算模块根据所述对外接口模块输入的卫星时刻和用户设置的卫星SAR仿真参数信息，仿真当前脉冲时刻卫星天线波束照射的目标场景，所述GPU回波计算模块根据目标场景的信息，计算目标场景的冲激响应序列，并且输入到对外接口模块，所述对外接口模块对所述目标场景的冲激响应序列与基带发射信号进行卷积计算，得到基带回波信号，在保存至回波数据存储模块后输出。在上述任一项技术方案中，优选地，所述GPU回波计算模块利用GPU平台计算所述目标场景的冲激响应序列。在上述任一项技术方案中，优选地，所述用户设置的卫星SAR仿真参数信息包括波位参数和轨道参数。根据本发明的第二方面，提出了一种基于上述技术方案中任一项所述的星载SAR回波的模拟装置的回波模拟方法，包括：通过人机交互界面获取用户输入的系统工作路径；在获取到所述系统工作路径时，由控制操作类ECHO_GPU读取人机交互界面输入的卫星SAR仿真参数信息，并启动仿真参数解算模块的CSetting类，以将所述卫星SAR仿真参数信息传输至CSetting类；在所述仿真参数解算模块的CSetting类会受ECHO_GPU类控制而启动，并接受ECHO_GPU类传递来的仿真参数；基于CSetting类内封装的预定算法以及雷达波位参数和雷达工作模式进行过初始化处理，以得到不同工作模式下波束区域与不同场景之间的关系；GPU回波计算模块及对外接口模块的CEchoProce类根据所述关联关系确定与目标场景的波束区域，并调用GPU核函数和一维频域法，根据对外接口模块输入的基带发射信号、同步参考时钟和PRF脉冲，生成每一脉的回波信号；基于CFileOpt类对象生成用于保存回波信号文件和输入输出参数的配置文件的文件夹。在上述技术方案中，优选地，所述系统工作路径包括场景文件调取路径和回波信号输出的保存路径，其中，所述场景文件调取路径所存储文件定义了本次模拟的目标场景。在上述技术方案中，优选地，所述文件夹是CFileOpt类对象在所述系统工作路径下生成的以当前时间命名的文件夹。通过以上技术方案，能够有效改善回波生成效率。附图说明图1示出了根据本发明的实施例的星载SAR回波的模拟装置的示框图；图2示出了根据本发明的一个实施例的星载SAR回波的模拟方法的流程示意图；图3示出了根据本发明的另一个实施例的星载SAR回波的模拟方法的流程示意图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。以下结合图1至图3对本发明的技术方案做进一步说明：图1示出了根据本发明的实施例的星载SAR回波的模拟装置的示框图。如图1所示，根据本发明的实施例的星载SAR回波的模拟装置100，包括：对外接口模块102、GPU回波计算模块104、回波数据存储模块106及仿真参数解算模块108。其中，对外接口模块102接收基带发射信号、同步参考时钟和PRF脉冲的输入，仿真参数解算模块108根据对外接口模块102输入的卫星时刻和用户设置的卫星SAR仿真参数信息，仿真当前脉冲时刻卫星天线波束照射的目标场景，GPU回波计算模块104根据目标场景的信息，计算目标场景的冲激响应序列，并且输入到对外接口模块102，对外接口模块102对目标场景的冲激响应序列与基带发射信号进行卷积计算，得到基带回波信号，在保存至回波数据存储模块106后输出。进一步地，GPU回波计算模块104利用GPU平台计算目标场景的冲激响应序列。进一步地，用户设置的卫星SAR仿真参数信息包括波位参数和轨道参数。具体地，基于该装置的模拟方法，如图2所示，具体包括：步骤S202，通过人机交互界面获取用户输入的系统工作路径。系统工作路径包括场景文件调取路径和回波信号输出的保存路径，其中，场景文件调取路径所存储文件定义了本次模拟的目标场景。步骤S204，在获取到系统工作路径时，由控制操作类ECHO_GPU读取人机交互界面输入的卫星SAR仿真参数信息，并启动仿真参数解算模块的CSetting类，以将卫星SAR仿真参数信息传输至CSetting类。步骤S206，在仿真参数解算模块的CSetting类会受ECHO_GPU类控制而启动，并接受ECHO_GPU类传递来的仿真参数。步骤S208，基于CSetting类内封装的预定算法以及雷达波位参数和雷达工作模式进行过初始化处理，以得到不同工作模式下波束区域与不同场景之间的关系。步骤S210，GPU回波计算模块及对外接口模块的CEchoProce类根据关联关系确定与目标场景的波束区域，并调用GPU核函数和一维频域法，根据对外接口模块输入的基带发射信号、同步参考时钟和PRF脉冲，生成每一脉的回波信号。步骤S212，基于CFileOpt类对象生成用于保存回波信号文件和输入输出参数的配置文件的文件夹。文件夹是CFileOpt类对象在系统工作路径下生成的以当前时间命名的文件夹。点目标回波信号模拟是SAR回波信号模拟的基础，面目标就是按一定间隔被分割成一个个的点目标来进行回波信号模拟的，通过对点目标的成像效果的分析，可以判断面目标的成像质量。以下以点目标回波信号模拟为例，结合图3，对本发明的技术方案做进一步说明：本实施例中，模拟方法由四个类来完成，分别为控制操作类ECHO_GPU、文件操作类CFileOpt、GPU处理类CEchoProce和中间数据计算类CSetting；具体实现时ECHO_GPU类控制CFileOpt类、CSetting类和CEchoProce类的运行，并且对CFileOpt类进行数据传递；CFileOpt类和CSetting类之间进行数据的相互传递，CEchoProce类对CFileOpt类进行数据传递，具体过程包括以下步骤：步骤一、通过人机交互界面输入系统工作路径——场景文件调取路径和回波信号输出的保存路径，此路径所定义位置即回波数据存储模块，其中场景文件调取路径所存储文件定义了此次模拟的目标场景，为一个点目标，位于场景中心点位置处，目标点的幅值取值为1，相位取值为0；步骤二、在系统工作路径定义完成之后，由控制操作类ECHO_GPU读取机交互界面输入的用户设置的仿真参数，包括波位参数和轨道参数；其中，波束参数包括：采样率为21MHz、脉冲重复频率即PRF为1488Hz、脉冲宽度为25us、信号带宽为17.4MHz、采样点数为4153、距离波束宽度为4.32度、方位波束宽度为0.55度、雷达工作模式为标准条带模式；轨道参数包括：半长轴为6883.5km，偏心率为0.001，轨道倾角为97.44度，近地点幅角为90度，升交点赤经为88.617度，过近地点时刻为当前时刻；步骤三、在波位参数和轨道参数设置完成后，仿真参数解算模块的CSetting类会受ECHO_GPU类控制而启动，并接受ECHO_GPU类传递来的仿真参数，利用CSetting类内封装的卫星轨道位置计算、坐标系转换、波束指向点和波束照射区域等算法，结合设置的雷达波位参数和雷达工作模式，CSetting类对象会进行相关模块的计算，即进行初始化，得到相应工作模式下波束区域与场景的相关关系，为回波计算准备数据；步骤四、GPU回波计算模块及对外接口模块的CEchoProce类会根据仿真生成的目标场景相关的波束区域关系，调用GPU核函数和一维频域法，根据对外接口模块输入的基带发射信号、同步参考时钟和PRF脉冲，生成每一脉的回波信号；步骤五、在回波信号生成后，CFileOpt类对象会在步骤一定义的工作路径下生成当前时间命名的文件夹，文件夹内保存的文件有回波信号文件和输入输出参数的配置文件，方便调用回波播放信号；步骤六、星载SAR回波模拟装置产生的回波信号通过对外接口模块调用回波播放信号输出至其他设备完成其他信号处理，完成整个星载SAR回波模拟的过程。与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：1.GPU具有高可并行性、强大的浮点运算能力，星载SAR回波模拟的信号数据量巨大，而且很多处理环节存在天然的并行性，采用GPU加速能达到100左右的加速比；2.采用实现GPU通用计算的GPGPU语言CUDA进行开发，该语言是在C语言基础上的修改和扩展，对复杂的图形学函数进行了封装，隐藏了晦涩难懂的实现细节，降低了GPU开发门槛；3.模拟装置架构简单，硬件实现成本低，同时可以根据需求增减GPU平台数量，实现用户定制；4.可实现不同模式和参数下的回波模拟，可适用性广。上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种星载SAR回波的模拟装置，其特征在于，包括：对外接口模块、GPU回波计算模块、回波数据存储模块及仿真参数解算模块；其中，所述对外接口模块接收基带发射信号、同步参考时钟和PRF脉冲的输入，所述仿真参数解算模块根据所述对外接口模块输入的卫星时刻和用户设置的卫星SAR仿真参数信息，仿真当前脉冲时刻卫星天线波束照射的目标场景，所述GPU回波计算模块根据目标场景的信息，计算目标场景的冲激响应序列，并且输入到对外接口模块，所述对外接口模块对所述目标场景的冲激响应序列与基带发射信号进行卷积计算，得到基带回波信号，在保存至回波数据存储模块后输出。2.根据权利要求1所述的星载SAR回波的模拟装置，其特征在于，所述GPU回波计算模块利用GPU平台计算所述目标场景的冲激响应序列。3.根据权利要求1或2所述的星载SAR回波的模拟装置，其特征在于，所述用户设置的卫星SAR仿真参数信息包括波位参数和轨道参数。4.一种星载SAR回波的模拟方法，基于权利要求1至3中任一项所述的星载SAR回波的模拟装置的回波模拟方法，其特征在于，包括：通过人机交互界面获取用户输入的系统工作路径；在获取到所述系统工作路径时，由控制操作类ECHO_GPU读取人机交互界面输入的卫星SAR仿真参数信息，并启动仿真参数解算模块的CSetting类，以将所述卫星SAR仿真参数信息传输至CSetting类；在所述仿真参数解算模块的CSetting类会受ECHO_GPU类控制而启动，并接受ECHO_GPU类传递来的仿真参数；基于CSetting类内封装的预定算法以及雷达波位参数和雷达工作模式进行过初始化处理，以得到不同工作模式下波束区域与不同场景之间的关系；GPU回波计算模块及对外接口模块的CEchoProce类根据所述关联关系确定与目标场景的波束区域，并调用GPU核函数和一维频域法，根据对外接口模块输入的基带发射信号、同步参考时钟和PRF脉冲，生成每一脉的回波信号；基于CFileOpt类对象生成用于保存回波信号文件和输入输出参数的配置文件的文件夹。5.根据权利要求4所述的星载SAR回波的模拟方法，其特征在于，所述系统工作路径包括场景文件调取路径和回波信号输出的保存路径，其中，所述场景文件调取路径所存储文件定义了本次模拟的目标场景。6.根据权利要求4所述的星载SAR回波的模拟方法，其特征在于，所述文件夹是CFileOpt类对象在所述系统工作路径下生成的以当前时间命名的文件夹。

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