中文引用格式： 朱爽，劉彥斌，劉亞波. 基于GPU的視頻SAR加速處理架構[J]. 電子技術應用，2024，50(6)：18-22.
英文引用格式： Zhu Shuang，Liu Yanbin，Liu Yabo. GPU-based processing architecture for video SAR acceleration[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(6)：18-22.
引言
合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一種高分辨率雷達，具備穿透云霧、全天時全天候監(jiān)測的能力[1-2]。
傳統(tǒng)的SAR只能獲取靜態(tài)目標信息，無法及時獲取運動目標變化狀態(tài)[3]。視頻合成孔徑雷達（Video Synthetic Aperture Radar, ViSAR）具備低時延、高分辨率的特點，有效擴展了時間維度的信息[4]，能夠對目標區(qū)域持續(xù)動態(tài)監(jiān)測。為獲取被監(jiān)測目標的位置、速度、變化趨勢等信息，ViSAR系統(tǒng)的成像幀率需不小于5 Hz[5]。ViSAR系統(tǒng)需在短時間內處理大量SAR數(shù)據(jù)，這給機載系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸和存儲帶來了巨大的挑戰(zhàn)。為滿足ViSAR系統(tǒng)低時延和高分辨率的要求，需要設計一種高效精確的成像算法，并結合高效的硬件平臺快速處理SAR回波數(shù)據(jù)。文獻[6]通過將監(jiān)測區(qū)域分為感興趣區(qū)域和一般區(qū)域減少后向投影算法的計算量,但無法滿足視頻SAR對于成像實時性的要求。文獻[7]使用數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）提升實時成像能力，將SAR數(shù)據(jù)處理時間減少了80%，但并未滿足視頻SAR系統(tǒng)實時處理需求。文獻[8]使用現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）結合極坐標格式算法（Polar Format algorithm，PFA）構建ViSAR成像系統(tǒng)，該方法有效減少了SAR數(shù)據(jù)的處理時間，但仍無法滿足視頻SAR系統(tǒng)的實時性要求。文獻[9]和[10]將ViSAR成像問題建模為低秩張量和稀疏張量的和，有效減少了ViSAR系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集量。但在實際的應用場景中，張量的真實值無法獲取，秩值的誤差對算法的精確性產生了影響，只適合于特定場景，通用性較差。為了提升SAR回波數(shù)據(jù)處理效率，文獻[11]提出了一種基于應用DSP的ViSAR系統(tǒng)，該系統(tǒng)的成像幀率達到了5 Hz，滿足了視頻SAR系統(tǒng)的實時性要求，但是圖像尺寸大小為1K×1K，導致其在真實應用場景中觀測范圍較小，限制了該方法的應用場景。隨著硬件架構的發(fā)展，圖形處理器（Graphics Processing Unit, GPU）已成為多線程、多核心、高度并行、超大帶寬的高性能計算設備[12-13]，適用于可并行化計算任務。英偉達公司推出的統(tǒng)一計算設備架構（Compute Unified Device Architecture, CUDA）使得GPU易于處理計算密集型問題[14-15]，適合ViSAR系統(tǒng)的開發(fā)。
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作者信息：
朱爽1，2，劉彥斌1，劉亞波1
（1.中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院， 北京 100094；2.中國科學院大學 電子電氣與通信工程學院， 北京 100049）
