SAR数据处理算法及基于机群的处理系统研究

论文摘要

本文主要研究合成孔径雷达(SAR)数据处理技术，以及研究、分析和设计基于机群的SAR数据处理系统。目的是在对现有SAR数据处理技术的部分研究点进一步改进和提高的前提下，建立一个基于机群的可以适用于多种SAR数据处理技术、处理速度快、处理结果质量好的高性价比SAR数据处理系统。 首先，本文研究了SAR数据处理技术。其中，在SAR成像处理的研究中，对线性调频信号的相位误差及其对SAR成像效果的影响进行了分析和研究，并利用实测数据进行距离相位误差补偿和方位向运动补偿，取得了良好的实验效果。在SAR图像后处理研究中，介绍了经典的相干斑抑制算法，研究了基于偏微分方程的滤波方法，结合SAR图像的相干斑局部统计特性，建立了一种新的各向异性扩散方程抑制SAR相干斑噪声的算法。在干涉SAR处理技术研究中，研究了干涉相位噪声特性及多种相位滤波方法，基于偏微分方程提出了一种新的相位滤波方法。 其次，本文研究并实现了SAR数据处理系统。在介绍并行与分布式处理概念的基础上，分析了SAR成像处理、图像后处理、干涉处理等的并行性，研究了SAR数据的并行划分方式和算法的并行粒度划分，并比较了各种划分方式下的算法性能。最后介绍了SAR数据处理系统的设计与实现方法，设计了系统结构、组成部件以及消息驱动机制，描述了原始数据回放模块、图像显示模块以及数据处理模块的具体实现。 本文研究设计的SAR数据处理系统曾在中国科学院电子学研究所的多次实际飞行任务中稳定地处理了大量SAR数据，可以得到大面积高分辨率、高质量的结果；可扩展性好，可容易地使用按照系统接口所设计的不同的SAR处理算法；用户界面友好，易于理解和操作；处理速度快，实验证明本系统可以接近(准)实时的处理效果，具有较高的实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 SAR概述
• 1.1.1 SAR的发展历史
• 1.1.2 SAR的发展趋势
• 1.2 SAR数据处理系统概述
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 SAR成像处理研究
• 2.1 线性调频信号及其脉冲压缩技术
• 2.2 SAR回波模型
• 2.3 SAR经典成像算法简述
• 2.3.1 RD算法
• 2.3.2 CS算法
• 2.4 线性调频信号相位误差及其影响
• 2.4.1 周期性相位误差的影响
• 2.4.2 非周期性相位误差的影响
• 2.5 距离向相位误差补偿
• 2.6 方位向运动补偿
• 2.6.1 子孔径相关法MD
• 2.6.2 相位梯度法PGA
• 2.7 经相位误差补偿后的成像结果
• 2.8 多视处理
• 2.9 本章小结
• 第三章 后处理算法研究
• 3.1 引言
• 3.2 经典滤波器
• 3.2.1 Lee滤波器
• 3.2.2 Frost滤波器
• 3.2.3 Gamma MAP滤波器
• 3.3 PERONA和MALIK偏微分扩散方程
• 3.3.1 几种常用的偏微分方程
• 3.3.2 热传导方程
• 3.3.3 Perona和Malik方程
• 3.4 SRAD相干斑滤波算法
• 3.4.1 各向异性扩散与自适应滤波器的关系
• 3.4.2 SRAD算法
• 3.4.3 SRAD存在的问题
• 3.5 基于鲁棒估计的各向异性扩散相干斑抑制算法
• 3.5.1 SRRAD的提出
• 3.5.2 算法特点
• 3.5.3 实现步骤
• 3.6 实验结果
• 3.6.1 图像自然视觉效果的保持
• 3.6.2 噪声的抑制与边缘保持效果
• 3.6.3 结论
• 3.7 本章小结
• 第四章 干涉SAR处理算法研究
• 4.1 INSAR高程测量的原理
• 4.2 INSAR高程测量数据处理
• 4.2.1 基本处理步骤
• 4.2.2 处理流程
• 4.3 干涉相位图的降噪
• 4.3.1 干涉相位噪声特性
• 4.3.2 残余点与干涉相位噪声的内在联系
• 4.3.3 多视处理
• 4.3.4 相位噪声滤波方法
• 4.3.5 实验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 并行与分布式处理基本概念
• 5.1 机群概述
• 5.1.1 高性能计算机的发展阶段
• 5.1.2 机群系统的优点
• 5.1.3 典型机群系统
• 5.2 并行算法的并行层次与粒度
• 5.3 并行程序设计模型
• 5.4 并行程序的设计模式
• 5.4.1 单控制流多数据流
• 5.4.2 数据流水线
• 5.4.3 主从模式
• 5.4.4 分治策略
• 5.4.5 投机策略
• 5.4.6 混合模式
• 5.4.7 本文并行设计模式
• 5.5 并行算法的复杂度衡量
• 5.6 并行算法的性能评测指标
• 5.6.1 成本
• 5.6.2 加速比
• 5.6.3 并行效率
• 5.7 本章小结
• 第六章 SAR处理算法的并行性分析
• 6.1 SAR数据处理的特点
• 6.2 SAR成像算法的并行实现
• 6.2.1 SAR原始数据划分方式
• 6.2.2 SAR成像算法的并行划分
• 6.3 INSAR处理算法的并行实现
• 6.3.1 INSAR数据划分方式
• 6.3.2 INSAR处理算法的并行划分
• 6.4 SAR后处理算法的并行实现
• 6.4.1 数据划分方式
• 6.4.2 粗粒度划分
• 6.5 实验结果
• 6.6 本章小节
• 第七章 SAR数据处理系统的研究与实现
• 7.1 系统分析
• 7.1.1 成像处理
• 7.1.2 INSAR处理
• 7.1.3 后处理
• 7.2 系统设计
• 7.2.1 系统结构
• 7.2.2 系统组成
• 7.2.3 系统工作流程
• 7.3 系统的实现
• 7.3.1 中间件-ICE
• 7.3.2 系统配置文件的描述
• 7.3.3 原始数据回放模块
• 7.3.4 数据处理模块
• 7.3.5 图像显示模块
• 7.4 系统部署
• 7.5 系统界面
• 7.5.1 客户端界面
• 7.5.2 服务器端界面
• 7.6 本章小结
• 第八章 总结和展望
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的论文
• 攻读博士期间的专利申请
• 致谢