一种ISAR回波实时接收的成像处理方法及系统

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种ISAR回波实时接收的成像处理方法及系统。

背景技术

ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar，逆合成孔径雷达)成像具有全天时、全天候、高分辨率成像的特点，在军事和民用领域都得到了广泛的应用。

雷达的距离分辨率取决于信号带宽，信号带宽越大，距离分辨率越高。根据奈奎斯特采样定理和脉冲压缩原理，信号带宽的增加会导致回波距离向采样点数的增加。而雷达方位向分辨率取决于目标相对于雷达视线的转动角度，转动角度越大，分辨率越高。对于同一个观测目标来说，方位相干积累时间越长，目标相对雷达视线等效转动角度越大，方位分辨率就越高，但是会带来回波积累次数的增加。因此，高分辨率的ISAR成像所需处理的回波数据规模很大。同时，ISAR成像的包络对齐、相位补偿等算法涉及大量迭代优化处理，计算量很大，给ISAR回波的实时接收和成像处理带来了巨大的挑战。

杨岚在文献“基于GPU(Graphic Processing Unit，图形处理器)平台的逆合成孔径雷达快速成像方法”中，采取多线程并行处理的方式，将ISAR成像中的计算步骤与状态机结合，用不同的状态机与状态机之间的顺序表示ISAR成像中不同的步骤和步骤间的计算顺序，通过CPU(Central Processing Unit，中央处理器)的多线程处理执行多个状态机，即将不同回波数据块压入多个线程同时处理。该文献为保证多个线程在调用GPU计算资源进行成像时的有序性，采用了加锁的方式，保证某一线程在占用GPU进行计算时不会被其他线程抢占。

但是，上述现有技术通过状态机来控制多线程处理不同回波数据块时，会频繁创建和销毁线程，这样会造成时间和内存上的浪费，降低出图效率；并且上述现有技术缺少对ISAR回波实时接收与解析，以及ISAR成像任务的子孔径划分等步骤，处理流程不完整。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种ISAR回波实时接收的成像处理方法及系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明实施例提供了一种ISAR回波实时接收的成像处理系统，包括：

接收雷达回波数据，并从所述雷达回波数据中解析出用于成像的若干宽带回波数据；

将解析出的若干宽带回波数据依次压入回波成像队列，利用等角度成像的划分方式或等滑窗长度成像的划分方式对所述回波成像队列中所有宽带回波数据进行划分，得到若干子孔径成像任务；

将划分得到的若干子孔径成像任务依次压入线程池；其中，所述线程池包括任务队列、线程队列和管理者线程；在所述线程池中，所述任务队列接收依次压入的子孔径成像任务，所述线程队列从所述任务队列中读取子孔径成像任务，所述管理者线程实时监控所述任务队列和所述线程队列的状态；

基于多个GPU对所述线程队列读取的子孔径成像任务利用ISAR成像算法进行成像得到对应的ISAR成像图像。

在本发明的一个实施例中，利用等角度成像的划分方式时，对所述回波成像队列中所有宽带回波数据进行划分得到若干子孔径成像任务，包括：

计算所述回波成像队列中第一个宽带回波数据与第二个宽带回波数据的夹角；

判断所述夹角是否满足预设角度要求：

若满足，则获取所述第一个宽带回波数据与所述第二个宽带回波数据对应的累积回波数据，将该累积回波数据作为一子孔径成像任务，从所述第一个宽带回波数据开始根据预设滑窗间隔进行滑窗滑动，剔除滑窗滑过的宽带回波数据以更新回波成像队列，计算更新的回波成像队列中第一个宽带回波数据与第二个宽带回波数据的夹角，返回所述判断所述夹角是否满足预设角度要求的步骤；

若不满足，则继续计算所述回波成像队列中所述第一个宽带回波数据与第三个宽带回波数据的夹角，判断该夹角是否满足预设角度要求，直至所述第一个宽带回波数据与第N个宽带回波数据的夹角满足预设角度要求时，获取所述第一个宽带数据至所述第N个宽带回波数据对应的累积回波数据，将该累积回波数据作为一子孔径成像任务。

在本发明的一个实施例中，利用等滑窗长度成像的划分方式时，对所述回波成像队列中所有宽带回波数据进行划分得到若干子孔径成像任务，包括：

判断所述回波成像队列中宽带回波数据的大小是否满足预设滑窗长度：

若满足，则从所述回波成像队列中获取预设滑窗长度的宽带回波数据，将获取的宽带回波数据作为一子孔径成像任务，并从所述回波成像队列中第一个宽带回波数据开始根据预设滑窗间隔进行滑窗滑动，剔除滑窗滑过的宽带回波数据以更新回波成像队列，基于更新的回波成像队列，返回所述判断所述回波成像队列中宽带回波数据的大小是否满足预设滑窗长度的步骤；

若不满足，则等待解析出的宽带回波数据压入回波成像队列以更新回波成像队列，基于更新的回波成像队列，返回所述判断所述回波成像队列中宽带回波数据的大小是否满足预设滑窗长度的步骤。

在本发明的一个实施例中，所述线程队列中每一线程的初始状态设置为空闲状态；所述管理者线程实时监控所述任务队列和所述线程队列的过程，包括：

所述管理者线程实时访问所述任务队列的状态，若所述任务队列的状态为空闲状态时，则所述管理者线程继续访问所述任务队列的状态，若所述任务队列的队列状态为繁忙状态时，则所述管理者线程实时访问所述线程队列中每一线程的状态，包括：

若所述线程队列中处于繁忙状态的线程数未达到预设初始值时，则所述管理者线程控制所述线程队列读取所述任务队列中子孔径成像任务，并分配于所述线程队列中每一线程，将分配了子孔径成像任务的线程的状态设置为繁忙状态；

若所述线程队列中处于繁忙状态的线程数达到预设初始值时，则所述管理者线程为所述线程队列创建新的线程，控制所述线程队列读取所述任务队列中子孔径成像任务，并分配于线程队列中新的线程，将分配了子孔径成像任务的新的线程的状态设置为繁忙状态；

若所述线程队列中处于繁忙状态的线程数达到预设最大值时，则所述管理者线程不再为所述线程队列创建新的线程；

若所述线程队列中线程处于空闲状态且空闲时间达到预设空闲阈值时，则所述管理者线程销毁该线程，并更新线程队列，更新的线程队列中线程数不少于预设初始值。

在本发明的一个实施例中，基于多个GPU对所述线程队列读取的子孔径成像任务利用ISAR成像算法进行成像之前，包括：

为执行子孔径成像任务的GPU申请计算空间；

对应地，基于多个GPU对所述线程队列读取的子孔径成像任务利用ISAR成像算法进行成像之后，包括：

销毁完成子孔径成像任务的GPU的计算空间；并将完成子孔径成像任务的线程的状态更新为空闲状态。

在本发明的一个实施例中，基于多个GPU对所述线程队列读取的子孔径成像任务利用ISAR成像算法进行成像得到对应的ISAR成像图像，包括：

基于多个GPU对所述线程队列读取的子孔径成像任务进行平动补偿、越距离徙动校正、高阶相位补偿处理得到对应ISAR成像图像。

在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：

对所述ISAR成像图像进行直方图统计，并使用Otsu方法确定统计结果的可分性度量值，根据所述可分性度量值对所述ISAR成像图像进行非线性映射，以实现对所述ISAR成像图像的增强。

第二方面，本发明实施例提供了一种ISAR回波实时接收的成像处理系统，所述系统包括：

回波数据接收与解析模块，用于接收雷达回波数据，并从所述雷达回波数据中解析出用于成像的若干宽带回波数据；

子孔径成像任务划分模块，用于将解析出的若干宽带回波数据依次压入回波成像队列，利用等角度成像的划分方式或等滑窗长度成像的划分方式对所述回波成像队列中所有宽带回波数据进行划分，得到若干子孔径成像任务；

成像任务线程池处理模块，用于将划分得到的若干子孔径成像任务依次压入线程池；其中，所述线程池包括任务队列、线程队列和管理者线程；在所述线程池中，所述任务队列接收依次压入的子孔径成像任务，所述线程队列从所述任务队列中读取子孔径成像任务，所述管理者线程实时监控所述任务队列和所述线程队列的状态；

基于GPU的ISAR成像模块，用于基于多个GPU对所述线程队列读取的子孔径成像任务利用ISAR成像算法进行成像得到对应的ISAR成像图像。

在本发明的一个实施例中，所述系统，还包括：

成像图像后处理模块，用于对所述ISAR成像图像进行直方图统计，并使用Otsu方法确定统计结果的可分性度量值，根据所述可分性度量值对所述ISAR成像图像进行非线性映射，以实现对所述ISAR成像图像的增强。

本发明的有益效果：

本发明提出的ISAR回波实时接收的成像处理方法，包括：接收雷达回波数据，并从雷达回波数据中解析出用于成像的若干宽带回波数据；将解析出的若干宽带回波数据依次压入回波成像队列，利用等角度成像的划分方式或等滑窗长度成像的划分方式对回波成像队列中所有宽带回波数据进行划分，得到若干子孔径成像任务；将划分得到的若干子孔径成像任务依次压入线程池；其中，线程池包括任务队列、线程队列和管理者线程；在线程池中，任务队列接收依次压入的子孔径成像任务，线程队列从所述任务队列中读取子孔径成像任务，管理者线程实时监控任务队列和线程队列的状态；基于多个GPU对线程队列读取的子孔径成像任务利用ISAR成像算法进行成像得到对应的ISAR成像图像。可见，本发明不仅利用CPU多核心实现线程池中不同线程的并行处理，还利用多个GPU实现ISAR成像算法的并行处理，极大的提高了ISAR实时成像的成像速度和出图效率；相比现有技术，本发明将每个子孔径成像任务处理过程封装为一个线程，通过线程池进行统一调度和执行实现线程的动态分配，避免了频繁创建和销毁线程所造成的时间和内存上的浪费，并提升了雷达系统的响应速度；本发明设计了两种子孔径成像任务的划分规则，可根据需求实现子孔径成像任务的并行处理，且基于多GPU架构，并行化执行ISAR实时成像处理流程，可实现多个子孔径成像任务的快速成像。综上，本发明基于ISAR回波特点和成像处理流程，构建了一套从雷达回波数据实时接收与解析，到回波实时成像与后处理的完整流程，通过CPU线程级与多GPU算法级的并行计算，实现ISAR回波的实时成像，其具有较高的实时性和稳定性，并且所设计的流程遵循通用式开放式设计思想，可快速应用到实际场景中，具有较强的易用性和可拓展性。

以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种ISAR回波实时接收的成像处理方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的利用等角度成像的划分方式进行划分得到若干子孔径成像任务的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的利用等滑窗长度成像的划分方式进行划分得到若干子孔径成像任务的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的线程池中管理者线程、任务队列、线程队列三者之间的关系示意图；

图5是本发明实施例提供的管理者线程实时监控任务队列和线程队列状态的流程示意图；

图6是本发明实施例提供的基于多个GPU对线程队列读取的子孔径成像任务进行成像的流程示意图；

图7是本发明实施例提供的另一种ISAR回波实时接收的成像处理方法的流程示意图；

图8是本发明实施例提供的一种ISAR回波实时接收的成像处理系统的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的另一种ISAR回波实时接收的成像处理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

第一方面，请参见图1，本发明实施例提供了一种ISAR回波实时接收的成像处理方法，包括以下步骤：

S10、接收雷达回波数据，并从雷达回波数据中解析出用于成像的若干宽带回波数据。

众所周知，通常接收到的雷达回波数据包括有效回波数据和无效回波数据，有效回波数据包括用于目标跟踪的窄带回波数据和用于成像的宽带回波数据。本发明实施例重点关注的是ISAR回波的成像，因此需要剔除无效回波数据，并从有效回波数据中解析出用于成像的宽带回波数据。本发明实施例提供了一种可选方案，具体地：

雷达捕获目标后，会交替发送宽窄带回波数据；本发明实施例使用光纤采集卡接收雷达回波数据。基于光纤采集卡的数据采集，需要设置相应的K码与同步码，K码用于剔除无效回波数据，同步码用于匹配有效回波数据的起始位置，具体如何采用K码和与同步码剔除无效回波数据并提取有效回波数据，可以参考现有技术，在此不再赘述。将提取的有效回波数据写入数据缓冲区，数据缓冲区可根据单次回波的数据量以及雷达回波数据的传输速度设置合适大小。可见，数据缓冲区的有效回波数据包括：用于目标跟踪所需的窄带回波数据和用于成像所需的宽带回波数据，接着需从数据缓冲区中解析出宽带回波数据，本发明实施例提供了一种可选方案：由于数据缓冲区中窄带回波数据和宽带回波数据预先有其存储的规律性，则雷达系统按位搜寻宽带回波数据的起始位置，当匹配上成像所需宽带回波数据的起始位置时，向后取出相应大小的字节数据，作为一次宽带回波数据，重复上述解析过程，得到若干宽带回波数据，并对其落盘存储便于保存解析得到的宽带回波数据以及后续处理。

这里，本发明实施例可以单独开创一个线程，对数据缓冲区中有效回波数据大小进行实时判断。若数据缓冲区中有效回波数据小于单次回波数据的大小，则继续等待光纤采集卡采集的数据，并将采集的数据写入数据缓冲区，再对新写入数据缓冲区进行上述宽带回波数据解析过程。

S20、将解析出的若干宽带回波数据依次压入回波成像队列，利用等角度成像的划分方式或等滑窗长度成像的划分方式对回波成像队列中所有宽带回波数据进行划分，得到若干子孔径成像任务。

本发明实施例将S10解析出的若干宽带回波数据按顺序依次压入回波成像队列，进行回波的积累。基于该回波成像队列中所有宽带回波数据，本发明实施例提出了两种划分子孔径成像任务的可选方案，具体地：

本发明实施例提供了一种可选方案，利用等角度成像的划分方式时，对回波成像队列中的宽带回波数据进行划分得到若干子孔径成像任务，如图2所示，包括：

计算回波成像队列中第一个宽带回波数据与第二个宽带回波数据的夹角；

判断夹角是否满足预设角度要求：

若满足，则获取第一个宽带回波数据与第二个宽带回波数据对应的累积回波数据，将该累积回波数据作为一子孔径成像任务，从第一个宽带回波数据开始根据预设滑窗间隔进行滑窗滑动，剔除滑窗滑过的宽带回波数据以更新回波成像队列，计算更新的回波成像队列中第一个宽带回波数据与第二个宽带回波数据的夹角，返回判断夹角是否满足预设角度要求的步骤；

若不满足，则继续计算回波成像队列中第一个宽带回波数据与第三个宽带回波数据的夹角，判断该夹角是否满足预设角度要求，直至第一个宽带回波数据与第N个宽带回波数据的夹角满足预设角度要求时，获取第一个宽带数据至第N个宽带回波数据对应的累积回波数据，将该累积回波数据作为一子孔径成像任务。

比如，回波成像队列中有5个宽带回波数据，相邻宽带回波数据计算的夹角为1°，预设滑窗间隔为1，即1个宽带回波数据的大小，则：

若预设角度要求为1°，则按图2所示流程可知，第一个宽带回波数据与第二个宽带回波数据的夹角为1°，满足预设角度要求，则获取第一个宽带回波数据与第二个宽带回波数据对应的累积回波数据，将该累积回波数据作为一子孔径成像任务，该子孔径成像任务将被压入任务队列，同时，从第一个宽带回波数据开始根据预设滑窗间隔进行滑窗滑动，由于预设滑窗间隔为1，则只需剔除1个宽带回波数据，也就是只需从回波成像队列中剔除第一个宽带回波数据以更新回波成像队列，更新的回波成像队列中有4个宽带回波数据，对更新的回波成像队列执行上述第一个宽带回波数据与第二个宽带回波数据的夹角判断过程，直至回波成像队列为空，或是无法获取一个子孔径成像任务对应完整的宽带回波数据。当回波成像队列为空，或是无法获取一个子孔径成像任务对应完整的宽带回波数据时，等待S10解析出的宽带回波数据压入回波成像队列，再继续划分子孔径成像任务。

若预设角度要求为3°，则按图2所示流程可知，第一个宽带回波数据与第二个宽带回波数据的夹角为1°，并不满足预设角度要求，则继续计算回波成像队列中第一个宽带回波数据与第三个宽带回波数据的夹角，第一个宽带回波数据与第三个宽带回波数据的夹角为2°，仍然不满足预设角度要求，则继续计算回波成像队列中第一个宽带回波数据与第四个宽带回波数据的夹角，第一个宽带回波数据与第四个宽带回波数据的夹角为3°，满足预设角度要求，则获取第一个宽带数据至第四个宽带回波数据对应的累积回波数据，即N=4，将此时累积回波数据作为一可以成像的子孔径成像任务，该子孔径成像任务将被压入任务队列，同时，从第一个宽带回波数据开始根据滑窗间隔进行滑窗滑动，由于滑窗间隔为1则只需剔除1个宽带回波数据，也就是只需从回波成像队列中剔除第一个宽带回波数据以更新回波成像队列，更新的回波成像队列中有4个宽带回波数据，对更新的回波成像队列执行上述第一个宽带回波数据与第二个宽带回波数据的夹角判断过程，直至回波成像队列为空，或是无法获取一个子孔径成像任务对应完整的宽带回波数据。

本发明实施例提供了另一种可选方案，利用等滑窗长度成像的划分方式时，对回波成像队列中所有宽带回波数据进行划分得到若干子孔径成像任务，如图3所示，包括：

判断回波成像队列中宽带回波数据的大小是否满足预设滑窗长度：

若满足，则从回波成像队列中获取预设滑窗长度的宽带回波数据，将获取的宽带回波数据作为一子孔径成像任务，并从回波成像队列中第一个宽带回波数据开始根据预设滑窗间隔进行滑窗滑动，剔除滑窗滑过的宽带回波数据以更新回波成像队列，基于更新的回波成像队列，返回判断回波成像队列中宽带回波数据的大小是否满足预设滑窗长度的步骤；

若不满足，则等待解析出的宽带回波数据压入回波成像队列以更新回波成像队列，基于更新的回波成像队列，返回判断回波成像队列中宽带回波数据的大小是否满足预设滑窗长度的步骤。

比如，回波成像队列中有5个宽带回波数据，预设滑窗长度为2，即2个宽带回波数据，预设滑窗间隔为1，即1个宽带回波数据的大小，则：

由于当前回波成像队列中有5个宽带回波数据，判断其比预设滑窗长度长，满足判断条件，则从回波成像队列中获取2个宽带回波数据，将此时获取的2个宽带回波数据作为一子孔径成像任务，同时，从第一个宽带回波数据开始根据预设滑窗间隔进行滑窗滑动，由于滑窗间隔为1则只需剔除1个宽带回波数据，也就是只需从回波成像队列中剔除第一个宽带回波数据以更新回波成像队列，更新的回波成像队列中有4个宽带回波数据，对更新的回波成像队列执行上述回波成像队列中宽带回波数据的大小是否满足预设滑窗长度的判断过程，直至回波成像队列为空，或是无法获取一个子孔径成像任务对应完整的宽带回波数据。

本发明实施例等角度成像的划分方式和等滑窗长度成像的划分方中，预设滑窗间隔、预设角度要求和预设滑窗长度均预先根据雷达系统而设置。

这里需要说明的是，对回波成像队列中所有宽带回波数据进行划分时，遵循先进先出原则。

S30、将划分得到的若干子孔径成像任务依次压入线程池；其中，线程池包括任务队列、线程队列和管理者线程；在线程池中，任务队列接收依次压入的子孔径成像任务，线程队列从所述任务队列中读取子孔径成像任务，管理者线程实时监控任务队列和线程队列的状态。

经发明人研究发现，现有动态创建线程的方法存在弊端，因此本发明实施例提出构建如图4所示的线程池，该线程池包含三个部分：任务队列、线程队列和管理者线程，基于线程池实现CPU多核心不同线程的宽带回波数据的并行处理。这种线程池的构建方式相比于动态创建线程的方法，一是可以避免频繁创建和销毁线程所造成的时间和内存上的浪费；二是可以防止线程的过度开销、数量膨胀造成的计算效率的降低和计算资源的浪费，保证了对内存的充分利用；三是提升雷达系统的响应速度，接收到新任务并不需要等待线程的创建而是立即执行。图4中，M示意划分得到了多个子孔成像径任务，N示意当前任务队列中存在多个任务，具体M、N取值根据实际情况而定。

在线程池中，当S20划分的若干子孔径成像任务压入线程池时，并不是直接分配给线程队列，而是先推入任务队列，通过任务队列管理待处理的子孔径成像任务。当任务队列的状态不为空闲状态时，线程队列会不断读取任务队列，从中取出待执行的子孔径成像任务，线程队列中的线程数会设置一个预设初始值。管理者线程作为线程池中的一个独立线程，实时监控任务队列和线程队列的状态，具体监控过程如图5所示，线程队列中每一线程的初始状态设置为空闲状态，管理者线程实时监控任务队列和线程队列的过程，包括：管理者线程实时访问任务队列的状态，若任务队列的状态为空闲状态时，则管理者线程继续访问任务队列的状态，若任务队列的队列状态为繁忙状态时，则管理者线程实时访问线程队列中每一线程的状态，包括：

若线程队列中处于繁忙状态的线程数未达到预设初始值时，则管理者线程控制线程队列读取任务队列中子孔径成像任务，并分配于线程队列中每一线程，将分配了子孔径成像任务的线程的状态设置为繁忙状态；若线程队列中处于繁忙状态的线程数达到预设初始值时，则管理者线程为线程队列创建新的线程，控制线程队列读取任务队列中子孔径成像任务，并分配于线程队列中新的线程，将分配了子孔径成像任务的新的线程的状态设置为繁忙状态；若线程队列中处于繁忙状态的线程数达到预设最大值时，则管理者线程不再为线程队列创建新的线程；若线程队列中线程处于空闲状态且空闲时间达到预设空闲阈值时，则管理者线程销毁该线程，并更新线程队列，更新的线程队列中线程数不少于预设初始值。

本发明实施例利用CPU多核心实现线程池中不同线程的并行处理，从图5可以看出，对于线程队列中的线程数，本发明会设置预设初始值和预设最大值；预设初始值可以基于解析出的宽带回波数据对应的雷达控制字参数、脉冲重复频率、带宽、脉宽和采样点数等进行动态设置，预设最大值基于预设初始值进行合理设置，假如设置预设初始值为10，通常预设最大值可以取值为预设初始值的2倍，则可以设置预设最大值为20。若解析出的宽带回波数据所含数据量较大时，则预设初始值可以设置为一个相对较小的数值，以此保证分配给各个线程足够的计算资源；若解析出的宽带回波数据所含数据量较小时，则预设初始值可以设置为一个相对较大的数值，增加对子孔径成像任务并行处理的数量。当管理者线程访问到任务队列存在子孔径成像任务时，管理者线程进一步访问线程队列中每一线程的状态：若线程队列中处于繁忙状态的线程数未达到预设初始值，则将任务队列中子孔径成像任务压入线程队列并分配给空闲状态的线程，并将此线程的状态设置为繁忙状态，当该线程处理完当前子孔径成像任务后，再将该线程的状态设置为空闲状态；若处于繁忙状态的线程数达到预设初始值，则管理者线程先创建一新的线程，再将任务队里中等待的子孔径成像任务分配给该新的线程，将此新的线程的状态设置为繁忙状态；当线程队列中处于繁忙状态的线程数达到预设最大值时，管理者线程不再创建新的线程，此时子孔径成像任务会在任务队列中等待，等待正在进行子孔径成像任务的线程处理完后，即管理者线程访问到有线程处于空闲状态时，再将任务队列中等待的子孔径成像任务压入线程队列中空闲的线程，并再次将该线程设置为繁忙状态。同时，管理者线程访问到线程队列中有线程处于空闲状态并且其处于空闲状态的时间达到预设空闲阈值时，会将该空闲的线程销毁，但这里需要注意，管理者线程并不会销毁所有空闲线程，而是销毁过程中要保证线程队列中线程数不会低于预设初始值，以此合理分配计算资源。

S40、基于多个GPU对线程队列读取的子孔径成像任务利用ISAR成像算法进行成像得到对应的ISAR成像图像。

为了提高子孔径成像任务处理效率，本发明实施例采用了如图6所示的多GPU架构优化方式，利用多个GPU实现ISAR成像算法对多个子孔径成像任务的并行处理。具体地：

在本发明实施例中，基于多个GPU对线程队列读取的子孔径成像任务利用ISAR成像算法进行成像之前，包括：为每一GPU申请计算空间；对应地，基于多个GPU对线程队列读取的子孔径成像任务利用ISAR成像算法进行成像之后，包括：销毁完成子孔径成像任务的GPU的计算空间；并将完成子孔径成像任务的线程的状态更新为空闲状态。

在本发明实施例中，基于多个GPU对线程队列读取的子孔径成像任务利用ISAR成像算法进行成像得到对应的ISAR成像图像，包括：基于多个GPU对线程队列读取的子孔径成像任务进行平动补偿、越距离徙动校正、方位高阶相位补偿处理得到对应ISAR成像图像。其中，平动补偿包括图6中包络对齐和方向位聚焦两部分。

可见，在子孔径成像任务成像之前，统一开辟和分配GPU的计算空间。第一个子孔径成像任务压入线程队列中线程后，使用第一张GPU对第一个子孔径成像任务进行平动补偿、越距离徙动校正、高阶相位补偿步骤，以实现第一个子孔径成像任务的成像；之后，第二个子孔径成像任务压入线程队里中线程后，使用第二张GPU对第二子孔径成像任务进行平动补偿、越距离徙动校正、高阶相位补偿步骤，以实现第二个子孔径成像任务的成像，以此类推。此方法只需在成像开始前和成像结束后对GPU的计算空间进行申请和销毁，避免了每个子孔径成像任务对计算空间的申请和销毁所带来的不必要资源消耗。并且，此方法遵循先入先出的原则，先压入线程队列的子孔径成像任务先成像，保证了回波数据的时序性。

这里，图6只是示意了M个GPU处理可以并行处理M个子孔径成像任务，并不代表GPU数量与处理子孔径成像任务的线程数是完全等同的，实际中使用的GPU数量可以不等于线程队列中线程数，通常使用的GPU数量小于线程队列中线程数。比如，线程队列中线程数为4，使用的GPU数量为2，2张 GPU先分别对线程队列中先压入的子孔径成像任务进行成像，其他线程队列中子孔径成像任务等待。子孔径成像任务成像完成后，2张 GPU再分别对线程队列中等待的子孔径成像任务进行成像，GPU处理时遵循先入先出的原则。

进一步地，为了进一步提高成像效果，请参见图7，本发明提供的ISAR回波实时接收的成像处理方法，还包括：

S50、对ISAR成像图像进行直方图统计，并使用Otsu方法确定统计结果的可分性度量值，根据可分性度量值对ISAR成像图像进行非线性映射，以实现对ISAR成像图像的增强。

可见，本发明实施例对S40的ISAR成像图像进行后处理以增强其成像效果，具体提供了一种可选方案：首先，对ISAR成像图像进行像素值的直方图统计，使用Otsu(最大类间方差法)方法确定直方图统计结果的可分性度量值，将该可分性度量值设定为ISAR成像图像的最大像素值；接着，读取用户预先设置的ISAR成像图像的最大像素值，进行非线性映射，以此完成对S40生成ISAR成像图像的增强；最后，对增强后的ISAR成像图像的强度值进行对数化处理，以降低噪声的影响，优化ISAR成像图像的显示。

进一步地，后端算法会传递其本地路径，对于优化的ISAR成像图像进行回调将优化的ISAR成像图像实时显示在界面上。

综上所述，本发明实施例提出的ISAR回波实时接收的成像处理方法，包括：接收雷达回波数据，并从雷达回波数据中解析出用于成像的若干宽带回波数据；将解析出的若干宽带回波数据依次压入回波成像队列，利用等角度成像的划分方式或等滑窗长度成像的划分方式对回波成像队列中所有宽带回波数据进行划分，得到若干子孔径成像任务；将划分得到的若干子孔径成像任务依次压入线程池；其中，线程池包括任务队列、线程队列和管理者线程；在线程池中，任务队列接收依次压入的子孔径成像任务，线程队列从所述任务队列中读取子孔径成像任务，管理者线程实时监控任务队列和线程队列的状态；基于多个GPU对线程队列读取的子孔径成像任务利用ISAR成像算法进行成像得到对应的ISAR成像图像。可见，本发明实施例不仅利用CPU多核心实现线程池中不同线程的并行处理，还利用多个GPU实现ISAR成像算法的并行处理，极大的提高了ISAR实时成像的成像速度和出图效率；相比现有技术，本发明实施例将每个子孔径成像任务处理过程封装为一个线程，通过线程池进行统一调度和执行实现线程的动态分配，避免了频繁创建和销毁线程所造成的时间和内存上的浪费，并提升了雷达系统的响应速度；本发明实施例设计了两种子孔径成像任务的划分规则，可根据需求实现子孔径成像任务的并行处理，且基于多GPU架构，并行化执行ISAR实时成像处理流程，可实现多个子孔径成像任务的快速成像。综上，本发明实施例基于ISAR回波特点和成像处理流程，构建了一套从雷达回波数据实时接收与解析，到回波实时成像与后处理的完整流程，通过CPU线程级与多GPU算法级的并行计算，实现ISAR回波的实时成像，其具有较高的实时性和稳定性，并且所设计的流程遵循通用式开放式设计思想，可快速应用到实际场景中，具有较强的易用性和可拓展性。

第二方面，请参见图8，本发明实施例提供了一种ISAR回波实时接收的成像处理系统，系统包括：

回波数据接收与解析模块10，用于接收雷达回波数据，并从雷达回波数据中解析出用于成像的若干宽带回波数据；

子孔径成像任务划分模块20，用于将解析出的若干宽带回波数据依次压入回波成像队列，利用等角度成像的划分方式或等滑窗长度成像的划分方式对回波成像队列中所有宽带回波数据进行划分，得到若干子孔径成像任务；

成像任务线程池处理模块30，用于将划分得到的若干子孔径成像任务依次压入线程池；其中，线程池包括任务队列、线程队列和管理者线程；在线程池中，任务队列接收依次压入的子孔径成像任务，线程队列从所述任务队列中读取子孔径成像任务，管理者线程实时监控任务队列和线程队列的状态；

基于GPU的ISAR成像模块40，用于基于多个GPU对线程队列读取的子孔径成像任务利用ISAR成像算法进行成像得到对应的ISAR成像图像。

进一步地，本发明实施例子孔径成像任务划分模块20中利用等角度成像的划分方式时，对回波成像队列中所有宽带回波数据进行划分得到若干子孔径成像任务，包括：

计算回波成像队列中第一个宽带回波数据与第二个宽带回波数据的夹角；

判断夹角是否满足预设角度要求：

若满足，则获取第一个宽带回波数据与第二个宽带回波数据对应的累积回波数据，将该累积回波数据作为一子孔径成像任务，从第一个宽带回波数据开始根据预设滑窗间隔进行滑窗滑动，剔除滑窗滑过的宽带回波数据以更新回波成像队列，计算更新的回波成像队列中第一个宽带回波数据与第二个宽带回波数据的夹角，返回所述判断所述夹角是否满足预设角度要求的步骤；

若不满足，则继续计算回波成像队列中第一个宽带回波数据与第三个宽带回波数据的夹角，判断该夹角是否满足预设角度要求，直至第一个宽带回波数据与第N个宽带回波数据的夹角满足预设角度要求时，获取第一个宽带数据至第N个宽带回波数据对应的累积回波数据，将该累积回波数据作为一子孔径成像任务。

进一步地，本发明实施例子孔径成像任务划分模块20中利用等滑窗长度成像的划分方式时，对回波成像队列中所有宽带回波数据进行划分得到若干子孔径成像任务，包括：

判断回波成像队列中宽带回波数据的大小是否满足预设滑窗长度：

若满足，则从回波成像队列中获取预设滑窗长度的宽带回波数据，将获取的宽带回波数据作为一子孔径成像任务，并从回波成像队列中第一个宽带回波数据开始根据预设滑窗间隔进行滑窗滑动，剔除滑窗滑过的宽带回波数据以更新回波成像队列，基于更新的回波成像队列，返回所述判断所述回波成像队列中宽带回波数据的大小是否满足预设滑窗长度的步骤；

若不满足，则等待解析出的宽带回波数据压入回波成像队列以更新回波成像队列，基于更新的回波成像队列，返回所述判断所述回波成像队列中宽带回波数据的大小是否满足预设滑窗长度的步骤。

进一步地，本发明实施例成像任务线程池处理模块30的线程队列中每一线程的初始状态设置为空闲状态；管理者线程实时监控任务队列和线程队列的过程，包括：

管理者线程实时访问任务队列的状态，若任务队列的状态为空闲状态时，则管理者线程继续访问任务队列的状态，若任务队列的队列状态为繁忙状态时，则管理者线程实时访问线程队列中每一线程的状态，包括：

若线程队列中处于繁忙状态的线程数未达到预设初始值时，则管理者线程控制线程队列读取任务队列中子孔径成像任务，并分配于线程队列中每一线程，将分配了子孔径成像任务的线程的状态设置为繁忙状态；

若线程队列中处于繁忙状态的线程数达到预设初始值时，则管理者线程为线程队列创建新的线程，控制线程队列读取任务队列中子孔径成像任务，并分配于线程队列中新的线程，将分配了子孔径成像任务的新的线程的状态设置为繁忙状态；

若线程队列中处于繁忙状态的线程数达到预设最大值时，则管理者线程不再为线程队列创建新的线程；

若线程队列中线程处于空闲状态且空闲时间达到预设空闲阈值时，则管理者线程销毁该线程，并更新线程队列，更新的线程队列中线程数不少于预设初始值。

进一步地，本发明实施例基于GPU的ISAR成像模块40中基于多个GPU对线程队列读取的子孔径成像任务利用ISAR成像算法进行成像之前，包括：

为每一GPU申请计算空间；

对应地，基于多个GPU对线程队列读取的子孔径成像任务利用ISAR成像算法进行成像之后，包括：

销毁完成子孔径成像任务的GPU的计算空间；并将完成子孔径成像任务的线程的状态更新为空闲状态。

进一步地，本发明实施例基于GPU的ISAR成像模块40中基于多个GPU对线程队列读取的子孔径成像任务利用ISAR成像算法进行成像得到对应的ISAR成像图像，包括：

基于多个GPU对线程队列读取的子孔径成像任务进行平动补偿、越距离徙动校正、高阶相位补偿处理得到对应ISAR成像图像。

进一步地，请参见图9，本发明实施例提供的另一种ISAR回波实时接收的成像处理系统，还包括：

成像图像后处理模块50，用于对ISAR成像图像进行直方图统计，并使用Otsu方法确定统计结果的可分性度量值，根据可分性度量值对ISAR成像图像进行非线性映射，以实现对ISAR成像图像的增强。

对于第二方面的系统实施例而言，由于其基本相近于第一方面的方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见第一方面的方法实施例的部分说明即可。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看说明书及其附图，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在说明书中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。相互不同的实施例中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。