[发明专利]一种基于CUDA的目标RCS计算方法

说明书

本发明涉及电磁计算技术领域，公开了一种基于CUDA的目标RCS计算方法。该方法包括如下步骤：首先将雷达模型的表面剖分成多个三角形面元，再利用CUDA将各个三角形面元投影至雷达坐标系的x'Oy'平面并确定覆盖所有面元所需的栅格，通过计算各个三角形面元对应的深度值和面元编号，将各个三角形面元放入对应栅格以获取亮区面元，最后利用CUDA并行计算各栅格对应的亮区面元的RCS值，将全部亮区面元的RCS值进行累加即得到雷达目标的RCS。本发明能够在获取亮区面元时采用无锁的栅格数据结构将面元放入对应的栅格，能够避免将每个面元与其余所有面元进行比较以及将面元放入栅格时使用有锁结构，进而能够降低计算的复杂度，减少计算时间。

技术领域

本发明涉及电磁计算技术领域，尤其涉及一种基于通用并行计算架构(英文全称：Compute Unified Device Architecture，英文缩写：CUDA)的目标雷达散射截面积(英文全称：Radar Cross Section，英文缩写：RCS)计算方法。

背景技术

当空间中物体受到电磁波照射时，其能量将朝各个方向散射，我们将散射场与入射场叠加，称作空间总电磁场，由于实际场景中都是通过雷达发射电磁波来探测目标，空间总电磁场可以表示成雷达波的功率密度乘以一个有效面积，该有效面积即为目标RCS。物理光学(英文全称：Physical Optics，英文缩写：PO)法是一种计算目标的RCS的高频近似法，它用散射体表面的感应电流的积分表示散射场。

PO法的思想在于将目标对应的三维模型的表面离散成许多面元，计算各个面元的RCS并叠加，得到整个目标的RCS。PO法假设目标未被雷达波照射的部分，即阴影部分对整个目标的RCS是没有贡献的。因此，PO法只需计算目标对应的三维模型亮区的RCS，故需要先将三维模型剖分成若干面元，然后通过三维模型面元间的遮挡判断来获得亮区面元。在进行遮挡判断时，现有方法需要将每个面元与其余所有面元进行比较，计算复杂度为面元数量的平方。在计算电大尺寸的复杂目标的RCS时，需要对面元做更精细的划分，面元数大量增加，导致计算复杂，计算时间大幅增加。针对上述问题，有学者提出将目标对应的三维模型每个面元赋予不同颜色再使用开放型图形库(Open Graphics Libiaiy，OpenGL)渲染结果获取亮区面元信息，但是这种方法当视线与面元夹角较小时会出现两区面元漏判情况。

综上，发明人发现现有技术在用PO法计算高频率目标对应的三维模型的RCS的过程中，存在面元间的遮挡判断计算复杂、计算时间长，并且可能出现亮区面元误判等不足。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供一种CUDA的目标RCS计算方法，可以在获取亮区面元时采用无锁的栅格数据结构将面元放入对应的栅格，能够避免将每个面元与其余所有面元进行比较以及将面元放入栅格时使用有锁结构，进而能够降低计算的复杂度，减少计算时间。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

提供一种基于通用并行计算架构CUDA的目标RCS计算方法，包括以下步骤：

步骤1，将雷达目标三维模型的外表面剖分成多个三角形面元，利用CUDA，并行的将各三角形面元的顶点坐标变换至雷达照射坐标系，得到各三角形面元顶点在雷达照射坐标系中的坐标。

步骤2，根据各个三角形面元顶点在雷达坐标系中的坐标，利用CUDA，将各个三角形面元投影至雷达坐标系的x′Oy′平面，并确定覆盖x′Oy′平面内投影三角形面元所需的栅格的列数、行数以及单个栅格在x′轴和y′轴上的长度，进而在x′Oy′平面内设置对应数量的栅格，并对各栅格分别编号。

步骤3，利用CUDA并行计算各三角形面元的深度值以及各三角形面元覆盖的栅格的编号，其中投影方向一致的多个三角形面元覆盖同一个栅格。

对于x′Oy′平面内的每个栅格，分别确定覆盖该栅格的三角形面元中深度值最大的三角形面元，将该深度值最大的三角形面元确定为该栅格对应的亮区面元。