面向AESS的机载气象雷达仿真系统设计

摘要

飞机环境监视系统(AESS)由机载气象雷达(WXR)、地形感知与告警系统(TAWS)、空中交通预警与防撞系统(TCAS)和S模式应答机四部分组成,是大型民用飞机航空电子系统的重要组成部分。它可以为飞行员提供空中交通、气象、地形和危险告警等信息,增强其对空中环境的感知能力,有效提高飞行安全。本文围绕机载气象雷达子系统展开研究,建立了基于CPU+GPU异构并行计算平台的数字化机载气象雷达仿真系统,文章内容主要包含以下四个方面:
　　1.以气象雷达方程为基础,根据大气微物理模型和大气粒子散射模型,推导了等效雷达反射率因子的计算公式,用以计算雷达回波信号。
　　2.针对大规模数据的计算要求,提出了并行计算的思想。介绍了GPU通用并行计算的技术框架和CUDA通用计算模型,详细描述了CUDA并行计算的编程模型、软件环境、存储器模型和执行模型。介绍了粒子邻居搜索算法在雷达回波扫描中的应用,以及该算法在CPU和GPU上的实现过程,并给出了实验结果。
　　3.采用基于卫星图像的三维云场重建方法构建气象雷达的环境数据,并建立了雷达扫描模型,针对雷达仿真过程中“高速度,低精度”的特点,提出了CPU+GPU异构并行的解决方案。
　　4.介绍了AESS仿真测试系统的组成和功能描述,给出了机载气象雷达在测试系统中的仿真效果图。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2课题研究背景与意义

1.3机载气象雷达概述

1.4本文组织结构

第二章 大气粒子的微物理计算

2.1气象雷达方程

2.2雨滴滴谱分布

2.3粒子的散射特性

2.4雷达反射率因子计算

2.5本章小结

第三章 GPU通用并行计算

3.1 GPU简介

3.2 CUDA通用计算模型

3.3 CUDA硬件架构

3.4粒子邻居搜索

3.5本章小结

第四章 基于GPU的机载气象雷达仿真系统

4.1系统总体框架

4.2环境数据激励模块

4.3雷达回波仿真模块

4.4 GPU加速解决方案

4.5本章小结

第五章 仿真系统与测试

5.1 AESS系统总体描述

5.2 WXR功能描述与仿真效果

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

参考文献

致谢

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