基于 NVIDIA-RTX 技术的硬件加速 SAR 仿真

合成孔径雷达（SAR）是一项关键的传感技术，显著独立于传感器到目标的距离，并具有众多跨领域应用，例如目标识别、制图、监视、海洋学、地质学、林业（生物量、森林砍伐）、灾害监测（火山喷发、溢油、洪水）以及基础设施追踪（城市增长、结构制图）。SAR 使用高功率天线以电磁辐射（例如 10GHz 无线电波）照射目标位置，天线感知被照射表面的后向散射，并由此生成结构图像。真实 SAR 数据难以且昂贵地产生，并且在研究中缺乏可靠的源真值。本文提出一个开源 SAR 模拟器，利用 NVIDIA RTX 显卡系列 commercially 提供的新型光线追踪硬件计算任意 3D 场景的相位历史。使用面向 NVIDIA GPU 的 OptiX GPU 光线追踪库以空前计算速度计算 SAR 相位历史。仿真结果针对现有 SAR 仿真代码在点目标聚束 SAR 照明下进行验证。该方法的计算性能相较 CPU 仿真提供数量级的速度提升。当仿真运行在包含专门加速 OptiX 光线追踪硬件的 RTX GPU 上时，获得额外一个数量级的 GPU 加速。本文描述了 OptiX 模拟器结构、处理框架以及可在大规模并行 GPU 计算设备上执行的计算。讨论了 OptiX 库限制为单精度浮点表示的缺点，并提出了对敏感计算的修改以减少截断误差从而在该约束下提高仿真精度。