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面向AESS的机载气象雷达仿真系统设计

发布时间:2018-01-06 06:12

  本文关键词:面向AESS的机载气象雷达仿真系统设计 出处:《上海交通大学》2013年硕士论文 论文类型:学位论文


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【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。
[Abstract]:The aircraft Environmental Surveillance system (AESS) is made up of airborne weather radar (WXRG), terrain perception and warning system (TAWSs). Air traffic early warning and anti-collision system (TCAS) and S mode transponder are the important components of avionics system of large civil aircraft. It can provide air traffic and meteorology for pilots. Terrain and danger warning information enhance its ability to perceive the air environment and improve flight safety effectively. This paper focuses on airborne meteorological radar subsystem. A digital airborne meteorological radar simulation system based on CPU GPU heterogeneous parallel computing platform is established. The main contents of this paper are as follows: 1. Based on the meteorological radar equation and the atmospheric microphysical model and the atmospheric particle scattering model, the equivalent radar reflectivity factor is derived to calculate the radar echo signal. 2. According to the requirement of large scale data, the idea of parallel computing is put forward, and the technical framework of GPU universal parallel computing and the general computing model of CUDA are introduced. The programming model, software environment, memory model and execution model of CUDA parallel computing are described in detail. The application of particle neighbor search algorithm in radar echo scanning is introduced. The implementation process of the algorithm on CPU and GPU is given, and the experimental results are given. 3. The method of 3D cloud field reconstruction based on satellite image is used to construct the environment data of meteorological radar, and the radar scanning model is established, aiming at the characteristics of "high speed and low precision" in radar simulation. A solution of CPU GPU isomerism and parallelism is proposed. 4. The composition and function description of AESS simulation test system are introduced, and the simulation results of airborne weather radar in the test system are given.
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:V243;TP391.9;TP338.6

【参考文献】

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本文编号:1386627

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