高光谱辐射传输模拟及基于GPU的并行计算研究
发布时间：2023-02-07 15:30
由于超高光谱分辨率大气探测技术的兴起,在高光谱模拟技术、遥感反演方法以及超高光谱传感器技术仿真等方面都对高光谱辐射传输的实时模拟和快速计算提出了更高的要求。为了提高高光谱辐射传输的计算效率,人们从两条途径进行了探索,一是发展专用的辐射传输快速算法,二是发展并行计算技术。本文针对高光谱辐射传输快速模拟计算的需求完成以下4个方面的工作：1.对基于逐次散射法的矢量辐射传输模式SOSVRT中的散射相矩阵展开方式进行改进,并引入基于互易性原理的对称关系,在角度离散化对称的情况下,两种改进方案可以大大提高计算效率。2.利用改进的SOSVRT模式,分析了气溶胶谱分布、气溶胶垂直廓线、仪器狭缝函数和地表反照率对高分辨率O2-A带光谱辐射强度和偏振性质的影响。结果表明：(1)多次散射使得大气贡献层加宽而降低了垂直分辨率；(2)氧气的吸收越强,最大贡献层的高度越高；(3)偏振信息主要来自于大气上层,因而利用偏振信息可以更好地反演对流层上层的气溶胶和卷云信息；(4)偏振信号对气溶胶谱分布比辐射强度更为敏感,在反演气溶胶垂直廓线时为气溶胶的微物理性质提供了更好地约束；(5)仪器性能指标对反演结果影响很大,较低...
【文章页数】：116 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 大气成分探测与遥感需求
1.1.2 气候(天气)预测对于大气廓线遥感的需求
1.1.3 气候模式辐射强迫计算的需求
1.1.4 传感器设计与仿真的需求
1.1.5 GPU并行计算的优势
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内外辐射传输研究现状
1.2.2 高光谱辐射传输快速算法研究现状
1.2.3 GPU并行计算应用现状
1.3 现存问题
1.4 本文研究内容
第二章 SOSVRT矢量辐射传输模式及改进
2.1 普适辐射传输方程
2.2 平面平行大气辐射传输方程
2.3 矢量辐射传输方程
2.4 辐射传输方程的数值离散化
2.5 SOSVRT矢量辐射传输模式介绍
2.5.1 大气分层及积分
2.5.2 散射次数的截断
2.5.3 解析式插值处理方法
2.6 δ-M/δ-fit散射相函数处理方法
2.7 SOSVRT矢量辐射传输模式改进
2.7.1 散射相矩阵的处理
2.7.2 相矩阵展开
2.8 本章小结
第三章 气溶胶谱和垂直廓线对O2-A带高光谱偏振特性的影响
3.1 O2-A带高光谱带探测的优势
3.2 模拟参数及输入条件
3.3 敏感性试验
3.3.1 仪器技术指标的影响
3.3.2 不同散射层的垂直贡献和气溶胶廓线的影响
3.3.3 气溶胶谱分布的影响
3.3.4 地表反照率的影响
3.4 本章小结
第四章 CPU+GPU异构并行平台与CUDA介绍
4.1 引言
4.2 CPU+GPU异构平台出现的背景
4.3 CPU、GPU的比较
4.3.1 CPU与GPU的硬件架构差异
4.3.2 CPU与GPU的性能差异
4.4 GPU硬件架构
4.5 CUDA编程模型
4.5.1 设备计算能力
4.5.2 主机与设备
4.5.3 线程结构
4.5.4 存储器模型
4.6 CUDA程序优化
4.6.1 最大化并行执行
4.6.2 存储器访问优化
4.6.3 指令优化
4.7 本章小结
第五章 基于GPU的热红外高光谱辐射传输并行计算
5.1 热红外辐射传输方程
5.2 模式结构
5.3 TIRT的GPU并行计算
5.3.1 任务划分
5.3.2 程序优化
5.4 本章小结
第六章 基于GPU的短波红外高光谱矢量辐射传输并行计算
6.1 单次散射矢量辐射传输模式解法
6.2 单次散射的矢量辐射传输并行计算
6.2.1 计算流程
6.2.2 任务划分
6.2.3 程序优化
6.3 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 存在的问题与展望
参考文献
致谢
附录A
实验平台
硬件平台
软件环境
本文编号：3737076
【文章页数】：116 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 大气成分探测与遥感需求
1.1.2 气候(天气)预测对于大气廓线遥感的需求
1.1.3 气候模式辐射强迫计算的需求
1.1.4 传感器设计与仿真的需求
1.1.5 GPU并行计算的优势
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国内外辐射传输研究现状
1.2.2 高光谱辐射传输快速算法研究现状
1.2.3 GPU并行计算应用现状
1.3 现存问题
1.4 本文研究内容
第二章 SOSVRT矢量辐射传输模式及改进
2.1 普适辐射传输方程
2.2 平面平行大气辐射传输方程
2.3 矢量辐射传输方程
2.4 辐射传输方程的数值离散化
2.5 SOSVRT矢量辐射传输模式介绍
2.5.1 大气分层及积分
2.5.2 散射次数的截断
2.5.3 解析式插值处理方法
2.6 δ-M/δ-fit散射相函数处理方法
2.7 SOSVRT矢量辐射传输模式改进
2.7.1 散射相矩阵的处理
2.7.2 相矩阵展开
2.8 本章小结
第三章 气溶胶谱和垂直廓线对O2-A带高光谱偏振特性的影响
3.1 O2-A带高光谱带探测的优势
3.2 模拟参数及输入条件
3.3 敏感性试验
3.3.1 仪器技术指标的影响
3.3.2 不同散射层的垂直贡献和气溶胶廓线的影响
3.3.3 气溶胶谱分布的影响
3.3.4 地表反照率的影响
3.4 本章小结
第四章 CPU+GPU异构并行平台与CUDA介绍
4.1 引言
4.2 CPU+GPU异构平台出现的背景
4.3 CPU、GPU的比较
4.3.1 CPU与GPU的硬件架构差异
4.3.2 CPU与GPU的性能差异
4.4 GPU硬件架构
4.5 CUDA编程模型
4.5.1 设备计算能力
4.5.2 主机与设备
4.5.3 线程结构
4.5.4 存储器模型
4.6 CUDA程序优化
4.6.1 最大化并行执行
4.6.2 存储器访问优化
4.6.3 指令优化
4.7 本章小结
第五章 基于GPU的热红外高光谱辐射传输并行计算
5.1 热红外辐射传输方程
5.2 模式结构
5.3 TIRT的GPU并行计算
5.3.1 任务划分
5.3.2 程序优化
5.4 本章小结
第六章 基于GPU的短波红外高光谱矢量辐射传输并行计算
6.1 单次散射矢量辐射传输模式解法
6.2 单次散射的矢量辐射传输并行计算
6.2.1 计算流程
6.2.2 任务划分
6.2.3 程序优化
6.3 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 存在的问题与展望
参考文献
致谢
附录A
实验平台
硬件平台
软件环境
本文编号：3737076
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qxxlw/3737076.html
