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星载遥感图像预处理系统结构和预处理算法研究

作　者: 郭毓鹍
导　师: 刘光明
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 星载信息处理 几何校正 并行体系结构 异构多核处理器
分类号: TP751
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 249次
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内容摘要


空间技术的不断进步,使得在星上实现信息的实时处理逐步走向实用。为实现这一目标,必须在对卫星遥感数据处理过程分析的基础上,研究并设计适合星载环境的并行信息处理系统结构。本文基于对遥感图像预处理这一关键步骤的分析,提出了一种适合于星载遥感图像预处理的并行处理体系结构,并在该体系结构的框架下,结合并行处理流程,详细讨论了系统并行处理节点的组织结构,分析、提出并设计了在几何校正处理阵列中支持全局store的准共享存储结构,分析并设计了系统网络拓扑结构和路由控制方法,并对系统的功能及系统的通信进行了模拟和分析。多核处理器可将多个运算核集成在单个芯片上,从而在保证计算性能的前提下,有效地缩小系统的规模。本文基于Cell处理器及其使用的CBEA(Cell Broadband Architecture)体系结构,结合星载遥感图像数据预处理流程,建立了一种星载多核处理器的体系结构模型,对处理器内部的各个组件进行了详细的讨论,详细分析并设计了星载多核处理器中的计算核(ICPE),并分析了处理器的性能。星载专用处理器采用CBEA体系结构,为高效地平衡各个并行处理单元间的负载,本文提出了基于交叉点检查的图像划分算法,对该算法进行了实现,并结合实验数据对该算法进行了性能的分析。本文在星载遥感图像数据并行处理系统的设计、星载多核处理器的设计以及交叉点检查的图像划分算法的基础上,提出了适合多核并发处理的CMP-PGCA(Chip Multi-processor– Parallel Geometric Correction Algorithm)几何校正并行算法,详细讨论了该算法的处理流程,以及在星载多核处理器上的实现方法,分析了星载多核处理器进行几何校正的性能,通过计算分析得出了并行系统需要的节点数目。在CBEA体系结构模拟器上,对CMP-PGCA算法进行了模拟分析,结合实验数据对该算法的效率进行了分析,并讨论了星载多核处理器内部优化机制的效率。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章 绪论  10-13
  1.1 课题研究背景  10-11
    1.1.1 星上信息处理的必要性  10-11
    1.1.2 星上信息处理的技术难度和处理要求  11
  1.2 论文组织结构  11-13
第二章 星载遥感图像数据预处理的过程和分析  13-19
  2.1 辐射失真和辐射校正  13
  2.2 几何畸变和几何校正  13-16
  2.3 预处理计算特性分析  16-18
  2.4 小结  18-19
第三章 星载遥感图像并行预处理系统结构研究  19-36
  3.1 预处理的并行处理方法  19-25
    3.1.1 并行处理的步骤  19-21
    3.1.2 并行处理流程分析  21-25
  3.2 遥感图像并行预处理体系结构设计  25-32
    3.2.1 系统设计要求  25
    3.2.2 星载遥感图像并行预处理系统结构设计  25-26
    3.2.3 处理节点结构设计  26-27
    3.2.4 全局准共享存储结构  27-28
    3.2.5 网络拓扑结构和数据分布  28-32
  3.3 并行预处理系统模拟与节点通信量分析  32-35
  3.4 小结  35-36
第四章 星载多核处理器  36-50
  4.1 多核处理器体系结构的发展概况  36-37
  4.2 Cell处理器体系结构简介及分析  37-39
  4.3 星载多核处理器体系结构设计  39-40
  4.4 TME的组成结构  40-41
  4.5 ICPE结构设计  41-47
    4.5.1 ICPE的组成与ICPU结构设计  41
    4.5.2 ICPU的指令系统  41-45
    4.5.3 ICPE的存储层次和GSDC控制器  45-47
  4.6 星载多核处理器内部件间的互连  47-48
  4.7 输入输出接口  48
  4.8 处理器的工作模式  48
  4.9 处理器性能简要分析  48-49
  4.10 小结  49-50
第五章 基于交叉点检查的图像划分算法  50-60
  5.1 划分方法简介  50-52
  5.2 算法的设计与实现  52-55
    5.2.1 算法的基本假设  52-53
    5.2.2 划分的基本思想  53
    5.2.3 子图像带左右边界的计算  53-55
  5.3 计算复杂度分析  55-56
  5.4 实验结果与结论  56-58
  5.5 小结  58-60
第六章 基于多核处理器的几何校正算法的研究与实现  60-76
  6.1 CMP-PGCA算法概述  60-61
  6.2 处理算法的基本流程  61-62
  6.3 ICPE几何校正过程及性能分析  62-68
    6.3.1 向量指令的应用  63-66
    6.3.2 GSDC与ICPU的并行  66-67
    6.3.3 星载处理器几何校正性能及并行系统计算节点数分析  67-68
  6.4 实验与分析  68-75
    6.4.1 模拟器简介  68-69
    6.4.2 算法的模拟实现  69-71
    6.4.3 实验数据分析  71-75
  6.5 小结  75-76
第七章 结束语  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-81
作者在学期间取得的学术成果  81

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 遥感技术 > 遥感图像的解译、识别与处理 > 图像处理方法
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