星载合成孔径雷达(Space-borne Synthetic Aperture Radar,Space-borne SAR)由于运行于轨道空间,不受恶劣气候条件、国界领空等限制,相比机载合成孔径雷达更具有全天时、全天候工作和大范围成像的优势,以及具有更强的国际视野和全球背景,对于未来海、陆、空、天的信息一体化具有重要意义,是目前世界各主要强国争相发展的高技术领域。对于星载SAR技术研究,雷达接收的回波信号具有关键作用——雷达回波信号包含了卫星姿态、星地空间几何、雷达系统参数、大气环境等的影响,能够对星载SAR系统参数、成像算法、性能指标等进行检测;但是,如果这些回波信号通过实验实测获取,研发成本高昂,星载SAR本就难以承受,更不用说对于某些难以把控的特定环境条件,回波获取困难将严重拖慢研发进程。通过计算机模拟回波信号,不仅灵活、高效,而且实现成本相对低廉,因此,得到广泛使用。星载SAR回波模拟具有高精度、低实时性的需求以及计算量巨大的问题,采用CPU、DSP、FPGA等硬件平台处理各有不足;近年来,GPU已经发展为一种高吞吐、高并行、重浮点运算的通用计算设备,本文便是基于此,将GPU应用到星载SAR回波模拟中,以改善回波生成效率:首先,本文重点分析了星载SAR的基本原理、二维高分辨率的实现、回波信号模型、星地空间几何、坐标系变换关系等内容,以及GPU的硬件架构、通用计算编程体系——CUDA、存储模型以及相关优化方法。其次,深入分析了基于一维频域法的并行实现方法。针对一维频域法的算法特点和并行度的大小,采用了细粒度并行的方法计算散射点冲激响应值;针对CPU与GPU存在的数据传输瓶颈和相邻脉冲场景数据相关度大的问题,采用场景数据缓存的方法减少数据传输量,采用多流并发的方法隐藏数据传输延时;针对星载SAR对回波信号的高精度要求,对数据变量采用混合精度定义的方法,结合CUDA指令进行优化;针对GPU存在二维数组的操作,采用显存对齐的方法,加速显存读写;经过优化,面目标场景模拟取得了6.9倍的加速比。最后,介绍了星载SAR回波模拟系统的实现与验证。根据技术指标要求,星载SAR回波模拟系统具备模拟条带、扫描、聚束等多种模式的回波信号,并利用点目标场景,验证了各模式回波信号的精度,最终成像结果聚焦良好,评估结果能够满足指标要求,证明了系统回波模拟的可靠性。