[發(fā)明專利]一種基于GPU的雷達信號脈沖壓縮方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910570816.0
• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110320501A
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙乃璇;況凌;沈曉峰;張舸;候澤生
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01S7/295
• 分類號: G01S7/295
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發(fā)明屬于雷達信號處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于GPU的雷達信號脈沖壓縮方法。本發(fā)明在進行等待脈沖壓縮信號的FFT和脈壓后的信號IFFT時，采用GPU內(nèi)的FFT接口，可以并行處理大量數(shù)據(jù)；等待脈壓的頻域信號和匹配濾波器進行向量點積時，采用GPU的并行優(yōu)化將數(shù)據(jù)向量進行分段處理。把需要計算的數(shù)據(jù)分成多段，每段數(shù)據(jù)的乘法交給不同的GPU核處理，被分段的數(shù)據(jù)實現(xiàn)了并行處理；在GPU顯存充足的情況下，可以支持多脈沖多通道的信號脈沖壓縮處理，并保持運算時間滿足實時性要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達信號處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于GPU的雷達信號脈沖壓縮方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)雷達系統(tǒng)基本是以“硬件設(shè)計為中心”和“面向?qū)Ｓ霉δ堋眱蓚€方面為開發(fā)模式，對于不同型號的雷達需要配搭不同的硬件和軟件，對于硬件和軟件升級又有很大的限制，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)雷達難以實現(xiàn)功能的重構(gòu)和技術(shù)的更新。軟件化雷達采用了層次去耦的設(shè)計思想，通過制定一系列標準化和規(guī)范化組件、數(shù)據(jù)標準，將雷達系統(tǒng)分為若干個具有較強獨立性的層次，開發(fā)者可以對系統(tǒng)中不同層次的功能并行開發(fā)，從而快速推動和響應(yīng)系統(tǒng)的技術(shù)更新、提高系統(tǒng)功能擴展和性能提升的速度。軟件化雷達具有標準化、數(shù)字化和模塊化三大特征，是“以軟件技術(shù)為核心，面向應(yīng)用需求”的開發(fā)模式以及基于開放式體系架構(gòu)的雷達系統(tǒng)。

GPU全稱是圖形處理器(Graphics Processor Unit)，它是顯卡的核心單元。從GPU產(chǎn)生以來一直擔(dān)任著對圖形的渲染任務(wù)，隨著NVIDIA公司推出了統(tǒng)一的計算架構(gòu)(Computer Unified Device Architecture,CUDA)，其采用C語言作為開發(fā)語言，GPU的編程從而變得方便、簡單，也促使GPU在除了圖形計算以外的數(shù)據(jù)計算處理領(lǐng)域大放異彩，比如通用高性能計算領(lǐng)域。在結(jié)構(gòu)上，CPU上基本都是控制器和緩存寄存器，而GPU結(jié)構(gòu)上擁有大量的邏輯運算單元，這就使得在并行處理大量數(shù)據(jù)時GPU更合適。并且GPU的開發(fā)高性能計算能力遠遠超過CPU，而且NVIDAGP公司Tesla K80單精度計算能力已經(jīng)達到5.6TFLOPS(每秒浮點運算次數(shù)， FLOPS)。

雷達在進行測距處理的時候，是利用目標回波的延遲時間來實現(xiàn)的。因此，雷達的距離分辨率與脈寬相關(guān)，即脈寬越短，雷達的分辨率越強。但是，如果縮短雷達的脈沖寬度，就會降低雷達的發(fā)射平均功率，從而導(dǎo)致雷達的作用距離縮短，脈沖壓縮技術(shù)就是通過雷達發(fā)射時時間帶寬積大的信號，保證在提高雷達探測性能時不會降低雷達的距離分辨率。

發(fā)明內(nèi)容

為了滿足雷達信號處理的實時性要求，脈沖壓縮系統(tǒng)必須具有很高的時間性能，本發(fā)明利用了GPU的高速計算能力，設(shè)計了一種基于GPU加速的脈沖壓縮實現(xiàn)方法，能夠以較快的速度完成信號的脈沖壓縮，滿足系統(tǒng)信號處理實時性要求。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種基于GPU加速的雷達信號脈沖壓縮實現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將數(shù)據(jù)分別放入GPU顯存中，GPU線程結(jié)構(gòu)為三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，令三維網(wǎng)格每個x方向維度所有線程塊完成對應(yīng)一個通道的計算、網(wǎng)格y方向維度為通道數(shù)、網(wǎng)格z維度為脈沖數(shù)；

S2、對待脈壓信號進行快速傅里葉變換，利用GPU上高度并行優(yōu)化的FFT接口，在GPU中利用多個計算單元，在每一個計算單元上并行計算一部分快速傅里葉變換，最后將所有計算單元完成的FFT進行拼接操作，得到待脈壓信號的頻域信號；

S3、獲得脈壓信號和雷達參考信號的向量點積：通過將數(shù)據(jù)向量進行分段實現(xiàn)GPU的并行優(yōu)化，首先把需要計算的數(shù)據(jù)分成多段，每段數(shù)據(jù)的乘法計算交給不同的GPU核來計算，實現(xiàn)數(shù)據(jù)間的并行處理。在GPU中，不同的線程快進行不同數(shù)據(jù)段的乘法計算，每個線程快之間的不同線程完成不同和數(shù)據(jù)點的乘法計算。

S4、對向量點乘結(jié)果進行快速逆傅里葉變換，同樣使用在GPU上高度并行優(yōu)化IFFT接口。