一種基于異構(gòu)多核系統(tǒng)的雷達信號并行處理方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種基于異構(gòu)多核系統(tǒng)的雷達信 號并行處理方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 雷達信號處理是雷達系統(tǒng)中的重要組成部分，很大程度上決定了上述各種體制雷 達的性能，它是通過各種算法處理雷達接收的回波信號，在各種噪聲、雜波和干擾環(huán)境下檢 測目標，提取目標的距離、方位、仰角、速度，乃至圖像、類別等有用信息。
[0003]目前，雷達系統(tǒng)或信號處理模塊設(shè)計采用模擬電路和數(shù)字器件來實現(xiàn)系統(tǒng)的信號 處理和其它功能，主流設(shè)計方案一般都采用數(shù)字信號處理芯片（DSP)或現(xiàn)場可編程門陣列 (FPGA)芯片緊耦合的方式實現(xiàn)。數(shù)字化雷達由于采用軟件和硬件耦合緊密的數(shù)字器件，當 改變或增加雷達的功能、甚至是對某些雷達系統(tǒng)的參數(shù)進行調(diào)整，整個DSP或FPGA板需要 重新進行軟件和硬件的設(shè)計，在一定程度上影響到裝備研制、升級的周期和裝備的可靠性。 同時，數(shù)字化雷達基于硬件的集中式設(shè)計方法，接口都是針對特定雷達的，導(dǎo)致其不可能在 其它系統(tǒng)中復(fù)用，這給雷達裝備的研制、生產(chǎn)、使用和維護帶來了許多困難。
[0004] 隨著軟件無線電技術(shù)的設(shè)計思想逐漸應(yīng)用于雷達領(lǐng)域，軟件雷達采用開放式、標 準化、通用化的通用硬件平臺，模塊化的軟件來實現(xiàn)雷達功能。采用數(shù)字器件設(shè)計的雷達和 軟件雷達的主要區(qū)別在于，數(shù)字化雷達的主要功能由數(shù)字電路實現(xiàn)，而軟件雷達的各種功 能由軟件定義，硬件采用通用計算機。雷達接收信號在變頻組件內(nèi)經(jīng)下變頻轉(zhuǎn)換為中頻信 號，送到高速A/D采樣器件，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送中心處理計算機進行信號處理。雷達的信號 處理部分不同于后端的數(shù)據(jù)處理，信號處理的方法相對固定，但信號處理的實時性要求很 高。雷達中頻信號的采樣頻率高，實時信號處理設(shè)備的運算量幾乎與信號帶寬成正比，傳統(tǒng) 算法和計算資源均難以滿足信號處理的實時性要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和技術(shù)需求，本發(fā)明提供了一種基于異構(gòu)多核系統(tǒng)的雷達信 號并行處理方法及系統(tǒng)，可提高通用處理器執(zhí)行信號處理的計算速度，滿足雷達信號處理 的實時性要求，且降低了雷達系統(tǒng)開發(fā)和維護成本，縮短了研制周期，克服了傳統(tǒng)硬件雷達 設(shè)計技術(shù)中體制單一、功能固定以及雷達信號處理實時性不足的缺陷。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種基于異構(gòu)多核系統(tǒng)的雷達信號并行處 理方法，所述方法包括步驟：
[0007]S1、初始化計算平臺上異構(gòu)多核處理單元CPU和GPU設(shè)備端參數(shù)，包括設(shè)備端的數(shù) 量、型號和ID號，并根據(jù)設(shè)備端參數(shù)開辟任務(wù)執(zhí)行線程以調(diào)用所述設(shè)備端，根據(jù)GPU的初始 化設(shè)備參數(shù)劃分數(shù)據(jù)處理的線程網(wǎng)格和線程塊的維度；
[0008]S2、在所述異構(gòu)多核處理單元主機端開辟雷達信號處理所需的顯存空間和內(nèi)存空 間，所述內(nèi)存空間用于存儲低通濾波器系數(shù)和匹配濾波器系數(shù)，所述顯存空間用于存放GPU 計算時調(diào)用的所述低通濾波器系數(shù)和匹配濾波器系數(shù)；
[0009]S3、采集異構(gòu)多核處理單元完成單次信號處理的數(shù)據(jù)傳輸時間TtMn和數(shù)據(jù)計算時 間TPM。，基于所述Ttran和TPM。調(diào)用遺傳任務(wù)調(diào)度算法，獲得任務(wù)調(diào)度方式，使得每個任務(wù)的 最大計算時間最??；
[0010]S4、采集雷達采樣數(shù)據(jù)并按時序分段存儲在所述內(nèi)存空間中，以數(shù)據(jù)流的方式，將 每段脈沖重復(fù)周期內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)按照所述任務(wù)調(diào)度方式發(fā)送至CPU和GPU，根據(jù)所述線程 網(wǎng)格和線程塊的維度將采樣點映射到各線程上并發(fā)執(zhí)行，調(diào)用所述低通濾波器系數(shù)和匹配 濾波器系數(shù)，對雷達采樣數(shù)據(jù)進行正交相位解調(diào)、脈沖壓縮、動目標顯示、動目標檢測、脈沖 積累和恒虛警檢測。
[0011] 作為進一步優(yōu)選地，所述步驟S4中，雷達采樣數(shù)據(jù)按照所述任務(wù)調(diào)度方式，按采 樣周期傳輸至配置的CPU、GPU上計算，利用多核CPU和GPU對雷達采樣數(shù)據(jù)進行正交相位 解調(diào)、脈沖壓縮、動目標顯示、動目標檢測、脈沖積累和恒虛警檢測，具體包括以下子步驟：
[0012]S41、對雷達采樣信號進行正交相位解調(diào)，將中頻雷達采樣信號轉(zhuǎn)換成零中頻的I、 Q兩路正交信號：每個線程按合并訪問條件并發(fā)執(zhí)行，完成雷達采樣信號與正交混頻信號、 低通濾波器系數(shù)的復(fù)數(shù)點乘、內(nèi)插的循環(huán)，得到零中頻的I、Q兩路正交信號，所述低通濾波 器的系數(shù)以權(quán)庫的形式保存在紋理存儲器的高速片上緩存，以供計算時讀??；
[0013]S42、進行脈沖壓縮以提高雷達檢測目標的距離分辨力：先利用針對眾核優(yōu)化的 FFT/IFFT并行庫函數(shù)實現(xiàn)時域信號到頻域信號的變換，再由并發(fā)線程執(zhí)行采樣點與匹配濾 波器系數(shù)的復(fù)數(shù)點乘，得到經(jīng)過匹配濾波器的窄脈沖信號，當雷達發(fā)射信號波形改變時，主 機端重新計算匹配濾波器系數(shù)，并儲存在內(nèi)存和GPU的全局存儲器中；
[0014]S43、進行動目標顯示和動目標檢測以濾除慢速運動雜波：先將多個距離維上信號 處理的結(jié)果在數(shù)據(jù)域上重組，然后劃分至各并行處理單元上計算；動目標顯示中，利用每個 線程分別維護采樣值經(jīng)延遲線加權(quán)與相同距離分辨單元采樣點隔周期相加；動目標檢測 中，將相鄰重復(fù)周期的數(shù)據(jù)存儲為數(shù)組，采用棋盤劃分的方式實現(xiàn)矩陣轉(zhuǎn)置，對相同距離單 元數(shù)據(jù)進行FFT運算；
[0015]S44、進行脈沖積累以提高采樣數(shù)據(jù)中的信噪比：利用共享存儲器做中間數(shù)據(jù)的訪 存和線程通信，將積累的數(shù)據(jù)矩陣中對應(yīng)列數(shù)據(jù)從顯存拷貝至線程塊中的共享存儲器，采 用并行歸約的方式求和；
[0016]S45、進行恒虛警檢測以進一步抑制雷達回波信號中的雜波：將每個距離單元兩側(cè) 參考單元點的數(shù)據(jù)，從全局存儲器分段拷貝至線程塊內(nèi)的共享存儲器，每個線程塊并行完 成序列中一段連續(xù)區(qū)域的均值運算，其結(jié)果作為門限值與檢測點作比較，得到抑制各類雜 波的回波信號。
[0017] 作為進一步優(yōu)選地，所述步驟S3中，基于所述TtMn和TPM。調(diào)用遺傳任務(wù)調(diào)度算法， 獲得任務(wù)調(diào)度方式，具體實現(xiàn)方式為：
[0018]S31、初始化種群大小popsize、終止進化代數(shù)gen、交叉概率P。和變異概率Pm;
[0019]S32、根據(jù)所述數(shù)據(jù)傳輸時間Ttran和數(shù)據(jù)計算時間TPM。計算第i個任務(wù)分配至第j 個并行處理單元上的期望執(zhí)行時間eg，其中i= 1，2, ? ? ?，m，j= 1，2, ? ??，n;m為計算任務(wù) 的總數(shù)，n為設(shè)備端的總數(shù)；
[0020] S33、根據(jù)Max-min算法和隨機產(chǎn)生方式，生成popsize個解作為初始種群，每一個 解對應(yīng)一條染色體；
[0021]S34、根據(jù)所述期望執(zhí)行時間h計算初始種群中第X條染色體的適應(yīng)度函數(shù)值
【主權(quán)項】
1. 一種基于異構(gòu)多核系統(tǒng)的雷達信號并行處理方法，其特征在于，所述方法包括步 驟： 51、 初始化計算平臺上異構(gòu)多核處理單元CPU和GPU設(shè)備端參數(shù)，包括設(shè)備端的數(shù)量、 型號和ID號，并根據(jù)設(shè)備端參數(shù)開辟任務(wù)執(zhí)行線程W調(diào)用所述設(shè)備端，根據(jù)GPU的初始化 設(shè)備參數(shù)劃分數(shù)據(jù)處理的線程網(wǎng)格和線程塊的維度； 52、 在所述異構(gòu)多核處理單元主機端開辟雷達信號處理所需的顯存空間和內(nèi)存空間， 所述內(nèi)存空間用于存儲低通濾波器系數(shù)和匹配濾波器系數(shù)，所述顯存空間用于存放GPU計 算時調(diào)用的所述低通濾波器系數(shù)和匹配濾波器系數(shù)； 53、 采集異構(gòu)多核處理單元完成單次信號處理的數(shù)據(jù)傳輸時間Ttf。。和數(shù)據(jù)計算時間 Tpt。。，基于所述Ttf。。和Tpt。。調(diào)用遺傳任務(wù)調(diào)度算法，獲得任務(wù)調(diào)度方式，使得每個任務(wù)的最 大計算時間最?。? 54、 采集雷達采樣數(shù)據(jù)并按時序分段存儲在所述內(nèi)存空間中，W數(shù)據(jù)流的方式，將每段 脈沖重復(fù)周期內(nèi)的采樣數(shù)據(jù)按照所述任務(wù)調(diào)度方式發(fā)送至CPU和GPU，根據(jù)所述線程網(wǎng)格 和線程塊的維度將采樣點映射到各線程上并發(fā)執(zhí)行，調(diào)用所述低通濾波器系數(shù)和匹配濾波 器系數(shù)，對雷達采樣數(shù)據(jù)進行正交相位解調(diào)、脈沖壓縮、動目標顯示、動目標檢測、脈沖積累 和恒虛警檢測。
2. 如權(quán)利要求1所述的雷達信號并行處理方法，其特征在于，所述步驟S4中，雷達采 樣數(shù)據(jù)按照所述任務(wù)調(diào)度方式，按采樣周期傳輸至配置的CPU、GPU上計算，利用多核CPU和 GPU對雷達采樣數(shù)據(jù)進行正交相位解調(diào)、脈沖壓縮、動目標顯示、動目標檢測、脈沖積累和恒 虛警檢測，具體包括W下子步驟： 541、 對雷達采樣信號進行正交相位解調(diào)，將中頻雷達采樣信號轉(zhuǎn)換成零中頻的I、Q兩 路正交信號；每個線程按合并訪問條件并發(fā)執(zhí)行，完成雷達采樣信號與正交混頻信號、低通 濾波器系數(shù)的復(fù)數(shù)點乘、內(nèi)插的循環(huán)，得到零中頻的I、Q兩路正交信號，所述低通濾波器的 系數(shù)W權(quán)庫的形式保存在紋理存儲器的高速片上緩存，W供計算時讀?。? 542、 進行脈沖壓縮W提高雷達檢測目標的距離分辨力；先利用針對眾核優(yōu)化的FFT