專利名稱：一種基于gpu的外輻射源雷達直達波雜波對消實時處理方法
技術領域：
本發(fā)明是一種基于GPU的外輻射源雷達直達波雜波對消實時處理方法，涉及外輻射源雷達(PBR)信號處理領域，具體涉及到雜波抑制及其實時信號處理。
背景技術：
在外輻射源雷達信號處理領域，由于輻射源并非專門按照雷達的處理需求設計，造成了雷達回波信號中存在很強的直達波、雜波。由于接收信號不可控，且廣播、電視等外輻射源天線下視，會造成直達波、雜波往往高于信號60 140dB，在經(jīng)過相干匹配后仍然有很強的旁瓣，會淹沒遠距離和低速目標，因而直達波、雜波抑制是PBR雷達面臨的核心技術問題之一。在PBR體制雷達系統(tǒng)中，采用參考天線接收直達波信號，用于雜波抑制及PCL(被動相干)處理。其中，直達波、雜波抑制算法主要包括CLEAN算法、自適應濾波算法、空域對消算法等。由于外輻射源雷達常用于預警系統(tǒng)，對于實時處理能力要求很高，而直達波、雜波抑制作為外輻射源雷達信號處理領域的關鍵技術，其實時信號處理能力對系統(tǒng)性能起到至關重要的作用。隨著圖形處理器GPU在通用計算領域的發(fā)展，基于GPU的這一新型計算平臺的并行處理算法為外輻射源雷達實時信號處理領域提供了新的解決方案。目前國內(nèi)外的外輻射源雷達系統(tǒng)多采用自適應濾波算法，其雜波抑制性能較高，且運算量較低，但需要通過逐點迭代處理的方式，較難實現(xiàn)并行處理，對于較長時間、較高采樣率的數(shù)據(jù)，難以滿足實時處理需求。因而需要設計適合于并行處理的雜波抑制算法，本發(fā)明設計了一種優(yōu)化的雜波處理流程，采用并改進適合并行處理的雜波抑制方法，利用GPU解決方案加速，以達到實時處理要求。近年來，雜波抑制的首選方法為變步長NLMS，特別是針對數(shù)字電視信號的外輻射源雷達，由于NLMS算法較SIM、CLEAN、格型濾波Lattice算法等計算量小，較LMS算法收斂速度快，不存在噪聲放大現(xiàn)象，因而得到廣泛應用。采用NLMS方法，需要順序迭代，每次迭 代依賴于前一次迭代處理的結果，不適于并行計算，無法采用GPU加速。以基于DTTB數(shù)字電視信號的外輻射源雷達為例，9MHz采樣率下對消Is數(shù)據(jù)，采用3次NLMS自適應迭代(保證實際系統(tǒng)中算法穩(wěn)定性)，濾波器階數(shù)為1000階時，CPU計算時間約為44s，遠無法滿足實時要求。NLMS算法迭代公式如下:
權利要求
1.一種基于GPU的外輻射源雷達直達波雜波對消實時處理方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步、信號分段并行處理；將T秒待處理信號ref (n)，echo (η)進行分段:refj (η) = ref (n+ (i_l) *N) i = I, 2,...，Μ, MN>LechOi (n) =echo (n+(i_l) *N)，i = 1，2，...，M，MN > L 其中，ref (n)，echo (n)分別為參考信號和待處理的回波信號，L為待處理信號總長度，對Is數(shù)據(jù)，9MHz采樣率，L=9e6，M為分段數(shù)目，N為各段長度； 并行處理后并行進行下面第二步、第三步； 第二步:采用BLMS方法對第一步并行處理后的各段信號ref^n)和ech0i (η)進行對消處理； 第三步:采用GPU對第一步處理后的各段信號進行并行處理，各段內(nèi)數(shù)據(jù)處理采用多線程計算FFT，對輸出結果去除重疊區(qū)域并進行拼接，同時輸出最后一塊數(shù)據(jù)的濾波器系數(shù)，作為后續(xù)數(shù)據(jù)處理的初始權系數(shù)； 第四步、將第二、三步的處理方法重復處理K次后，其中K為預設整數(shù)值，即獲得了第I個T秒數(shù)據(jù)的迭代結果；將迭代最終獲得的濾波器系數(shù)w(n)作為下I秒數(shù)據(jù)的初始濾波器權值，即對第一段數(shù)據(jù)迭代K次，對后續(xù)數(shù)據(jù)僅需要對數(shù)據(jù)處理一次即可。
2.如權利要求1所述的一種基于GPU的外輻射源雷達直達波雜波對消實時處理方法，其特征在于，第一步中分段時各段間選取長度為I的數(shù)據(jù)重疊區(qū)域，保證在對消后拼接數(shù)據(jù)時不存在跳變點。
3.如權利要求1或2所述的一種基于GPU的外輻射源雷達直達波雜波對消實時處理方法，其特征在于，第四步中重復處理K次時，每次采用不同步長U，以保證得到較高雜波抑制比。
4.如權利要求1或2所述的一種基于GPU的外輻射源雷達直達波雜波對消實時處理方法，其特征在于，第一步和第二步中采用GPU對各段數(shù)據(jù)并行處理優(yōu)化，各段內(nèi)數(shù)據(jù)處理采用多線程計算FFT，達到加速的目的。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于GPU的外輻射源雷達直達波雜波對消實時處理方法，建立了一種高效的并行處理流程，提高了算法的實時處理能力。第一步、信號分段并行處理；將T秒待處理信號進行分段；第二步采用BLMS方法對第一步并行處理后的各段信號進行對消處理；第三步采用GPU對第一步處理后的各段信號進行并行處理，各段內(nèi)數(shù)據(jù)處理采用多線程計算FFT，對輸出結果去除重疊區(qū)域并進行拼接，同時輸出最后一塊數(shù)據(jù)的濾波器系數(shù)，作為后續(xù)數(shù)據(jù)處理的初始權系數(shù)；第四步將迭代最終獲得的濾波器系數(shù)w(n)作為下1秒數(shù)據(jù)的初始濾波器權值，即對第一段數(shù)據(jù)迭代K次，對后續(xù)數(shù)據(jù)僅需要對數(shù)據(jù)處理一次即可。
文檔編號G01S7/41GK103197300SQ201310099540
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月26日 優(yōu)先權日2013年3月26日
發(fā)明者胡東輝, 關欣, 仲利華, 李曉波, 丁赤飚 申請人:中國科學院電子學研究所