軟件信號(hào)處理的多GPU并行技術(shù)

殷凱

摘要：目前，我國(guó)的軟件技術(shù)正向著數(shù)字化和超智能化發(fā)展。特別是雷達(dá)的軟件和數(shù)字化技術(shù)變得越來越明顯，軟件雷達(dá)是一種采用開放式的通用平臺(tái)，通過生活中實(shí)際的模擬運(yùn)算加載來實(shí)現(xiàn)各種遠(yuǎn)程任務(wù)。正因?yàn)檐浖走_(dá)擁有各種功能，而且具有多模式多結(jié)構(gòu)并行運(yùn)算的發(fā)展?jié)摿ΑＭㄟ^這些技術(shù)的革新，讓GPU在并行運(yùn)算中發(fā)揮重要的作用。

關(guān)鍵詞：軟件信號(hào)；GPU；并行技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN958 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）05-0074-01

1 軟件信號(hào)的界定

1.1 軟件信號(hào)的應(yīng)用范圍

軟件信號(hào)也叫做軟件雷達(dá)信號(hào)，軟件雷達(dá)信號(hào)技術(shù)總的來說就是在雷達(dá)領(lǐng)域中應(yīng)用軟件無線電技術(shù)進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)接與處理的一個(gè)簡(jiǎn)短過程。軟件雷達(dá)信號(hào)技術(shù)是一種具有開放性、標(biāo)準(zhǔn)性和通用化的計(jì)算機(jī)技術(shù)，同時(shí)也需要具有開放性的計(jì)算機(jī)平臺(tái)支持才能很好的運(yùn)行。在雷達(dá)系統(tǒng)領(lǐng)域各種體制的性能在很大的程度上都由雷達(dá)的處理決定，而就目前來說難以克服的困難依舊是軟件雷達(dá)信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性問題。

1.2 變頻數(shù)字信號(hào)并行處理技術(shù)

現(xiàn)如今，如何將軟件無線電技術(shù)應(yīng)用于雷達(dá)領(lǐng)域的軟件雷達(dá)系統(tǒng)的討論，一直以來都是人關(guān)注的熱點(diǎn)話題。軟件無線電技術(shù)的硬件構(gòu)成比較復(fù)雜，一般成分有通用處理計(jì)算機(jī)、變頻組件和天線系統(tǒng)以及雷達(dá)顯示控制系統(tǒng)的終端部分。因?yàn)檫@樣的運(yùn)行就可以將雷達(dá)接收到的長(zhǎng)頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)。

1.3 雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)中的執(zhí)行策略

軟件化的雷達(dá)系統(tǒng)平臺(tái)硬件一般由天線系統(tǒng)、變頻組件、通用計(jì)算機(jī)等部件組成。眾所周知，雷達(dá)系統(tǒng)在接受信號(hào)并處理信號(hào)的過程中，會(huì)有一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換的過程，一般情況下轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)。因?yàn)槔走_(dá)處理信號(hào)的過程是呈流水線形式，因此它的數(shù)據(jù)采集模式特別高精度化。

2 軟件雷達(dá)信號(hào)并行處理技術(shù)

2.1 多GPU任務(wù)級(jí)并行

首先，在我國(guó)的軟件行業(yè)軟件雷達(dá)的主機(jī)端創(chuàng)造的多級(jí)任務(wù)隊(duì)列，這些隊(duì)列就在日常的信號(hào)傳送中采集一些數(shù)據(jù)，并利用GPU并行線程來實(shí)現(xiàn)任務(wù)的合理調(diào)配，以及配置的一些ID工作并且對(duì)任務(wù)隊(duì)列進(jìn)行有次序的訪問和數(shù)據(jù)處理。雖然這些工作看似過程沒有那么難，但事實(shí)上是一系列信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程。然后分配給每一個(gè)部件進(jìn)行不同的任務(wù)，最后的目的是獲取到第n個(gè)數(shù)據(jù)，再將這些數(shù)據(jù)以迭代的形式傳輸給第n個(gè)多元化并行的GPU系統(tǒng)部件。所以，這樣就可以保證多塊GPU的工作獲得負(fù)載平衡，其中N為并行GPU的個(gè)數(shù)。

2.2 數(shù)據(jù)級(jí)并行

數(shù)據(jù)級(jí)的并行和多GPU并行很相似，在信號(hào)呢傳送的過程中進(jìn)行正交相位檢波和脈沖壓縮計(jì)算的過程，都是一些列密不可分的過程，而且在整個(gè)軟件信號(hào)處理的階段，多GPU并行處理和數(shù)據(jù)級(jí)并行是同步進(jìn)行的，也就是另一個(gè)并行。因此，整個(gè)獲取和采樣數(shù)據(jù)實(shí)施數(shù)據(jù)級(jí)并行處理的過程，其實(shí)就是可獲得接近幾乎線性的加速比多級(jí)并行的一個(gè)復(fù)雜過程。

2.3 線程級(jí)并行算法

線程級(jí)并行算法是在數(shù)據(jù)級(jí)并行算法的基礎(chǔ)上革新的一種算法，這種算法極簡(jiǎn)的運(yùn)行沒有太多的繁雜的過程，在提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的同時(shí)也極大的提升了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。線程級(jí)并行算法也是一種根據(jù)信號(hào)處理模型和圖像處理器并行計(jì)算的算法，這種算法可以將數(shù)據(jù)計(jì)算映射到圖像算法的區(qū)間內(nèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)并行運(yùn)算的結(jié)果，這種圖像處理器的細(xì)度并發(fā)線程的具體數(shù)據(jù)處理過程，所以，線程并行運(yùn)算算法比起以前已經(jīng)是極大的提高了數(shù)據(jù)的運(yùn)算速度和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。一方面，線程運(yùn)算的組織按照計(jì)算機(jī)內(nèi)部的“線程網(wǎng)絡(luò)”將數(shù)據(jù)線程化、區(qū)塊化和線程這三層并行結(jié)構(gòu)來執(zhí)行數(shù)據(jù)信號(hào)的運(yùn)算任務(wù)。

3 軟件信號(hào)中頻數(shù)字信號(hào)并行處理架構(gòu)

3.1 正交相位檢波和脈沖壓縮技術(shù)

正交相位檢波是線程并行算法的一種表現(xiàn)方式，目的是把電信號(hào)中一些中頻信號(hào)極快的轉(zhuǎn)換成零中頻的I、Q兩路正交信號(hào)，這些信號(hào)有一個(gè)共同特性是極簡(jiǎn)化信息量大。而且，這些采樣點(diǎn)與正交混頻信號(hào)的點(diǎn)乘過程需要吧一整段的脈沖信號(hào)，在傳輸途徑中重復(fù)采樣在重復(fù)的周期，目的就是為了不要讓信號(hào)分子失真。在正交相位檢波過程中，每一個(gè)線程都擁有自己的索引導(dǎo)，這些索引導(dǎo)是為了區(qū)分與其他的線程信號(hào)，并發(fā)線程直接按照索引便可以直接訪問全局的信號(hào)分子。

3.2 脈沖積累和恒虛警檢測(cè)技術(shù)

在工程領(lǐng)域中我們經(jīng)常會(huì)采用的固定二次對(duì)消器，一般都是由兩個(gè)固定的一次對(duì)消器級(jí)聯(lián)而組成的這樣一個(gè)回路?，F(xiàn)如今，這些回路的信號(hào)分子檢測(cè)也是一項(xiàng)很重要的工作，其實(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的原理很簡(jiǎn)單，就是在固定的二次對(duì)消器后直接串聯(lián)一砸?guī)Рㄆ鹘M，通過這些過濾波器組就可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)重復(fù)頻率范圍的覆蓋，其工作在對(duì)采樣數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行過濾處理就完成了數(shù)據(jù)的凈化過程。

3.3 仿真分析技術(shù)

現(xiàn)如今，科學(xué)技術(shù)在以人類想象不到的速度進(jìn)步，特別是資雷達(dá)軟件淋雨領(lǐng)域各種算法相互的依存，很多時(shí)候人們?yōu)榱孙@示整個(gè)數(shù)據(jù)的運(yùn)算過程，會(huì)特意的對(duì)信號(hào)分子進(jìn)行處理。這一些整體信號(hào)的執(zhí)行時(shí)間受采樣點(diǎn)數(shù)量的影響，這寫采樣點(diǎn)是多樣化將采集到的每一個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)，進(jìn)行多級(jí)并行處理其處理的程度就是整個(gè)數(shù)據(jù)顯示的效果，也就是說，在具有相同采樣點(diǎn)數(shù)的時(shí)，基于CPU處理的計(jì)算設(shè)備無法將處理信號(hào)的執(zhí)行時(shí)間縮短，而隨著并行GPU數(shù)量的不斷增多，處理信號(hào)的執(zhí)行時(shí)間不斷縮短，因此多任務(wù)并行化算法具有可擴(kuò)放性。

4 結(jié)語

現(xiàn)如今，基于多GPU并行運(yùn)算處理雷達(dá)信號(hào)算法技術(shù)，在一些領(lǐng)域能夠滿足軟件雷達(dá)建設(shè)的高標(biāo)準(zhǔn)化、軟件雷達(dá)模塊化、和增強(qiáng)軟件雷達(dá)的開放性等相關(guān)性的要求。其中并行進(jìn)行的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的方位距離分辨單元比較多單元點(diǎn)，經(jīng)過正交相位檢波和脈沖壓縮技術(shù)能夠滿足軟件雷達(dá)工作的實(shí)時(shí)性問題。因此，也正好證明GPU在加速軟件雷達(dá)并行算法上的可行性，所以，這種軟件信號(hào)多的多GPU并行技術(shù)具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]苗杰.軟件雷達(dá)信號(hào)處理多GPU并行技術(shù)[J].南昌大學(xué)，2016，（20）：45-46.