試析雷達信號處理中多GPU并行技術(shù)的應(yīng)用

鄧桂福 田耕

摘要：當前我國的軍事力量仍舊處于不斷上升的時期，雖然世界日益成為了一個整體，但軍事力量的提升仍舊是重中之重，較強的軍事力量能夠讓一個國家獲得更大的話語權(quán)。在軍事中，雷達發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用，關(guān)于它的信號處理，逐漸成為了技術(shù)人員關(guān)注的重點。本文將對雷達信號處理中多GPU并行技術(shù)的應(yīng)用展開進一步探討。

關(guān)鍵詞：雷達；信號處理；多GPU并行技術(shù)；應(yīng)用

在雷達系統(tǒng)中，信號處理是較為重要的內(nèi)容，具有較高科技水準的雷達能夠在短時間內(nèi)迅速實現(xiàn)對信號的處理，并且反饋給工作人員。隨著我國信息技術(shù)以及信號處理技術(shù)的不斷發(fā)展，將多GPU并行技術(shù)應(yīng)用于雷達系統(tǒng)中，逐漸成為了新的雷達研究方向[1]。軟件雷達指的是應(yīng)用無線電雷達技術(shù)的雷達軟件，它依托于信息技術(shù)的發(fā)展，并且通過具有一定開放性、標準性的平臺發(fā)揮自身的功效。軟件雷達能夠?qū)⒃締我坏睦走_信號劃分為若干個信號，展開相應(yīng)的處理，然后再將處理后的信號進行整合，這樣的工作方式極大程度上的提升了信號處理的效率，有利于雷達技術(shù)的不斷發(fā)展。并行技術(shù)為雷達技術(shù)注入了生機與活力，工作人員應(yīng)當建立與時代發(fā)展相適應(yīng)的意識，并且將并行技術(shù)與雷達技術(shù)相結(jié)合，從而實現(xiàn)雷達系統(tǒng)信號處理的高效[2]。

一、雷達信號并行處理的架構(gòu)分析

對于雷達系統(tǒng)而言，信號處理能力至關(guān)重要，工作人員應(yīng)當加強對雷達系統(tǒng)信號處理能力的關(guān)注，并且推進其能力的不斷提升[3]。將多GPU并行技術(shù)應(yīng)用于對雷達系統(tǒng)信號處理上，能夠大幅度提升信號處理的效率。然而這一工作卻對技術(shù)人員提出了更高的要求，技術(shù)人員應(yīng)當首先明確雷達信號并行處理的架構(gòu)，只有這樣才能開展接下來的工作。在雷達系統(tǒng)的并行處理中，它往往是通過數(shù)據(jù)采樣器、CUP及其多個GPU來進行的。首先，數(shù)據(jù)采樣器會將雷達收集的模擬信號以數(shù)字信號的形式呈現(xiàn)出來；然后CPU就會對這些數(shù)字信號進行協(xié)調(diào)；最后，GPU會對這些信號進行分別的處理。當經(jīng)過以上流程后，顯示器就會將最終的處理結(jié)果呈現(xiàn)給相應(yīng)的人員[4]。技術(shù)人員應(yīng)當不斷提升自己的專業(yè)水平以及職業(yè)素養(yǎng)，明確以上流程，只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)多GPU并行處理的應(yīng)用。在雷達并行處理系統(tǒng)中，訪存是極為關(guān)鍵的內(nèi)容，它是整個系統(tǒng)設(shè)計的瓶頸，所以設(shè)計人員應(yīng)當加強對訪存速度的關(guān)注，確保系統(tǒng)能夠具有較高的訪存速度，只有這樣才能更好的發(fā)揮并行處理的性能。為了提升訪存速度，工作人員應(yīng)當充分將存儲器的效能發(fā)揮出來，以此提高雷達系統(tǒng)的運行效率。目前，提升存儲器的訪存效率主要有兩種途徑：首先，技術(shù)人員可以嘗試利用GPU的零復制功能，將數(shù)據(jù)直接映射到RAM空間中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的直接轉(zhuǎn)移，提升訪存速度；其次，技術(shù)人員還可以用過紋理存儲器的緩存優(yōu)化，來實現(xiàn)訪問行為的優(yōu)化，進而促進訪存效率。綜上所述，技術(shù)人員應(yīng)當首先明確對架構(gòu)的設(shè)計，只有這樣才能更好的發(fā)揮多GPU并行技術(shù)的效能，實現(xiàn)雷達信號的快速處理[5]。

二、雷達信號處理中多GPU并行處理的計算模型分析

在雷達信號的并行處理中，它主要是通過CPU以及GPU進行處理的，以下將應(yīng)用任務(wù)級、數(shù)據(jù)級以及線程級，展開相關(guān)的計算模型分析。

（一）雷達信號任務(wù)級并行處理

技術(shù)人員若是想要實行多GPU并行處理，那么可以首先創(chuàng)建任務(wù)隊列，明確雷達系統(tǒng)信號處理的任務(wù)，然后再利用數(shù)據(jù)采樣，以中央處理器的主線程實現(xiàn)對信號的劃分與控制，最后再由GPU實現(xiàn)對信號的處理。由于在任務(wù)分配時，可能會出現(xiàn)GPU負荷超載的情況，進而影響信號處理效率，所以技術(shù)人員應(yīng)當注重任務(wù)的合理分配，確保每個GPU都能都被分配到一定量的任務(wù)，保持工作量的平衡，只有這樣才能夠有效實現(xiàn)多GPU并行處理的效用。在多GPU處理中，雷達系統(tǒng)應(yīng)當以輪轉(zhuǎn)的形式為GPU分配任務(wù)，確保每個GPU都能夠得到充分的利用，并且依靠這種方式提升信號處理的效率，從而實現(xiàn)它們的負載平衡。為了實現(xiàn)這一目標，技術(shù)人員在創(chuàng)建任務(wù)隊列時，應(yīng)當首先調(diào)查內(nèi)部GPU的數(shù)量，并且進行平均的分配，只有這樣才能確保每個GPU都獲得平衡的工作量[6]。

（二）雷達信號數(shù)據(jù)級并行處理

數(shù)據(jù)級并行處理要求技術(shù)人員應(yīng)當將數(shù)據(jù)流進行合理的劃分。當技術(shù)人員創(chuàng)界了任務(wù)隊列后，就應(yīng)當通過雷達系統(tǒng)，將這些任務(wù)再劃分為一個或者多個數(shù)據(jù)流，然后分配給相應(yīng)的GPU進行處理。GPU身為圖像處理器，能夠大幅度減少交相位檢波以及脈沖壓縮計算的時間，實現(xiàn)更為高效的信號處理。為了進一步提升這一過程的效率，得到更高的計算訪存比，工作人員可以將這些數(shù)據(jù)流再劃分為若干個二維數(shù)據(jù)組，然后再分配相應(yīng)的GPU進行處理，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的更新迭代，有效提高信號處理的效率。

（三）雷達信號線程級并行處理

線程級并行處理是最為核心的內(nèi)容。軟件雷達在處理信號時，往往會通過中頻信號實現(xiàn)對模擬信號的轉(zhuǎn)變，將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，然后再將數(shù)字信號與混頻信號進行香蕉，從而得到正交信號。在雷達系統(tǒng)將正交信號以及采樣點進行集中處理，及時人員應(yīng)當將采樣數(shù)據(jù)輸入至內(nèi)核函數(shù)中，然后再展開集中處理工作。技術(shù)人員應(yīng)當明確內(nèi)核函數(shù)以及采樣點的網(wǎng)格位置問題，并且在輸入流程中展開維度計算。技術(shù)人員可以將采樣數(shù)據(jù)作為獨立存在的單元，映射到線程中，從而進行相關(guān)處理。由于雷達系統(tǒng)的紋路存儲器上具有高速片上緩存，所以它的數(shù)據(jù)讀取速度較快，技術(shù)人員可以利用紋理存儲器的這一特點，展開相關(guān)工作。技術(shù)人員可以在紋理存儲器進行存儲工作時，將其以泉庫的形式表現(xiàn)出來，在正交相位檢波模塊就可以對其展開讀取。

總得來講，線程級并行處理指的是根據(jù)數(shù)字信號的處理模型以及算法，再綜合考慮到GPU的硬件特性，然后進行處理的過程。GPU的線程能夠?qū)?shù)據(jù)流進行映射，將這些數(shù)據(jù)映射為更加細致的數(shù)據(jù)流，并對這些數(shù)據(jù)流展開相應(yīng)的處理。在這一流程中，數(shù)據(jù)流主要是通過線程網(wǎng)格，再到線程塊，最后到線程的流程來被處理的。技術(shù)人員應(yīng)當明確線程級的工作流程，然后再合理應(yīng)用多GPU技術(shù)。

結(jié)束語：

多GPU技術(shù)的應(yīng)用，極大程度上促進了雷達信號處理的效率，技術(shù)人員應(yīng)當明確多GPU技術(shù)的優(yōu)越性，并且將其應(yīng)用在雷達信號的處理上。

參考文獻：

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[3]梁先明.離線信號的并行分析處理技術(shù)[J].電訊技術(shù)，2018，58（8）：939-945.

[4]劉德龍，凌旺，趙亮等.軟件雷達信號處理的多GPU并行技術(shù)[J].信息化建設(shè)，2016（9）：72-73.

[5]趙飛燕，藺勇.基于FPGA技術(shù)的多路并行通信信號采集系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2018，41（19）：27-30，35.

[6]金莉，孔文青，宋萬杰等.基于GPU的信號產(chǎn)生及脈沖壓縮實現(xiàn)[J].雷達科學與技術(shù)，2017，15（5）：505-508，518.

作者簡介：鄧桂福，男（1983.1.10），漢族，四川遂寧人，碩士，工程師，研究方向：雷達系統(tǒng)/雷達信號處理

作者簡介：田耕，男（1984.7.8），漢族，重慶巫山人，本科，工程師，研究方向：雷達射頻微波方向，科研項目管理