試析雷達信號處理中多GPU并行技術的應用

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。在軍事中，雷達發揮著極為關鍵的作用，關于它的信號處理，逐漸成為了技術人員關注的重點。本文將對雷達信號處理中多GPU并行技術的應用展開進一步探討。

關鍵詞：雷達；信號處理；多GPU并行技術；應用

在雷達系統中，信號處理是較為重要的內容，具有較高科技水準的雷達能夠在短時間內迅速實現對信號的處理，并且反饋給工作人員。隨著我國信息技術以及信號處理技術的不斷發展，將多GPU并行技術應用于雷達系統中，逐漸成為了新的雷達研究方向[1]。軟件雷達指的是應用無線電雷達技術的雷達軟件，它依托于信息技術的發展，并且通過具有一定開放性、標準性的平臺發揮自身的功效。軟件雷達能夠將原本單一的雷達信號劃分為若干個信號，展開相應的處理，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，有利于雷達技術的不斷發展。并行技術為雷達技術注入了生機與活力，工作人員應當建立與時代發展相適應的意識，并且將并行技術與雷達技術相結合，從而實現雷達系統信號處理的高效[2]。

一、雷達信號并行處理的架構分析

對于雷達系統而言，信號處理能力至關重要，工作人員應當加強對雷達系統信號處理能力的關注，并且推進其能力的不斷提升[3]。將多GPU并行技術應用于對雷達系統信號處理上，能夠大幅度提升信號處理的效率。然而這一工作卻對技術人員提出了更高的要求，技術人員應當首先明確雷達信號并行處理的架構，只有這樣才能開展接下來的工作。在雷達系統的并行處理中，它往往是通過數據采樣器、CUP及其多個GPU來進行的。首先，數據采樣器會將雷達收集的模擬信號以數字信號的形式呈現出來；然后CPU就會對這些數字信號進行協調；最后，GPU會對這些信號進行分別的處理。當經過以上流程后，顯示器就會將最終的處理結果呈現給相應的人員[4]。技術人員應當不斷提升自己的專業水平以及職業素養，明確以上流程，只有這樣才能夠實現多GPU并行處理的應用。在雷達并行處理系統中，訪存是極為關鍵的內容，它是整個系統設計的瓶頸，所以設計人員應當加強對訪存速度的關注，確保系統能夠具有較高的訪存速度，只有這樣才能更好的發揮并行處理的性能。為了提升訪存速度，工作人員應當充分將存儲器的效能發揮出來，以此提高雷達系統的運行效率。目前，提升存儲器的訪存效率主要有兩種途徑：首先，技術人員可以嘗試利用GPU的零復制功能，將數據直接映射到RAM空間中，實現數據的直接轉移，提升訪存速度；其次，技術人員還可以用過紋理存儲器的緩存優化，來實現訪問行為的優化，進而促進訪存效率。綜上所述，技術人員應當首先明確對架構的設計，只有這樣才能更好的發揮多GPU并行技術的效能，實現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，以下將應用任務級、數據級以及線程級，展開相關的計算模型分析。

（一）雷達信號任務級并行處理

技術人員若是想要實行多GPU并行處理，那么可以首先創建任務隊列，明確雷達系統信號處理的任務，然后再利用數據采樣，以中央處理器的主線程實現對信號的劃分與控制，最后再由GPU實現對信號的處理。由于在任務分配時，可能會出現GPU負荷超載的情況，進而影響信號處理效率，所以技術人員應當注重任務的合理分配，確保每個GPU都能都被分配到一定量的任務，保持工作量的平衡，只有這樣才能夠有效實現多GPU并行處理的效用。在多GPU處理中，雷達系統應當以輪轉的形式為GPU分配任務，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，從而實現它們的負載平衡。為了實現這一目標，技術人員在創建任務隊列時，應當首先調查內部GPU的數量，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）雷達信號數據級并行處理

數據級并行處理要求技術人員應當將數據流進行合理的劃分。當技術人員創界了任務隊列后，就應當通過雷達系統，將這些任務再劃分為一個或者多個數據流，然后分配給相應的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據流再劃分為若干個二維數據組，然后再分配相應的GPU進行處理，從而實現數據處理的更新迭代，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容。軟件雷達在處理信號時，往往會通過中頻信號實現對模擬信號的轉變，將模擬信號轉變為數字信號，然后再將數字信號與混頻信號進行香蕉，從而得到正交信號。在雷達系統將正交信號以及采樣點進行集中處理，及時人員應當將采樣數據輸入至內核函數中，然后再展開集中處理工作。技術人員應當明確內核函數以及采樣點的網格位置問題，并且在輸入流程中展開維度計算。技術人員可以將采樣數據作為獨立存在的單元，映射到線程中，從而進行相關處理。由于雷達系統的紋路存儲器上具有高速片上緩存，所以它的數據讀取速度較快，技術人員可以利用紋理存儲器的這一特點，展開相關工作。技術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數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的線程能夠對數據流進行映射，將這些數據映射為更加細致的數據流，并對這些數據流展開相應的處理。在這一流程中，數據流主要是通過線程網格，再到線程塊，最后到線程的流程來被處理的。技術人員應當明確線程級的工作流程，然后再合理應用多GPU技術。

結束語：

多GPU技術的應用，極大程度上促進了雷達信號處理的效率，技術人員應當明確多GPU技術的優越性，并且將其應用在雷達信號的處理上。

參考文獻：

[1]殷凱.軟件信號處理的多GPU并行技術[J].數字技術與應用，2018，36（5）：74，76.

[2]鄭瑩瑩.軟件雷達信號處理的多GPU并行技術[J].商品與質量，2016（21）：134.

[3]梁先明.離線信號的并行分析處理技術[J].電訊技術，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[J].信息化建設，2016（9）：72-73.

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

[6]金莉，孔文青，宋萬杰等.基于GPU的信號產生及脈沖壓縮實現[J].雷達科學與技術，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/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