基于GPU的大气辐射传输特性快速计算技术研究

发布时间：2017-08-24 06:41

  本文关键词：基于GPU的大气辐射传输特性快速计算技术研究

  更多相关文章： 图形处理单元(GPU) 高性能计算 大气传输特性

【摘要】：红外技术在最近几年的蓬勃发展,一方面带来了快速处理红外图像的需求,另一方面也对红外图像处理是否准确提出了挑战。而GPU(Graphics Processing Unit,图形处理单元)高性能异构计算作为一种新兴的高性能计算解决方案,以其强大的计算能力和低廉的成本正在越来越广泛地应用于各行各业。在过去的几年中,基于GPU的高性能计算飞速发展,大量的研究也不断表明GPU计算相对于传统的CPU计算有着巨大的优势。本课题来源于交通运输部重大科技项目《恶劣海况下直升机救助能力提升关键技术与示范》——恶劣海况下海面遇险目标快速搜寻定位关键技术与应用系统研究。为了在恶劣海况下排除大气传输辐射干扰,更加精确快速地发现海上遇险目标,本课题组建立了大气辐射传输特性模型并自行设计完成了特性参数的计算程序。不过由于求解过程中计算量较大,该软件无法利用现有的CPU达到实时计算的目标,因此本文利用GPU快速计算实时地去除成像路径上大气辐射传输对目标成像的影响,为图像的后续处理以及准确及时的发现目标做准备。本文从国内外关于GPU加速和大气传输特性参数快速计算的相关研究现状出发,首先简要介绍GPU异构计算平台的硬件结构、编程模型。然后通过分析大气传输特性参数计算算法的特点,运用C++ AMP编程语言在MVC编程模式下,将程序的各部分功能分为控制器、视图和模块三个部分,通过标准化、模块化、并行化三步走的方式,实现了大气传输特性参数在GPU平台上的快速计算。最后通过比对计算结果验证了程序的准确性,并在此基础上通过数据分析发现AMD Radeon HD 7870显卡在可见光波段可将原程序从平均耗时2304ms降低到18ms,在中红外波段则可以加速至仅耗时16ms,完全满足图像实时处理的耗时小于40ms要求。
【关键词】：图形处理单元(GPU) 高性能计算 大气传输特性
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN011
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题的研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 GPU相关应用研究12-13
• 1.2.2 大气辐射传输特性的研究现状13-14
• 1.3 论文研究内容与结构14-16
• 第2章 GPU快速计算原理16-27
• 2.1 硬件结构16-20
• 2.1.1 基本硬件结构16-17
• 2.1.2 共享存储硬件结构17-20
• 2.2 编程模型20-21
• 2.3 编程语言21-22
• 2.4 显卡对比22-24
• 2.5 性能考量24-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第3章 大气传输特性参数快速计算方法27-43
• 3.1 大气辐射传输模型27-29
• 3.2 基于CPU的软件实现29-34
• 3.2.1 软件平台与参数29-30
• 3.2.2 软件的流程30-34
• 3.3 基于GPU的快速计算方法与软件实现34-42
• 3.3.1 标准化34-36
• 3.3.2 模块化36-39
• 3.3.3 并行化39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 软硬件实现与性能验证43-54
• 4.1 软硬件实现43-47
• 4.2 快速计算方法精度验证47-50
• 4.2.1 晴天无云无雨天气条件下验证结果47-48
• 4.2.2 晴天有云天气条件下验证结果48-49
• 4.2.3 雾天小雨天气条件下验证结果49-50
• 4.3 快速计算方法实时性验证50-52
• 4.4 本章小结52-54
• 总结54-55
• 参考文献55-58
• 致谢58-59
• 作者简介59

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 云希俊,张红,张广顺,王松皋;大气辐射传输模拟实验[J];气象;1989年07期

2 石广玉;大气辐射传输学[J];地球科学进展;1991年05期

3 杨贵军;柳钦火;刘强;肖青;顾行发;黄文江;;中红外大气辐射传输解析模型及遥感成像模拟[J];光谱学与光谱分析;2009年03期

4 魏合理;陈秀红;饶瑞中;;通用大气辐射传输软件CART介绍[J];大气与环境光学学报;2007年06期

5 戴聪明;魏合理;胡顺星;;不同版本HITRAN数据库对高层大气辐射传输影响特性分析[J];光学学报;2013年05期

6 魏合理;陈秀红;戴聪明;;通用大气辐射传输软件(CART)及其应用[J];红外与激光工程;2012年12期

7 ;[J];;年期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 戴聪明;陈秀红;魏合理;;高层大气辐射传输(SHARC)软件的应用[A];第九届全国光电技术学术交流会论文集（上册）[C];2010年

2 魏合理;陈秀红;;通用大气辐射传输软件(CART)及其在目标辐射特性测量中的应用[A];第十届全国光电技术学术交流会论文集[C];2012年

3 李健;任红玲;高枞亭;李尚锋;刘珂;王杰;唐晓玲;;东北平原中部春季卫星热红外遥感的大气辐射传输模拟[A];第28届中国气象学会年会——S9大气物理学与大气环境[C];2011年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 郭晶;临边大气背景光谱辐射特性研究[D];电子科技大学;2015年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 张敏;典型天气大气辐射传输特性模型设计与实现[D];大连海事大学;2015年

2 谢秉磊;基于GPU的大气辐射传输特性快速计算技术研究[D];大连海事大学;2016年

3 史本伟;基于网格环境的大气辐射传输模拟[D];吉林大学;2007年

4 卢鹏;大气辐射传输模式的比较及其应用[D];中国气象科学研究院;2009年

5 孙星;气溶胶颗粒辐射特性反演及大气辐射传输模拟[D];哈尔滨工业大学;2014年

，

本文编号：729798