基于GPU的宽带波束形成算法研究
发布时间：2021-10-13 08:10
宽带波束处理技术具有高增益、强抗干扰及高空间分辨能力等优点,是水声信号处理的重要手段。但是宽带处理尤其是时域处理计算复杂度较高,在传统计算平台上实现实时波束处理系统有较大的困难。因此有必要开展适合于宽带波束处理的高性能处理技术研究,以便为未来宽带波束处理系统设计提供指导性意见。本论文在宽带无失真波束处理的基础上,围绕阵列宽带波束处理的实时实现问题,研究基于GPU高性能并行处理架构,改进现有宽带波束形成算法,从而解决宽带波束形成面对的实时处理问题。论文主要工作如下:首先,为了获取无失真接收信号,分析研究了DFT波束形成器、分数时延波束形成器和恒束宽波束形成器。针对频域实现缝合不流畅的问题,给出重叠分段的解决方法,并对其改善情况进行分析。时域实现的核心是分数时延滤波器的设计问题,给出两种设计实现方法,对于更一般的FIR滤波器设计,给出二阶锥规划设计方法,并对几种方法的设计误差和性能进行仿真分析和比对。针对方位偏差数据波束输出波形失真问题,给出基于分布设计思想的恒束宽波束形成器设计方法,仿真分析各步骤的设计误差和性能。其次,根据CUDA异构编程模型,研究了基于GPU的宽带波束形成器优化设计方...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DFT宽带波束形成器结构框图
[28]。假设对应第 m 号阵元第 l 段接收数据的加权值下所示：[ ]1 1 1 1( ) ( 1) ( )M L M Lml m ml mm l m ly i h x i l h x i= = = == = 器组为对应波束输出角度的分数时延补偿的 FIR 数确时延补偿，此时系统为宽带时域常规波束形成处FIR 滤波器的精度[18]。处理的输入数据块大小与 FIR 波束处理中滤波器长 FIR 滤波器冲激响应函数的对应关系，即某阵元在元通过的 FIR 滤波器在该频点的频率响应，根据这波束形成器设计方法的处理框图如下：
图 2.3 调频信号波形和频谱用常规波束形成加权向量进行 DFT 宽带波束形成，波束方向指向10 。将叠均分成两段进行处理，先对各段数据进行 FFT 变换到频域，再取出需要带数据，对各段频域窄带数据进行常规波束形成。得到的两段波束输出频图所示，对各段频域输出数据进行 IFFT 得到时域输出波形，由于只对通行计算，未进行波束输出的子带置 0，拼接后的时域输出信号如图所示：图 2.4 无重叠分段输出波形和各段信号频谱输入数据按50%重叠分段进行处理，各段频域输出如图所示，对各段时域重叠率拼接各段输出数据，得到的时域输出如图所示
【参考文献】：
期刊论文
[1]动态任务分配CUDA线程束步进体绘制[J]. 孙万捷,高瞻,潘海燕,王杰华,蒋峥峥. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(10)
[2]基于改进MUSIC算法的宽带DOA估计[J]. 张涛涛,张兴敢. 南京大学学报(自然科学). 2016(05)
[3]新型高性能计算系统与技术[J]. 廖湘科,肖侬. 中国科学:信息科学. 2016(09)
[4]CPU-GPU异构多核系统的动态任务调度算法[J]. 裴颂文,宁静,张俊格. 计算机应用研究. 2016(11)
[5]宽带波束形成结构及算法研究[J]. 赵拥军,陈辉,刘成城,刘亚奇,吴波. 电子测量与仪器学报. 2014(07)
[6]基于Farrow结构的恒定束宽时域波束形成器研究与实现[J]. 周天,张秉致,杜伟东,彭东东. 通信学报. 2014(06)
[7]拖曳线列阵声呐平台噪声的空域矩阵滤波抑制技术[J]. 韩东,李建,康春玉,黄海宁,李启虎. 声学学报. 2014(01)
[8]宽带阵列接收信号波束形成算法综述[J]. 王梦南,王壮,程翥. 现代电子技术. 2013(21)
[9]多接收阵合成孔径声纳线频调变标成像算法[J]. 张学波,唐劲松,张森,钟何平. 系统工程与电子技术. 2013(07)
[10]基于凸优化的最小旁瓣恒定束宽时域宽带波束形成[J]. 范展,梁国龙. 电子学报. 2013(05)
硕士论文
[1]GPGPU结构研究与性能分析[D]. 邢千里.吉林大学 2017
[2]时域宽带数字波束形成技术研究[D]. 刘铸华.中国舰船研究院 2015
[3]自适应滤波器中LMS算法的研究及应用[D]. 夏晓.北京邮电大学 2013
[4]宽带恒定束宽波束形成算法及其实现[D]. 卓光宇.西安电子科技大学 2010
[5]基于FPGA的声成像算法研究与实现[D]. 杨长根.哈尔滨工程大学 2009
[6]宽带恒定束宽波束形成方法研究[D]. 白梅.电子科技大学 2008
本文编号：3434282
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DFT宽带波束形成器结构框图
[28]。假设对应第 m 号阵元第 l 段接收数据的加权值下所示：[ ]1 1 1 1( ) ( 1) ( )M L M Lml m ml mm l m ly i h x i l h x i= = = == = 器组为对应波束输出角度的分数时延补偿的 FIR 数确时延补偿，此时系统为宽带时域常规波束形成处FIR 滤波器的精度[18]。处理的输入数据块大小与 FIR 波束处理中滤波器长 FIR 滤波器冲激响应函数的对应关系，即某阵元在元通过的 FIR 滤波器在该频点的频率响应，根据这波束形成器设计方法的处理框图如下：
图 2.3 调频信号波形和频谱用常规波束形成加权向量进行 DFT 宽带波束形成，波束方向指向10 。将叠均分成两段进行处理，先对各段数据进行 FFT 变换到频域，再取出需要带数据，对各段频域窄带数据进行常规波束形成。得到的两段波束输出频图所示，对各段频域输出数据进行 IFFT 得到时域输出波形，由于只对通行计算，未进行波束输出的子带置 0，拼接后的时域输出信号如图所示：图 2.4 无重叠分段输出波形和各段信号频谱输入数据按50%重叠分段进行处理，各段频域输出如图所示，对各段时域重叠率拼接各段输出数据，得到的时域输出如图所示
【参考文献】：
期刊论文
[1]动态任务分配CUDA线程束步进体绘制[J]. 孙万捷,高瞻,潘海燕,王杰华,蒋峥峥. 计算机辅助设计与图形学学报. 2016(10)
[2]基于改进MUSIC算法的宽带DOA估计[J]. 张涛涛,张兴敢. 南京大学学报(自然科学). 2016(05)
[3]新型高性能计算系统与技术[J]. 廖湘科,肖侬. 中国科学:信息科学. 2016(09)
[4]CPU-GPU异构多核系统的动态任务调度算法[J]. 裴颂文,宁静,张俊格. 计算机应用研究. 2016(11)
[5]宽带波束形成结构及算法研究[J]. 赵拥军,陈辉,刘成城,刘亚奇,吴波. 电子测量与仪器学报. 2014(07)
[6]基于Farrow结构的恒定束宽时域波束形成器研究与实现[J]. 周天,张秉致,杜伟东,彭东东. 通信学报. 2014(06)
[7]拖曳线列阵声呐平台噪声的空域矩阵滤波抑制技术[J]. 韩东,李建,康春玉,黄海宁,李启虎. 声学学报. 2014(01)
[8]宽带阵列接收信号波束形成算法综述[J]. 王梦南,王壮,程翥. 现代电子技术. 2013(21)
[9]多接收阵合成孔径声纳线频调变标成像算法[J]. 张学波,唐劲松,张森,钟何平. 系统工程与电子技术. 2013(07)
[10]基于凸优化的最小旁瓣恒定束宽时域宽带波束形成[J]. 范展,梁国龙. 电子学报. 2013(05)
硕士论文
[1]GPGPU结构研究与性能分析[D]. 邢千里.吉林大学 2017
[2]时域宽带数字波束形成技术研究[D]. 刘铸华.中国舰船研究院 2015
[3]自适应滤波器中LMS算法的研究及应用[D]. 夏晓.北京邮电大学 2013
[4]宽带恒定束宽波束形成算法及其实现[D]. 卓光宇.西安电子科技大学 2010
[5]基于FPGA的声成像算法研究与实现[D]. 杨长根.哈尔滨工程大学 2009
[6]宽带恒定束宽波束形成方法研究[D]. 白梅.电子科技大学 2008
本文编号：3434282
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