基于GPGPU的雷达信号处理算法实现
发布时间：2021-08-03 02:27
近年来,随着各种类型、各种功能的无人机的相继出现,在诸如机场、大型露天会场等地,无人机的使用问题成为安防的首要解决问题。以无人机为代表的低空慢速小目标探测也成为雷达探测的重要难题之一。虽然机载预警雷达和球载雷达具有探测低空目标的优势,但它们系统复杂、实现困难、成本过高;传统的数字信号处理平台如FPGA+DSP,其硬件和软件的开发难度都很大,开发周期长,不易于维护且不易于移植。因此本文设计了一种以通用并行计算平台GPGPU为硬件基础,以线性调频连续锯齿波为发射波形的针对低空慢速小目标的雷达系统。本文所采用的研究方法为首先通过MATLAB仿真说明各个信号处理算法的原理及目标信息提取过程;然后以GPGPU为硬件基础,研究了线性调频连续波雷达信号处理在GPGPU上实现的可行性,并与MATLAB结果做对比,证明GPGPU实现的正确性;最后借助MKL库函数在CPU上实现相同的雷达信号处理算法并分别测量两种平台的实现时间,通过时间对比说明GPGPU平台并行实现的加速效果。论文首先介绍了线性调频连续波雷达系统的基本组成和原理以及数字信号处理算法的原理及效果对比。通过公式推导说明线性调频连续波雷达如何利...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GPU在高性能计算领域的应用现如今，只要是涉及较大数据量的处理，都会用到GPU做加速，这样不仅节省
列模型如图 2.11 所示，发射天线为水平方均匀分布在 120°的弧形上，发射和接收同被接收天线接收。数字波束合成为 16 路回的发射方向，每个波束负责 3°，3°的中“宽发窄收”，波束在每个波位的驻留时间检测性能具有更大的优势。
172.5°、…、190.5°、193.5°分别为 10 个波束的中心方向。从图中也可以直观地看出，一个很宽的波峰合成了 10 个很窄的波峰。图2.12 多波束合成示意图2.3.3 杂波抑制及动目标检测动目标检测 MTD（Moving Target Detection）是一种抑制杂波，以求在杂波背景下检测运动目标的技术。MTD 的实现方法为积累 N 个脉冲重复周期，对这些重复周期的同一距离单元的信号做纵向 FFT 或者滤波处理，得到频域多普勒维的信息，实现不同速度目标的分离。由于雷达回波信号中的有用信号非常弱而噪声很强，要想把有用信号提取出来就要先对回波信号进行放大，但是单纯整体放大回波会导致有用信号和噪声同时被放大，达不到目的。又因为不同的脉冲重复周期中信号的频率是固定的，而噪声是随机的，做完 N 个脉冲重复周期的积累之后，有用信号相当于做了相干积累变成了单一信号的 N 倍
【参考文献】：
期刊论文
[1]低慢小目标雷达探测技术研究[J]. 张少峰. 现代导航. 2017(06)
[2]一种数字化雷达软件构件化设计[J]. 杨柳,张弛. 电子技术与软件工程. 2017(14)
[3]软件化雷达系统技术综述[J]. 张荣涛,杨润亭,王兴家,李路野. 现代雷达. 2016(10)
[4]现代雷达信号处理的技术和发展趋势[J]. 潘婷. 科学中国人. 2016(18)
[5]基于PCIE接口的高速数据传输系统设计[J]. 张彪,宋红军,刘霖,胡骁,李洋. 电子测量技术. 2015(10)
[6]试论大型活动安保工作中“低慢小”目标的防范与处置[J]. 罗宏伟. 武警学院学报. 2015(09)
[7]“软件化雷达”技术研究[J]. 汤俊,吴洪,魏鲲鹏. 雷达学报. 2015(04)
[8]基于FPGA的DDR3存储控制的设计与验证[J]. 殷晔,李丽斯,常路,尉晓惠. 计算机测量与控制. 2015(03)
[9]基于多核与众核结构的并行编程模型研究[J]. 王文义,王晗. 中原工学院学报. 2014(03)
[10]基于OpenMP矩阵相乘并行算法的设计[J]. 潘亮,郭改枝,宋鑫梦. 宝鸡文理学院学报(自然科学版). 2014(01)
博士论文
[1]面向千万亿次CPU-GPU异构系统的编程模型与性能优化关键技术研究[D]. 王锋.国防科学技术大学 2013
[2]面向GPU计算平台的若干并行优化关键技术研究[D]. 贾海鹏.中国海洋大学 2012
硕士论文
[1]宽窄带雷达信号处理在GPGPU上的实现[D]. 徐杰.西安电子科技大学 2017
[2]相控阵雷达抗干扰方法应用及实现[D]. 陈勇.电子科技大学 2017
[3]线性调频连续波雷达信号处理研究及数据分析[D]. 刘贺.西南交通大学 2016
[4]FPGA与PC间基于PCIe和千兆以太网的通信设计[D]. 温春江.西安电子科技大学 2014
[5]雷达低速目标检测方法研究[D]. 陆晨阳.西安电子科技大学 2014
[6]基于GPU+CPU软件化雷达终端系统的设计与实现[D]. 曹成忠.武汉理工大学 2014
[7]基于数据流驱动模式的多DSP信号处理平台设计[D]. 张宏飞.西安电子科技大学 2014
[8]低空目标指示雷达信号处理算法与实现[D]. 尹冬敏.西安电子科技大学 2011
[9]LFMCW雷达信号处理软件设计[D]. 陈凯.西安电子科技大学 2009
[10]基于SMP集群的MPI+OpenMP混合并行编程模型研究与应用[D]. 王惠春.湘潭大学 2008
本文编号：3318740
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GPU在高性能计算领域的应用现如今，只要是涉及较大数据量的处理，都会用到GPU做加速，这样不仅节省
列模型如图 2.11 所示，发射天线为水平方均匀分布在 120°的弧形上，发射和接收同被接收天线接收。数字波束合成为 16 路回的发射方向，每个波束负责 3°，3°的中“宽发窄收”，波束在每个波位的驻留时间检测性能具有更大的优势。
172.5°、…、190.5°、193.5°分别为 10 个波束的中心方向。从图中也可以直观地看出，一个很宽的波峰合成了 10 个很窄的波峰。图2.12 多波束合成示意图2.3.3 杂波抑制及动目标检测动目标检测 MTD（Moving Target Detection）是一种抑制杂波，以求在杂波背景下检测运动目标的技术。MTD 的实现方法为积累 N 个脉冲重复周期，对这些重复周期的同一距离单元的信号做纵向 FFT 或者滤波处理，得到频域多普勒维的信息，实现不同速度目标的分离。由于雷达回波信号中的有用信号非常弱而噪声很强，要想把有用信号提取出来就要先对回波信号进行放大，但是单纯整体放大回波会导致有用信号和噪声同时被放大，达不到目的。又因为不同的脉冲重复周期中信号的频率是固定的，而噪声是随机的，做完 N 个脉冲重复周期的积累之后，有用信号相当于做了相干积累变成了单一信号的 N 倍
【参考文献】：
期刊论文
[1]低慢小目标雷达探测技术研究[J]. 张少峰. 现代导航. 2017(06)
[2]一种数字化雷达软件构件化设计[J]. 杨柳,张弛. 电子技术与软件工程. 2017(14)
[3]软件化雷达系统技术综述[J]. 张荣涛,杨润亭,王兴家,李路野. 现代雷达. 2016(10)
[4]现代雷达信号处理的技术和发展趋势[J]. 潘婷. 科学中国人. 2016(18)
[5]基于PCIE接口的高速数据传输系统设计[J]. 张彪,宋红军,刘霖,胡骁,李洋. 电子测量技术. 2015(10)
[6]试论大型活动安保工作中“低慢小”目标的防范与处置[J]. 罗宏伟. 武警学院学报. 2015(09)
[7]“软件化雷达”技术研究[J]. 汤俊,吴洪,魏鲲鹏. 雷达学报. 2015(04)
[8]基于FPGA的DDR3存储控制的设计与验证[J]. 殷晔,李丽斯,常路,尉晓惠. 计算机测量与控制. 2015(03)
[9]基于多核与众核结构的并行编程模型研究[J]. 王文义,王晗. 中原工学院学报. 2014(03)
[10]基于OpenMP矩阵相乘并行算法的设计[J]. 潘亮,郭改枝,宋鑫梦. 宝鸡文理学院学报(自然科学版). 2014(01)
博士论文
[1]面向千万亿次CPU-GPU异构系统的编程模型与性能优化关键技术研究[D]. 王锋.国防科学技术大学 2013
[2]面向GPU计算平台的若干并行优化关键技术研究[D]. 贾海鹏.中国海洋大学 2012
硕士论文
[1]宽窄带雷达信号处理在GPGPU上的实现[D]. 徐杰.西安电子科技大学 2017
[2]相控阵雷达抗干扰方法应用及实现[D]. 陈勇.电子科技大学 2017
[3]线性调频连续波雷达信号处理研究及数据分析[D]. 刘贺.西南交通大学 2016
[4]FPGA与PC间基于PCIe和千兆以太网的通信设计[D]. 温春江.西安电子科技大学 2014
[5]雷达低速目标检测方法研究[D]. 陆晨阳.西安电子科技大学 2014
[6]基于GPU+CPU软件化雷达终端系统的设计与实现[D]. 曹成忠.武汉理工大学 2014
[7]基于数据流驱动模式的多DSP信号处理平台设计[D]. 张宏飞.西安电子科技大学 2014
[8]低空目标指示雷达信号处理算法与实现[D]. 尹冬敏.西安电子科技大学 2011
[9]LFMCW雷达信号处理软件设计[D]. 陈凯.西安电子科技大学 2009
[10]基于SMP集群的MPI+OpenMP混合并行编程模型研究与应用[D]. 王惠春.湘潭大学 2008
本文编号：3318740
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