基于GPU的低速目标监视雷达信号处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于GPU的低速目标监视雷达信号处理方法，接收I/Q信号数据，对I信号数据和Q信号数据分别进行预处理，将处理后的数据存入GPU内存；读取存储于GPU内存中的预处理数据，进行脉冲压缩，并将脉冲压缩后的数据存入MTD的GPU数据缓冲区；读取存储于MTD的GPU数据缓冲区中的数据，将读取出的数据加权后进行FFT处理，并对FFT处理后的数据进行对数处理；将对数处理后的数据进行恒虚警检测运算，并将运算结果存入GPU数据缓冲区；拷贝GPU数据缓冲区中的数据到CPU内存中，并解算出相应的航迹数据信息。本发明专利技术采用基于CPU+GPU架构开发，通过C++和CUDA编程实现对雷达信号的实时处理，大大提高雷达信号的处理能力。

【技术实现步骤摘要】
基于GPU的低速目标监视雷达信号处理方法
本专利技术涉及雷达信号处理领域，特别是一种基于GPU的低速目标监视雷达信号处理方法。
技术介绍
低速目标监视雷达是一种用于监视低速度的空中目标或地面目标的一种雷达，对实时处理提出很高的要求，由于采样率较高，积累时间较长的情况下对数据处理的运算量比较大。目前，雷达信号处理系统的电路设计大都采用数字信号处理芯片(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)或复杂的可编程逻辑器件(CPLD)，虽然这些器件的集成度高，能满足雷达系统发射与接收协同，兼顾系统快速响应和实时处理能力，但是这些硬件是需要定制开发专用的处理板，并在对硬件的逻辑编程实现是比较复杂的，具有较强的定制性，这导致雷达系统的开发难度高、灵活性差、成本高。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种基于GPU的低速目标监视雷达信号处理方法，通过对GPU编程实现对监视雷达信号实时处理，大大提高雷达信号的处理能力。本专利技术采用的技术方案是：一种基于GPU的低速目标监视雷达信号处理方法，包括如下步骤：a、接收I/Q信号数据，对I信号数据和Q信号数据分别进行预处理，将处理后的数据存入GPU内存；b、读取存储于GPU内存中的预处理数据，进行脉冲压缩，并将脉冲压缩后的数据存入MTD的GPU数据缓冲区；c、读取存储于MTD的GPU数据缓冲区中的数据，将读取出的数据加权后进行FFT处理，并对FFT处理后的数据进行对数处理；d、将对数处理后的数据进行恒虚警检测运算，并将运算结果存入GPU数据缓冲区；e、拷贝GPU数据缓冲区中的数据到CPU内存中，并解算出相应的航迹数据信息。优选地，所述步骤b包括如下步骤：b1、读取存储于GPU内存中的预处理数据，对各个脉冲重复周期各个通道下长脉冲和短脉冲的数据进行拆分聚集存储；并将拆分聚集存储后的长脉冲和短脉冲进行FFT处理；b2、分别读取长脉冲压缩系数和短脉冲压缩系数，并与FFT处理后的长脉冲和短脉冲作系数相乘；b3、对脉压系数相乘后的长脉冲和短脉冲进行IFFT变换，将抽取脉压后的长脉冲和短脉冲数据存入MTD的GPU数据缓冲区。优选地，所述步骤b1中，调用CUDA针对GPU封装的傅里叶变换函数库cufft，对长脉冲和短脉冲进行FFT处理；所述步骤b2中，调用CUDA针对GPU封装的傅里叶变换函数库cufft，对脉压系数相乘后的长脉冲和短脉冲进行IFFT处理。优选地，所述步骤c包括如下步骤：根据权系数库法对读取出的数据进行加权处理，并调用CUDA针对GPU封装的傅里叶变换函数库cufft对加权后的数据进行FFT处理。优选地，所述步骤d包括如下步骤：将CFAR数据缓冲区中的数据向两边各延伸m+n个距离单元数；对MTD中的数据，分别在距离域和频率域进行CFAR运算后，减掉环境估值L/R和门限值U，同时去掉距离维上两边延伸的m+n个数据；将结果填入GPU数据缓冲区；其中，m表示CFAR运算时的左右运算距离单元数，n表示CFAR运算时的左右间隔距离单元数。本专利技术的有益效果是：1、采用基于CPU+GPU架构开发，通过C++和CUDA编程实现对雷达信号的实时处理，不依赖于硬件资源，不仅成本低，而且还具有较高的可移植性；2、大大提高了程序的开发效率，缩短了开发时间，并易于测试和升级。附图说明图1为本专利技术实施例所述基于GPU的低速目标监视雷达信号处理方法的流程图；图2为本专利技术实施例中雷达信号处理流程图；图3为本专利技术实施例中的信号存储结构图；图4为本专利技术实施例中的距离-频率二维恒虚警检测器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。实施例如图1-3所示，一种基于GPU的低速目标监视雷达信号处理方法，具体步骤如下：步骤1：信号接收。本步骤首先将长度为L的长短脉冲信号数据从CPU内存中拷贝到GPU内存中，连续拷贝Lp(脉冲重复周期数)条数据；然后GPU启动Lp×L个线程并行处理数据IQ，最后将I数据和Q数据保存在GPU缓冲区中。步骤2：脉冲压缩。本步骤从GPU缓冲区中读取I/Q数据，将各个脉冲重复周期(PRI)各通道下长脉冲和短脉冲的数据进行拆分聚集存储，利用CUDA针对GPU封装的傅里叶变换函数库cufft对长脉冲和短脉冲进行FFT处理，分别读取长脉冲压缩系数和短脉冲压缩系数与FFT处理后的长脉冲和短脉冲作系数相乘，再调用CUDA针对GPU封装的傅里叶变换函数库cufft对进行脉压系数相乘后的长短脉冲作IFFT变换，然后分别对脉压后的长脉冲和短脉冲数据进行抽取后存入MTD的GPU数据缓冲区。具体包括：(1)长短脉冲数据分离，从GPU缓冲区中读取长度为Lp×L的预处理数据(即脉压原始数据)，启动Lp×L个GPU线程并行执行长短脉冲数据分离，并将所有PRI的所有短脉冲数据顺序存储在GPU缓冲区SpData中，同时也将所有PRI的所有长脉冲数据顺序存储在GPU缓冲区LpData中，此时SpData数据结构为Lp×Spfft，LpData数据结构为Lp×Lpfft，其中Spfft为短脉冲数据的FFT点数，Lpfft为长脉冲数据的FFT点数；(2)FFT处理，采用cufft计算库来实现短脉冲数据和长脉冲数据的FFT计算来获得较高的运算效率。(3)短、长脉压系数相乘，启动Lp×Spfft条线程并行执行SpData中数据与短脉压系数相乘后存入SpData中，启动Lp×Lpfft条线程并行执行LpData中数据与长脉压系数相乘后存入LpData中。(4)IFFT处理，采用cufft计算库来执行短脉压系数相乘后的短脉冲数据和长脉压系数相乘后的长脉冲数据的IFFT计算结果存入SpData和LpData中。(5)数据抽取，分别对SpData和LpData中数据进行抽取，抽取之后SpData的数据结构为Lp×Spextra，LpData的数据结构为Lp×Lpextra，并将LpData中数据拼接在SpData数据之后存储在MTD数据缓冲区LSpData连续空间中(LSpData的存储结构为固定的(Spextra+Lpextra)×MTDNum,MTDNum为MTD阶数，是Lp的整数倍)，并统计进行PC的次数Count(初始值为0)，让Count＝Count+Lp。步骤3：动目标检测。本步骤从MTD的GPU数据缓冲区读取数据LSpData，并判断Count是否大于MTDNum，若Count>MTDNum，则执行Count＝Count-Lp，启动Lp×L个GPU线程来并行处理，通过权系数库法对MTD数据缓冲区LSpData中数据进行加权处理，然后调用CUDA针对GPU封装的傅里叶变换函数库cufft对加权后的MTD数据进行FFT处理，最后对FFT处理后数据进行对数处理；否则执行步骤1，进入下一循环。步骤4：恒虚警检测。本步骤从GPU缓存中读取MTD对数数据，设置门限值U，创建一个大小为MTDNum×((Spextra+Lpextra)+(m+n)×2的CFAR数据缓冲区，把从GPU缓存中读取的MTD数据转换为CFAR存储格式，即由(Spextra+Lpextra)×MTDNum结构转换为MTDNum×(Spextra+Lpextra)结构，分别对距离域和频率域根据CFAR公式对MTD数据进行运算，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GPU的低速目标监视雷达信号处理方法，其特征在于，包括如下步骤：a、接收I/Q信号数据，对I信号数据和Q信号数据分别进行预处理，将处理后的数据存入GPU内存；b、读取存储于GPU内存中的预处理数据，进行脉冲压缩，并将脉冲压缩后的数据存入MTD的GPU数据缓冲区；c、读取存储于MTD的GPU数据缓冲区中的数据，将读取出的数据加权后进行FFT处理，并对FFT处理后的数据进行对数处理；d、将对数处理后的数据进行恒虚警检测运算，并将运算结果存入GPU数据缓冲区；e、拷贝GPU数据缓冲区中的数据到CPU内存中，并解算出相应的航迹数据信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于GPU的低速目标监视雷达信号处理方法，其特征在于，包括如下步骤：a、接收I/Q信号数据，对I信号数据和Q信号数据分别进行预处理，将处理后的数据存入GPU内存；b、读取存储于GPU内存中的预处理数据，进行脉冲压缩，并将脉冲压缩后的数据存入MTD的GPU数据缓冲区；c、读取存储于MTD的GPU数据缓冲区中的数据，将读取出的数据加权后进行FFT处理，并对FFT处理后的数据进行对数处理；d、将对数处理后的数据进行恒虚警检测运算，并将运算结果存入GPU数据缓冲区；e、拷贝GPU数据缓冲区中的数据到CPU内存中，并解算出相应的航迹数据信息。2.根据权利要求1所述的基于GPU的低速目标监视雷达信号处理方法，其特征在于，所述步骤b包括如下步骤：b1、读取存储于GPU内存中的预处理数据，对各个脉冲重复周期各个通道下长脉冲和短脉冲的数据进行拆分聚集存储；并将拆分聚集存储后的长脉冲和短脉冲进行FFT处理；b2、分别读取长脉冲压缩系数和短脉冲压缩系数，并与FFT处理后的长脉冲和短脉冲作系数相乘；b3、对脉压系数相乘后的长脉冲和短脉冲进行IFFT变换，将抽取脉压后的长脉冲和短脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨钦，
申请(专利权)人：四川泰立科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51