【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及雷达信号处理，具体涉及一种基于gpu集群的雷达探测空间目标并行信号处理系统。
技术介绍
1、空间目标的探测设备主要可分为光学设备与雷达设备两类。相比于光学设备，雷达具备全天时、全天候的工作能力且可获得高精度的目标径向距离与径向速度测量。对于相控阵雷达，因其独特的波束捷变能力，从而具备不同空域多目标的搜索、跟踪能力。
2、受限于雷达设备的发射功率及天线增益，当探测远超过单脉冲作用距离的目标时，通常采用信号处理的方法对多脉冲回波信号进行长时间相参积累以实现目标探测。对于空间目标，可利用其轨道约束，对多个回波进行运动补偿处理，从而完成能量的有效积累。然而，当目标轨道误差大或无先验轨道信息时，长时间相参积累处理需遍历搜索目标所有可能的轨道参数空间，该处理过程运算量巨大，信号处理时间长，导致测量数据率大幅降低。
3、一种提高数据率的方法是滑窗处理，滑窗处理时，相邻处理帧之间的数据部分重叠，由历史数据和新的回波数据组成新的处理窗。滑窗数越大，数据处理间隔越短，数据率越高。然而，滑窗处理方式对信号处理系统的处理时间提出了更高的要求，需要处理系统具备更强的运算能力。
4、如何设计空间目标的信号处理系统使其能够适应滑窗处理的方式，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种基于gpu集群的雷达探测空间目标并行信号处理系统，能够针对雷达探测空间目标的应用场景，解决采用滑窗方式进行长时间相参积累处理时，由于运算量巨大，现有的信
2、为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：基于gpu集群的雷达探测空间目标并行信号处理系统，该系统包括光纤数据接收转发模块、光纤数据分发模块、多个gpu处理节点及综合处理模块。
3、光纤数据接收转发模块与光纤数据分发模块间、光纤数据分发模块与多个gpu处理节点间通过光纤连接；多个处理节点与综合处理模块通过以太网连接；
4、光纤数据接收转发模块用于进行多路雷达回波光纤数据的接收与合并，合并后的回波数据转发给光纤数据分发模块。
5、光纤数据分发模块解析合并后的回波数据中的控制信息，从数据流提取发射脉冲调制类型、发射脉宽以及信号带宽信息，对合并后的回波数据进行筛选，将筛选出的回波数据转发至对应的gpu处理节点。
6、gpu处理节点通过dma方式获取筛选出的回波数据，解析回波数据控制信息附带的回波标识，根据分配的节点id筛选需要处理的数据范围，完成信号的距离对齐、相位补偿、脉冲压缩、相参积累、恒虚警检测cfar和参数测量。
7、综合处理模块接收各个gpu处理节点的状态信息，完成各gpu处理节点的管理与gpu处理节点间数据级的整合，得到最终的检测和参数测量结果。
8、进一步地，光纤数据接收转发模块包含至少一块光纤数传处理板。
9、光纤数据分发模块包含至少一块光纤数传处理板；其中光纤数据分发模块中的每一块光纤数传处理板对应连接一个gpu处理节点。
10、光纤数传处理板上至少搭载1片fpga芯片。
11、进一步地，光纤数传处理板上还搭载有1片dsp芯片和2片sdram芯片，同时外挂ddr存储芯片；光纤数传处理板安装于标准cpci机箱。
12、进一步地，每个gpu处理节点的主体为带有pcie接口的通用服务器，搭载一块pcie接口的光纤数据接收处理板与4块gpu计算卡，其中光纤数据接收处理板搭载了1片fpga并可外挂两条ddr3内存用于收发缓存，通过pcie接口与服务器连接，以dma方式完成数据的高速传输。
13、进一步地，综合处理模块为通用服务器，各gpu处理节点与综合处理模块间通过以太网连接。
14、进一步地，每个gpu处理节点上均设置有节点处理程序，节点处理程序申请一段连续的内存空间后与光纤数据接收处理板通过dma方式完成数据的传输；节点处理程序解析回波数据控制信息附带的回波标识，根据分配的节点id，选取滑窗处理过程中分配给该节点id的积累窗范围，完成信号的距离对齐、相位补偿、脉冲压缩、相参积累、恒虚警检测cfar和参数测量，并将该积累窗的处理结果上报给综合处理模块。
15、进一步地，综合处理模块上设置有综合处理程序，综合处理程序通过以太网络接收各个节点上报的系统状态，并根据当前的积累脉冲数和设置的滑窗数分配不同的节点id给节点处理程序；其中积累脉冲数为n，滑窗数为m，则对于节点数等于滑窗数的情况，节点0的处理范围为第1～n个脉冲，节点1的处理范围为个脉冲，以此类推，节点m-1的处理范围为个脉冲。
16、进一步地，多gpu处理节点间数据的传输、同步由底层板卡实现，gpu处理节点的具体计算任务由综合处理模块分配、管理，各gpu处理节点只负责完成计算任务。
17、有益效果：
18、1、本专利技术完成了基于gpu集群的雷达探测空间目标并行信号滑窗处理的任务，光纤数据接收转发模块完成了对雷达端原始信号的接收，并按信号处理系统内部格式拼接转发；光纤数据分发模块将原始数据分发至每个gpu处理节点，完成了不同节点间数据的同步；gpu处理节点与综合处理模块交互，完成滑窗处理方式下信号的距离对齐、相位补偿、脉冲压缩、相参积累、恒虚警检测(cfar)和参数测量；综合处理模块完成各个处理节点数据级的整合，得到最终的处理结果。
19、2、本专利技术采用综合处理模块与多个gpu处理节点间的主从结构。综合处理模块根据实时监测获得的处理节点个数，完成运算任务的动态分配及负载均衡；每个gpu处理节点则最大限度的利用gpu自身单指令流多数据流的并行处理架构，选取综合处理模块分配的处理数据，完成波门截取、相位补偿和脉冲压缩处理后，在全参数空间并行搜索目标运动参数，利用搜索到目标运动参数对多个脉冲压缩结果进行相参积累，并完成空间目标的恒虚警检测和参数测量；综合处理模块汇总各节点处理结果。
20、3、光纤数据接收转发模块、光纤数据分发模块利用fpga灵活的数据输入输出接口和强实时控制能力，通过光纤接口及pcie总线完成处理数据在多个节点间转发与同步，避免了现有gpu集群处理过程中数据在各节点间传输过程受限于各节点间传输带宽的情况，能够满足需要强实时控制以及超高速运算能力下的空间目标探测要求。
21、4、该架构可以通过增加光纤数据接收转发模块、光纤数据分发模块完成gpu处理节点的扩展，后续可以在不改变原有处理方式的基础上增加处理节点以提高算力，扩展现有处理算法，进一步提高信号处理能力。
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1.基于GPU集群的雷达探测空间目标并行信号处理系统，其特征在于，该系统包括光纤数据接收转发模块、光纤数据分发模块、多个GPU处理节点及综合处理模块；
2.如权利要求1所述的基于GPU集群的雷达探测空间目标并行信号处理系统，其特征在于，所述光纤数据接收转发模块包含至少一块光纤数传处理板；
3.如权利要求2所述的基于GPU集群的雷达探测空间目标并行信号处理系统，其特征在于，所述光纤数传处理板上还搭载有1片DSP芯片和2片SDRAM芯片，同时外挂DDR存储芯片；
4.如权利要求1所述的基于GPU集群的雷达探测空间目标并行信号处理系统，其特征在于,每个GPU处理节点的主体为带有PCIe接口的通用服务器，搭载一块PCIe接口的光纤数据接收处理板与4块GPU计算卡，其中光纤数据接收处理板搭载了1片FPGA并可外挂两条DDR3内存用于收发缓存，通过PCIe接口与服务器连接，以DMA方式完成数据的高速传输。
5.如权利要求4所述的基于GPU集群的雷达探测空间目标并行信号处理系统，其特征在于，所述综合处理模块为通用服务器，各GPU处理节点与综合处理
6.如权利要求1所述的基于GPU集群的雷达探测空间目标并行信号处理系统，其特征在于，每个GPU处理节点上均设置有节点处理程序，所述节点处理程序申请一段连续的内存空间后与光纤数据接收处理板通过DMA方式完成数据的传输；所述节点处理程序解析回波数据控制信息附带的回波标识，根据分配的节点ID，选取滑窗处理过程中分配给该节点ID的积累窗范围，完成信号的距离对齐、相位补偿、脉冲压缩、相参积累、恒虚警检测CFAR和参数测量，并将该积累窗的处理结果上报给综合处理模块。
7.如权利要求1所述的基于GPU集群的雷达探测空间目标并行信号处理系统，其特征在于，所述综合处理模块上设置有综合处理程序，所述综合处理程序通过以太网络接收各个节点上报的系统状态，并根据当前的积累脉冲数和设置的滑窗数分配不同的节点ID给节点处理程序；其中积累脉冲数为N，滑窗数为m，则对于节点数等于滑窗数的情况，节点0的处理范围为第1～N个脉冲，节点1的处理范围为个脉冲，以此类推，节点m-1的处理范围为个脉冲。
8.如权利要求1～7任一所述的基于GPU集群的雷达探测空间目标并行信号处理系统，其特征在于，多GPU处理节点间数据的传输、同步由底层板卡实现，GPU处理节点的具体计算任务由综合处理模块分配、管理，各GPU处理节点只负责完成计算任务。
...【技术特征摘要】
1.基于gpu集群的雷达探测空间目标并行信号处理系统，其特征在于，该系统包括光纤数据接收转发模块、光纤数据分发模块、多个gpu处理节点及综合处理模块；
2.如权利要求1所述的基于gpu集群的雷达探测空间目标并行信号处理系统，其特征在于，所述光纤数据接收转发模块包含至少一块光纤数传处理板；
3.如权利要求2所述的基于gpu集群的雷达探测空间目标并行信号处理系统，其特征在于，所述光纤数传处理板上还搭载有1片dsp芯片和2片sdram芯片，同时外挂ddr存储芯片；
4.如权利要求1所述的基于gpu集群的雷达探测空间目标并行信号处理系统，其特征在于,每个gpu处理节点的主体为带有pcie接口的通用服务器，搭载一块pcie接口的光纤数据接收处理板与4块gpu计算卡，其中光纤数据接收处理板搭载了1片fpga并可外挂两条ddr3内存用于收发缓存，通过pcie接口与服务器连接，以dma方式完成数据的高速传输。
5.如权利要求4所述的基于gpu集群的雷达探测空间目标并行信号处理系统，其特征在于，所述综合处理模块为通用服务器，各gpu处理节点与综合处理模块间通过以太网连接。
6.如权利要求1所述的基于gpu集群的雷达探测空间...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩佳良，王超，韩操正，常泽，尹振鑫，陈德峰，田源木，曹华伟，张硕，付佗，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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