鄧桂福 田耕

摘要：當(dāng)前我國(guó)的軍事力量仍舊處于不斷上升的時(shí)期，雖然世界日益成為了一個(gè)整體，但軍事力量的提升仍舊是重中之重，較強(qiáng)的軍事力量能夠讓一個(gè)國(guó)家獲得更大的話(huà)語(yǔ)權(quán)。在軍事中，雷達(dá)發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用，關(guān)于它的信號(hào)處理，逐漸成為了技術(shù)人員關(guān)注的重點(diǎn)。本文將對(duì)雷達(dá)信號(hào)處理中多GPU并行技術(shù)的應(yīng)用展開(kāi)進(jìn)一步探討。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)；信號(hào)處理；多GPU并行技術(shù)；應(yīng)用

在雷達(dá)系統(tǒng)中，信號(hào)處理是較為重要的內(nèi)容，具有較高科技水準(zhǔn)的雷達(dá)能夠在短時(shí)間內(nèi)迅速實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的處理，并且反饋給工作人員。隨著我國(guó)信息技術(shù)以及信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，將多GPU并行技術(shù)應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)中，逐漸成為了新的雷達(dá)研究方向[1]。軟件雷達(dá)指的是應(yīng)用無(wú)線(xiàn)電雷達(dá)技術(shù)的雷達(dá)軟件，它依托于信息技術(shù)的發(fā)展，并且通過(guò)具有一定開(kāi)放性、標(biāo)準(zhǔn)性的平臺(tái)發(fā)揮自身的功效。軟件雷達(dá)能夠?qū)⒃締我坏睦走_(dá)信號(hào)劃分為若干個(gè)信號(hào)，展開(kāi)相應(yīng)的處理，然后再將處理后的信號(hào)進(jìn)行整合，這樣的工作方式極大程度上的提升了信號(hào)處理的效率，有利于雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展。并行技術(shù)為雷達(dá)技術(shù)注入了生機(jī)與活力，工作人員應(yīng)當(dāng)建立與時(shí)代發(fā)展相適應(yīng)的意識(shí)，并且將并行技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)信號(hào)處理的高效[2]。

一、雷達(dá)信號(hào)并行處理的架構(gòu)分析

對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)而言，信號(hào)處理能力至關(guān)重要，工作人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)信號(hào)處理能力的關(guān)注，并且推進(jìn)其能力的不斷提升[3]。將多GPU并行技術(shù)應(yīng)用于對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)信號(hào)處理上，能夠大幅度提升信號(hào)處理的效率。然而這一工作卻對(duì)技術(shù)人員提出了更高的要求，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)首先明確雷達(dá)信號(hào)并行處理的架構(gòu)，只有這樣才能開(kāi)展接下來(lái)的工作。在雷達(dá)系統(tǒng)的并行處理中，它往往是通過(guò)數(shù)據(jù)采樣器、CUP及其多個(gè)GPU來(lái)進(jìn)行的。首先，數(shù)據(jù)采樣器會(huì)將雷達(dá)收集的模擬信號(hào)以數(shù)字信號(hào)的形式呈現(xiàn)出來(lái)；然后CPU就會(huì)對(duì)這些數(shù)字信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)；最后，GPU會(huì)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分別的處理。當(dāng)經(jīng)過(guò)以上流程后，顯示器就會(huì)將最終的處理結(jié)果呈現(xiàn)給相應(yīng)的人員[4]。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)不斷提升自己的專(zhuān)業(yè)水平以及職業(yè)素養(yǎng)，明確以上流程，只有這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)多GPU并行處理的應(yīng)用。在雷達(dá)并行處理系統(tǒng)中，訪(fǎng)存是極為關(guān)鍵的內(nèi)容，它是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的瓶頸，所以設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)訪(fǎng)存速度的關(guān)注，確保系統(tǒng)能夠具有較高的訪(fǎng)存速度，只有這樣才能更好的發(fā)揮并行處理的性能。為了提升訪(fǎng)存速度，工作人員應(yīng)當(dāng)充分將存儲(chǔ)器的效能發(fā)揮出來(lái)，以此提高雷達(dá)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。目前，提升存儲(chǔ)器的訪(fǎng)存效率主要有兩種途徑：首先，技術(shù)人員可以嘗試?yán)肎PU的零復(fù)制功能，將數(shù)據(jù)直接映射到RAM空間中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的直接轉(zhuǎn)移，提升訪(fǎng)存速度；其次，技術(shù)人員還可以用過(guò)紋理存儲(chǔ)器的緩存優(yōu)化，來(lái)實(shí)現(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)行為的優(yōu)化，進(jìn)而促進(jìn)訪(fǎng)存效率。綜上所述，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)首先明確對(duì)架構(gòu)的設(shè)計(jì)，只有這樣才能更好的發(fā)揮多GPU并行技術(shù)的效能，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)的快速處理[5]。

二、雷達(dá)信號(hào)處理中多GPU并行處理的計(jì)算模型分析

在雷達(dá)信號(hào)的并行處理中，它主要是通過(guò)CPU以及GPU進(jìn)行處理的，以下將應(yīng)用任務(wù)級(jí)、數(shù)據(jù)級(jí)以及線(xiàn)程級(jí)，展開(kāi)相關(guān)的計(jì)算模型分析。

（一）雷達(dá)信號(hào)任務(wù)級(jí)并行處理

技術(shù)人員若是想要實(shí)行多GPU并行處理，那么可以首先創(chuàng)建任務(wù)隊(duì)列，明確雷達(dá)系統(tǒng)信號(hào)處理的任務(wù)，然后再利用數(shù)據(jù)采樣，以中央處理器的主線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的劃分與控制，最后再由GPU實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的處理。由于在任務(wù)分配時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)GPU負(fù)荷超載的情況，進(jìn)而影響信號(hào)處理效率，所以技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)注重任務(wù)的合理分配，確保每個(gè)GPU都能都被分配到一定量的任務(wù)，保持工作量的平衡，只有這樣才能夠有效實(shí)現(xiàn)多GPU并行處理的效用。在多GPU處理中，雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)以輪轉(zhuǎn)的形式為GPU分配任務(wù)，確保每個(gè)GPU都能夠得到充分的利用，并且依靠這種方式提升信號(hào)處理的效率，從而實(shí)現(xiàn)它們的負(fù)載平衡。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，技術(shù)人員在創(chuàng)建任務(wù)隊(duì)列時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先調(diào)查內(nèi)部GPU的數(shù)量，并且進(jìn)行平均的分配，只有這樣才能確保每個(gè)GPU都獲得平衡的工作量[6]。

（二）雷達(dá)信號(hào)數(shù)據(jù)級(jí)并行處理

數(shù)據(jù)級(jí)并行處理要求技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將數(shù)據(jù)流進(jìn)行合理的劃分。當(dāng)技術(shù)人員創(chuàng)界了任務(wù)隊(duì)列后，就應(yīng)當(dāng)通過(guò)雷達(dá)系統(tǒng)，將這些任務(wù)再劃分為一個(gè)或者多個(gè)數(shù)據(jù)流，然后分配給相應(yīng)的GPU進(jìn)行處理。GPU身為圖像處理器，能夠大幅度減少交相位檢波以及脈沖壓縮計(jì)算的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)更為高效的信號(hào)處理。為了進(jìn)一步提升這一過(guò)程的效率，得到更高的計(jì)算訪(fǎng)存比，工作人員可以將這些數(shù)據(jù)流再劃分為若干個(gè)二維數(shù)據(jù)組，然后再分配相應(yīng)的GPU進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的更新迭代，有效提高信號(hào)處理的效率。

（三）雷達(dá)信號(hào)線(xiàn)程級(jí)并行處理

線(xiàn)程級(jí)并行處理是最為核心的內(nèi)容。軟件雷達(dá)在處理信號(hào)時(shí)，往往會(huì)通過(guò)中頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)變，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，然后再將數(shù)字信號(hào)與混頻信號(hào)進(jìn)行香蕉，從而得到正交信號(hào)。在雷達(dá)系統(tǒng)將正交信號(hào)以及采樣點(diǎn)進(jìn)行集中處理，及時(shí)人員應(yīng)當(dāng)將采樣數(shù)據(jù)輸入至內(nèi)核函數(shù)中，然后再展開(kāi)集中處理工作。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明確內(nèi)核函數(shù)以及采樣點(diǎn)的網(wǎng)格位置問(wèn)題，并且在輸入流程中展開(kāi)維度計(jì)算。技術(shù)人員可以將采樣數(shù)據(jù)作為獨(dú)立存在的單元，映射到線(xiàn)程中，從而進(jìn)行相關(guān)處理。由于雷達(dá)系統(tǒng)的紋路存儲(chǔ)器上具有高速片上緩存，所以它的數(shù)據(jù)讀取速度較快，技術(shù)人員可以利用紋理存儲(chǔ)器的這一特點(diǎn)，展開(kāi)相關(guān)工作。技術(shù)人員可以在紋理存儲(chǔ)器進(jìn)行存儲(chǔ)工作時(shí)，將其以泉庫(kù)的形式表現(xiàn)出來(lái)，在正交相位檢波模塊就可以對(duì)其展開(kāi)讀取。

總得來(lái)講，線(xiàn)程級(jí)并行處理指的是根據(jù)數(shù)字信號(hào)的處理模型以及算法，再綜合考慮到GPU的硬件特性，然后進(jìn)行處理的過(guò)程。GPU的線(xiàn)程能夠?qū)?shù)據(jù)流進(jìn)行映射，將這些數(shù)據(jù)映射為更加細(xì)致的數(shù)據(jù)流，并對(duì)這些數(shù)據(jù)流展開(kāi)相應(yīng)的處理。在這一流程中，數(shù)據(jù)流主要是通過(guò)線(xiàn)程網(wǎng)格，再到線(xiàn)程塊，最后到線(xiàn)程的流程來(lái)被處理的。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明確線(xiàn)程級(jí)的工作流程，然后再合理應(yīng)用多GPU技術(shù)。

結(jié)束語(yǔ)：

多GPU技術(shù)的應(yīng)用，極大程度上促進(jìn)了雷達(dá)信號(hào)處理的效率，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明確多GPU技術(shù)的優(yōu)越性，并且將其應(yīng)用在雷達(dá)信號(hào)的處理上。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：鄧桂福，男（1983.1.10），漢族，四川遂寧人，碩士，工程師，研究方向：雷達(dá)系統(tǒng)/雷達(dá)信號(hào)處理

作者簡(jiǎn)介：田耕，男（1984.7.8），漢族，重慶巫山人，本科，工程師，研究方向：雷達(dá)射頻微波方向，科研項(xiàng)目管理