基于GPU架构的分段归一化最小均方误差杂波对消方法

摘要

本发明公开了一种基于GPU架构的分段归一化最小均方误差杂波对消方法，主要解决传统基于CPU架构的自适应杂波对消处理难于实现并行和实时处理的问题。其实现步骤为：在CPU主机端对杂波对消的参数进行初始化，将杂波对消的数据分成两段，分别传输至不同的图形处理器GPU显存中；两块GPU对归一化最小均方误差NLMS杂波对消处理涉及到的所有运算进行并行加速，分别得到各自进行杂波对消后的数据；并把两段杂波对消后的数据传输至内存中，CPU将两段对消后的数据拼接成一段完整的数据继续后续的处理。本发明具有硬件平台搭建简单、稳定性好、运算速度快、精度高、数据扩展性强、易于开发的优点，可用于实际工程中杂波对消实时处理。

主权项

一种基于GPU架构的分段归一化最小均方误差杂波对消方法，其特征在于包括如下步骤：(1)在CPU主机端对归一化最小均方误差NLMS滤波器的参数进行初始化：(1a)将雷达目标信号、杂波信号和噪声信号作为归一化最小均方误差NLMS滤波器主通道的接收信号sig；将杂波信号和噪声信号作为归一化最小均方误差NLMS滤波器辅助通道的接收信号ref，这两种信号sig、ref的数据长度S根据接收信号的采样率设定，并根据杂波强度设定杂波对消阶数的值C；(1b)把归一化最小均方误差NLMS滤波器主通道信号sig分为两段,记为sig1、sig2，把辅助通道信号ref分为两段，记为ref1、ref2；sig1、sig2、ref1、ref2数据长度均为S1，sig1和sig2及ref1和ref2重叠的数据长度均为L；(1c)在CPU主机端分配杂波对消所需的内存、显存资源；(1d)设归一化最小均方误差NLMS杂波对消分段后，杂波对消权向量w1_C×1、w2_C×1的初始值均为[0 0 … 0 0]_C×1；(1e)设杂波对消初始时刻迭代初值l₁、l₂均为0；(1f)设归一化最小均方误差NLMS杂波对消分两段后，误差信号初始值分别为：e1＝sig1、e2＝sig2；(1g)在CPU主机端，把主通道信号sig、辅助通道信号ref的数据加载到CPU内存中；(2)在CPU主机端上创建两个杂波对消的工作线程；(3)选择两块能支持计算统一设备架构CUDA的图形处理器GPU，并将两块图形处理器GPU与两个工作线程进行连接；(4)分别确定调用一次图形处理器GPU内核函数所能计算出的数据点数M，调用GPU内核函数的次数N及分段后的数据长度S1；(5)每个CPU工作线程在图形处理器GPU设备端加载各自分段后的主通道、辅助通道信号数据，分别存入sig1、ref1、sig2、ref2中，即：sig1＝sig[1 2 … S1‑1 S1]_S1×1，ref1＝ref[1 2 … S1‑1 S1]_S1×1，sig2＝sig[S1‑L+1 S1‑L+2 … S‑1 S]_S1×1，ref2＝ref[S1‑L+1 S1‑L+2 … S‑1 S]_S1×1；(6)在两块图形处理器GPU设备端上，分别调用内核函数进行归一化最小均方误差NLMS杂波对消处理：(6a)设两个内核函数的线程格grid均为(1,1)，线程块block均为(C,1)，其中(1,1)表示内核函数由一个线程块block组成，(C,1)表示线程块block由C个图形处理器GPU线程组成；(6b)在两块图形处理器GPU设备端上，分别设置各自迭代初值为：k₁＝0、k₂＝0；(6c)在第一块图形处理器GPU设备端上，获取k₁+l₁×M时刻的主通道信号和辅助通道参考信号(6d)在第二块图形处理器GPU设备端上，获取k₂+l₂×M时刻的主通道信号和辅助通道参考信号(6e)在两块图形处理器GPU设备端上，利用k₁+l₁×M时刻和k₂+l₂×M时刻的主通道信号和辅助通道参考信号分别计算这两个时刻的误差信号(6f)在两块图形处理器GPU设备端上，利用k₁+l₁×M时刻和k₂+l₂×M时刻的辅助通道参考信号分别计算步长因子μ1、μ2；(6g)在两块图形处理器GPU设备端上，利用k₁+l₁×M时刻和k₂+l₂×M时刻的误差信号和步长因子μ1、μ2，分别更新杂波对消权向量w1_C×1、w2_C×1；(6h)在两块图形处理器GPU设备端上，分别更新各自的迭代值：k₁＝k₁+1，k₂＝k₂+1；(7)重复迭代步骤(6c)～步骤(6h)共M次，在两块GPU设备端上，分别得到M点杂波对消后的误差信号数据，并存入e1、e2中的对应位置；(8)在CPU主机端两个工作线程中分别更新各自的迭代值：l₁＝l₁+1、l₂＝l₂+1；(9)重复迭代步骤(6)～步骤(8)共N次，在每个GPU设备端上，得到进行杂波对消后的误差信号e1、e2；(10)将e1、e2的数据传输至CPU主机端内存中；(11)设置CPU与GPU同步，等待两块GPU显存中的数据全部传输完成后，在CPU主机端上，将误差信号e1、e2拼接成长度为S的误差信号e并保存，保存后释放进行杂波对消所分配的内存、显存资源。