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基于CUDA GPU平台的脉冲多普勒雷达信号模拟软件

王子潇  
【摘要】:雷达模拟系统作为雷达系统的一部分,在雷达研制与测试的过程中发挥着重要作用。一个雷达系统中的目标回波信号可以看作是一个系统的输出,其输入信号是雷达发射信号,其系统传递函数取决于目标电磁散射信息与雷达系统信息。我们可以利用卷积方法处理雷达发射信号与目标散射信息,从而得到雷达目标的回波信号。GPU是当前信号处理领域的热点,其大规模并行计算的能力适用于各类高性能计算任务,基于CPU-GPU平台实现雷达仿真软件具有着可行性。本文首先介绍了雷达散射面积、雷达距离方程、天线方向性函数及天线扫描模型等雷达基本原理。说明了空间坐标系统的定义与坐标系转换,并介绍了几种发射信号波形,为雷达回波建模奠定了理论基础。本文进一步推导基于线性调频信号和频率步进信号的点目标回波模型,并对回波信号的相位调制、包络延迟调制、目标筛选、方向图幅度调制进行了详细论述与MATLAB仿真分析验证。随后基于扩展目标多散射中心理论,对扩展点目标回波模型进行了理论推导,将扩展目标回波模型分解为基带信号生成、距离门延迟调制、卷积序列调制和多普勒相位调制四部分。随后本文介绍了CPU-GPU软件平台的发展与特点,对GPU的硬件结构,CUDA编程模型和计算平台进行了详细讲解。本文结合以上算法和平台,探讨了基于CPU-GPU的回波模拟算法实现,包括CPU-GPU之间的任务分工以及CPU,GPU各自的算法流程。随后研究了基于GPU实现算法的技术要点。最后基于CPU-GPU平台设计并实现了回波模拟仿真软件并进行验证。文章介绍其软件总体设计,各个模块分工与实现和软件的多线程结构,并基于雷达系统理论推导了验证方法,进行了测试并验证结果。在此之后我们提出了一些优化方法并进行了实现与验证。


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