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基于GPU并行计算的雷达杂波模拟研究

计算机工程 2020年第11期46卷 306-314页

作者：徐国伟陈建成怡天津工业大学电气工程与自动化学院天津300387 天津工业大学天津市电工电能新技术重点实验室天津300387

现代雷达杂波模拟需使用杂波数据实时分析与处理回波信号,然而传统球不变随机过程(SIRP)方法生成杂波数据耗时较长。通过对SIRP方法进行改进,提出一种利用图形处理器(GPU)并行计算提升杂波生成实时性的方法。在计算统一设备架构(CUDA)下... 详细信息

现代雷达杂波模拟需使用杂波数据实时分析与处理回波信号,然而传统球不变随机过程(SIRP)方法生成杂波数据耗时较长。通过对SIRP方法进行改进,提出一种利用图形处理器(GPU)并行计算提升杂波生成实时性的方法。在计算统一设备架构(CUDA)下,对相关相干K分布杂波算法进行多任务串-并行分析,采用cuBLAS库对细粒度卷积计算进行优化,利用OpenMP+CUDA多任务调度机制改进粗粒度任务并行计算,以提高CPU-GPU利用率并减少数据等待时间。实验结果表明,该方法生成杂波数据的实时性显著提升,且随着杂波数据量增大其加速效果更好,相较传统GPU方法计算速率提高61%。

关键词：雷达杂波 GPU并行计算球不变随机过程法卷积计算 cuBLAS库

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蒸发波导下海杂波对雷达探测的影响分析

弹箭与制导学报 2015年第1期35卷 114-117页

作者：张春杰王鹏哈尔滨工程大学信息与通信工程学院哈尔滨150001

为了分析蒸发波导下海杂波对雷达探测的影响,以K-分布模型作为研究对象,采用基于球不变随机过程(SIRP)法对其进行仿真;通过分析仿真结果确定了K-分布海杂波形状参数、蒸发波导高度和雷达探测距离之间的关系。结果表明,蒸发波导高度越高... 详细信息

为了分析蒸发波导下海杂波对雷达探测的影响,以K-分布模型作为研究对象,采用基于球不变随机过程(SIRP)法对其进行仿真;通过分析仿真结果确定了K-分布海杂波形状参数、蒸发波导高度和雷达探测距离之间的关系。结果表明,蒸发波导高度越高,海杂波降低雷达的探测性能越明显。相关结果可以为新型雷达系统的设计及实际应用起到指导性作用。

关键词：海面蒸发波导 K-分布球不变随机过程法海杂波

SIRP法相干相关K分布雷达杂波的建模与仿真

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现代雷达 2002年第2期24卷 13-16,9页

作者：吕雁史林杨万海西安电子科技大学电子工程学院西安710071

雷达相干相关杂波的产生多是由相应的非相干相关杂波的零记忆非线性变换法 (Zero Mem oryNonlinearity,ZMNL)加以推广得到的。 ZMNL 法的前提是已知非线性变换前后杂波的相关系数之间的非线性关系 ,而对于相干相关 K分布杂波却难以找到... 详细信息

雷达相干相关杂波的产生多是由相应的非相干相关杂波的零记忆非线性变换法 (Zero Mem oryNonlinearity,ZMNL)加以推广得到的。 ZMNL 法的前提是已知非线性变换前后杂波的相关系数之间的非线性关系 ,而对于相干相关 K分布杂波却难以找到这样一种适用的非线性关系 ,于是提出了球不变随机过程法 (SphericallyInvariant Random Processes,SIRP)的相干相关 K分布杂波的仿真模型 ,以高斯型谱为例进行了仿真。

关键词：雷达杂波球不变随机过程法 K分布建模仿真

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雷达杂波的建模与仿真研究

雷达杂波的建模与仿真研究

作者：张毅东北大学

学位级别：硕士

雷达杂波信号模拟是雷达信号模拟中不可缺少的一部分。本研究的目的就是在于总结现有的杂波模型和模拟方法,并根据典型模型,通过计算机模拟产生杂波信号,研究模拟方法的有效性,产生各种类型的杂波提供给内场仿真实验系统使用。杂波产... 详细信息

雷达杂波信号模拟是雷达信号模拟中不可缺少的一部分。本研究的目的就是在于总结现有的杂波模型和模拟方法,并根据典型模型,通过计算机模拟产生杂波信号,研究模拟方法的有效性,产生各种类型的杂波提供给内场仿真实验系统使用。杂波产生机理复杂,可用随机过程来描述,其重点特征是杂波的幅度分布和相关特性(或谱)。常用的幅度分布模型有瑞利分布、对数正态分布、威布尔分布和K分布。功率谱模型有高斯谱、柯西谱和全极化谱。所谓杂波模拟,就是找到一种准确快速的算法,产生出既要满足一定幅度分布条件又要满足一定相关特性的随机序列。典型的方法有两类：ZMNL(零记忆非线性变换法)和SIRP(球不变随机过程法),两类方法各有优缺点,根据不同的杂波模型和要求选择使用。本文在总结相关文献的基础上,给出了四种常用幅度分布模型在三种功率谱情况下的模拟实现方法和仿真步骤。对杂波仿真过程中相关高斯序列的产生方法进行了详细的探讨,给出了相关高斯序列的时域和频域产生方法,并在不同的杂波仿真中加以选择应用。结合数理统计理论和现代谱估计技术,给出了几种常用的分布参数提取和检验方法,并把它们用于参数提取和仿真数据的检验,以检验结果的有效性和可靠性。并将仿真杂波概率密度分布曲线图和功率谱密度曲线图分别与理论曲线比较,仿真结果验证了本文提出的杂波仿真模型和算法的有效性。最后把四种幅度分布模型、三种功率谱密度模型,共十二种雷达杂波模型封装成Simulink模块供仿真调用。

关键词：雷达杂波模拟零记忆非线性变换法球不变随机过程法参数估计检验谱估计雷达杂波库

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海杂波信号特性分析与仿真

海杂波信号特性分析与仿真

作者：战永胜哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

近些年,雷达海杂波信号的研究越来越受到关注。雷达海杂波信号不但可以作为杂波来研究也可以作为目标来研究。若将海杂波信号作为杂波,是为了从回波中抑制杂波信号,提取目标信息,用于目标的检测;若将海杂波信号作为目标,则是为了从海面... 详细信息

近些年,雷达海杂波信号的研究越来越受到关注。雷达海杂波信号不但可以作为杂波来研究也可以作为目标来研究。若将海杂波信号作为杂波,是为了从回波中抑制杂波信号,提取目标信息,用于目标的检测;若将海杂波信号作为目标,则是为了从海面散射回波中获得海面的一些有用信息,例如浪高、浪涌方向等,这也是近些年海洋遥感研究的一个热点。本文在海杂波统计特性的基础上,通过详细分析雷达设备参数以及环境与目标参数等对海杂波特性的影响,得出近距离、低入射角情况下的海杂波信号特性。然后介绍了海杂波信号的功率谱特性以及幅度分布特性。本文采用实测数据对几种常用的分布模型进行检验,证明K分布与此次实测数据吻合度最好。给出了K分布参数估计的经验公式,此经验公式可以迅速、准确的对参数进行估计,更加适用于工程实际情况。最后通过无记忆非线性变换法(ZMNL)和球不变随机过程(SIRP)法对海杂波信号建模并进行一维与二维仿真。结果表明:使用SIRP法产生的K分布海杂波数据能够很好的满足海杂波特性的要求,而且能够很好的体现脉间相关性。

关键词：海杂波特性 K分布参数估计无记忆非线性变换法球不变随机过程法

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前向散射雷达地表杂波模拟方法的研究

前向散射雷达地表杂波模拟方法的研究

作者：刘龙斌北京交通大学

学位级别：硕士

摘要：雷达接收的信号包括有用的回波和无用的杂波。杂波的存在干扰了雷达的J正常工作。相比于传统雷达,前向散射雷达由于缺少距离分辨率,更容易受到地表杂波的干扰。为了提高雷达性能,需要在研究杂波特性的基础上进行杂波模拟仿真。通... 详细信息

摘要：雷达接收的信号包括有用的回波和无用的杂波。杂波的存在干扰了雷达的J正常工作。相比于传统雷达,前向散射雷达由于缺少距离分辨率,更容易受到地表杂波的干扰。为了提高雷达性能,需要在研究杂波特性的基础上进行杂波模拟仿真。通过对杂波模拟方法的研究,在雷达信号模拟时,不仅能够建立准确的杂波环境,而且可以更好地设计、实现杂波滤波器,提高雷达对杂波抑制的能力。因此,雷达杂波模拟是雷达信号模拟中的关键技术之一。论文首先综述了国内外对双基地雷达的发展历程和雷达杂波的研究现状;在分析了单基地雷达、双基地雷达和前向散射雷达不同的工作原理的基础上,给出了后向散射系数的定义和雷达杂波的定义、特性和数学建模方法,包括杂波散射机理建模、杂波统计建模和杂波非线性建模,并详细阐述了在不同环境下杂波的统计特性,对前向散射雷达杂波特性进行了说明;然后,根据文献中经典的杂波模拟方法,包括零记忆非线性变换法(ZMNL)和球不变随机过程法(SIRP),分析了不同幅度分布和不同功率谱密度的杂波模拟的方法并比较了两种杂波模拟方法的优劣;其次,研究了通过频域法和时域法产生相关高斯序列的方法;最后,设置了仿真参数和仿真内容,利用Matlab仿真软件,分别对满足瑞利分布、对数正态分布、韦布尔分布、K分布的杂波幅度分布和满足高斯谱、柯西谱、全极化谱的杂波功率谱进行模拟,并将模拟杂波的幅度分布的概率密度函数和功率谱密度函数同理论值进行比较和分析,结果验证了零记忆非线性变换法(ZMNL)和球不变随机过程法(SIRP)模拟杂波的可行性。

关键词：前向散射雷达杂波模拟零记忆非线性变换球不变随机过程法

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海杂波的建模及CFAR目标检测研究

海杂波的建模及CFAR目标检测研究

作者：石炜哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

对正在工作的雷达而言,海表面对发射信号的后向散射作用常常严重限制了雷达对舰船、飞机、导弹、导航浮标以及其它与海表面同在一个雷达分辨单元内的目标的检测能力。这种干扰信号一般被称为海杂波或海表面回波。为了使雷达仿真系统在... 详细信息

对正在工作的雷达而言,海表面对发射信号的后向散射作用常常严重限制了雷达对舰船、飞机、导弹、导航浮标以及其它与海表面同在一个雷达分辨单元内的目标的检测能力。这种干扰信号一般被称为海杂波或海表面回波。为了使雷达仿真系统在海杂波背景下有效地检测出目标信号,本文研究了海杂波的建模与仿真及CFAR(恒虚警)目标检测技术。主要工作如下:首先,简单描述了海杂波的生成机理,然后根据雷达海杂波幅值统计特性进行模型的建立并且设计了基于无记忆非线性变换法(ZMNL)和球不变随机过程法(SIRP)的海杂波仿真模型。通过对仿真结果的概率密度和功率谱的分析证明仿真模型的正确性和有效性。其次,在海杂波背景下,针对CFAR目标检测技术分别研究瑞利分布、对数正态分布、韦布尔分布、K分布海杂波背景的CFAR目标检测方法。其中重点研究K分布海杂波背景基于改进的M—估计器和OSGO-CFAR检测器的双参数CFAR检测器,然后取不同参考滑窗长度N对K分布海杂波下的双参数CFAR检测器进行仿真,通过仿真结果分析知道可以通过加大前后沿滑窗长度的方法来提高恒虚警的精度。

关键词：海杂波建模与仿真 CFAR 无记忆非线性变换法球不变随机过程法双参数CFAR检测器

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基于GPU的雷达杂波模拟方法研究

基于GPU的雷达杂波模拟方法研究

作者：陈建天津工业大学

学位级别：硕士

雷达的研究和设计中需要大量的杂波数据进行分析,但一直使用实测杂波数据会消耗大量的人力、物力,影响现代雷达的研究进程。基于统计模型的杂波模拟方法可以在更短时间内获得杂波数据,使得杂波模拟成为一个重要的研究方向。零记忆非线... 详细信息

雷达的研究和设计中需要大量的杂波数据进行分析,但一直使用实测杂波数据会消耗大量的人力、物力,影响现代雷达的研究进程。基于统计模型的杂波模拟方法可以在更短时间内获得杂波数据,使得杂波模拟成为一个重要的研究方向。零记忆非线性变换法(ZMNL)和球不变随机过程法(SIRP)是基于统计模型杂波模拟的两种主要方法,在模拟杂波数据时被广泛使用。随着现代雷达研究的不断发展,雷达探测的精度与广度不断提升,意味着雷达一次性接收的数据大量增加。基于传统的CPU杂波模拟方法已经不能满足现代雷达对杂波数据的实时性要求,对杂波模拟方法的高性能实现是需要迫切解决的问题。根据目前高性能计算平台中CPU-GPU异构系统的研究分析,本文使用CPU-GPU异构平台对杂波模拟方法ZMNL和SIRP方法进行并行策略的研究,并在实验中分析优化效果。本文分析了ZMNL方法和SIRP方法在实时性方面的瓶颈问题,并针对两种方法的计算特性,使用CUDA从指令集、共享内存、卷积计算等方面对ZMNL方法进行细粒度优化,得到ZMNL-CU方法。从积分计算、任务调度方面对SIRP方法进行粗粒度优化,得到SIRP-CU方法。最后参考实际雷达参数对两种方法的优化效果进行实验分析。本文针对ZMNL方法中卷积计算耗时问题,提出了一种基于cu BLAS的矩阵可变维度卷积算法—Conv C,并与直接卷积方法、gemm矩阵相乘卷积法、快速傅里叶变换(FFT)卷积方法在多个高性能平台上进行实验对比。实验结果显示Conv C方法相较于其他卷积方法在数据量较大时均具有更显著的计算性能。最后本文针对SIRP方法中CPU-GPU异构平台负载不均衡问题,提出了一种基于Open MP+CUDA的粗粒度任务流并行模型,并推导出模型计算效率评价函数,最后通过实验分析计算效率提升效果。分析两种方法在实验中取得的优化效果,ZMNL-CU方法相较于CPU获得了41倍的加速比,相比于传统GPU优化方法性能提升了近两倍。SIRP-CU方法相较于CPU计算获得了108倍的加速比,并相比传统GPU优化方法提高了近61%的计算效率。

关键词：雷达杂波零记忆非线性变换法球不变随机过程法 GPU 卷积算法任务调度

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相参海杂波建模与建模和仿真研究

船电技术 2016年第7期36卷 24-27页

作者：高鑫苟川杰张磊何方敏海军工程大学武汉430033

本文采用零记忆非线性变换法和球不变随机过程法对海杂波进行了建模和仿真研究,实现了相参Rayleigh分布、相参Weibull分布和相参K分布杂波的模拟,并对建模和仿真数据进行了检验,验证了建模和仿真方法的有效性。本次建模的特色之处在于... 详细信息

本文采用零记忆非线性变换法和球不变随机过程法对海杂波进行了建模和仿真研究,实现了相参Rayleigh分布、相参Weibull分布和相参K分布杂波的模拟,并对建模和仿真数据进行了检验,验证了建模和仿真方法的有效性。本次建模的特色之处在于考虑了杂波的相参性,并建立了三种杂波的概率分布模型和功率谱模型。

关键词：海杂波相参零记忆非线性变换法球不变随机过程法