一种基于cuda技术的雷达扫描变换方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于计算机并行雷达数据处理技术，特别是一种基于⑶DA技术的雷达扫描 变换方法。
【背景技术】
[0002] CUDA(Compute Unified Device Architecture)又称为统一计算设备架构，是一 种新的并行编程模型和指令集架构的通用计算架构，CUDA能够利用英伟达GPU的并行计算 引擎比CPU更高效的解决许多复杂计算任务。现在统一计算设备架构显卡芯片有着强大的 并行计算能力，很多处理大的数据集的应用可以使用数据并行处理模型加速。三维图像渲 染处理中，大量的像素和顶点被映射到并行线程。类似地，图像和多媒体处理应用、图像渲 染的后处理、视频编解码、图像缩放、立体视觉和模式识别能够将图像块和像素映射到并行 处理的线程。实际上，除了图像渲染和处理领域，还有很多算法已被数据并行处理加速，从 普通信号处理或物理模拟到计算金融或计算生物学。
[0003] 雷达数据扫描变换是将天线扫描时用的极坐标转换为光栅显示时用的直角坐标。 雷达信号处理的实时性要求高效、高速的扫描变换方法。现阶段雷达数据扫描变换主要分 为两类基于硬件平台的雷达数据扫描变换和基于软件平台的雷达数据扫描变换。专用硬件 平台的雷达数据扫描变换一般消耗大量的硬件资源应用不灵活。基于通用硬件平台的雷达 数据扫描变换利用当前越来越高的CPU处理器性能来实现，应用灵活，通用型好。但是通用 硬件平台的雷达数据扫描变换方法与专用硬件平台的雷达数据扫描变换方法进行比较，在 处理的实时性和高速性有所欠缺。
[0004] 本发明是一种基于通用硬件平台利用CUDA多线程技术特性，高效快速的实现雷达 数据扫描变换，性能可达到专用硬件平台的雷达数据扫描变换效果，同时具很好的通用性。 本技术可在多种两坐标雷达显控终端中使用，如:对海对空警戒雷达、船用导航雷达、机场 监视雷达、港口监视雷达等雷达显控终端。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一个在统一计算设备架构下进行雷达扫描变换方法，从而大 幅度提高了雷达数据扫描变换的运算效率。
[0006] 实现本发明目的的技术方案为:一种基于CUDA技术的雷达扫描变换方法，步骤如 下：
[0007] 步骤一:设置雷达参数，如方位码位数，采样位数。
[0008] 步骤二：采用CUDA的多个线程实现对某方位上各个距离单元雷达数据的并行处 理。其中每个所述线程实现对一个所述距离单元的处理，各处理包括正弦变换，余弦变换， 量化三个操作，从而完成极坐标至直角坐标的变换，即得到各所述距离单元绘制坐标;然 后，根据所述坐标位置得到绘制显存地址，将所述显存地址内容写入所述距离单元雷达数 据；
[0009] 步骤三:采用函数将绘制显存显示输出。
[0010] 本发明步骤2中采用CUDA的多个线程实现对某方位上各个距离单元雷达数据的并 行处理步骤如下：
[0011] 步骤2-1，量化方位码:针对当前方位码，根据当前方位码位数，量化方位码为角 度，变量名记为A;
[0012] 步骤2-2,根据雷达数据个数n = 20000来启动对应个数的线程数，雷达数据的变量 名记为F[n];
[0013] 步骤2-3，以当前处理雷达数据序号为R，调整系数为xs，雷达处在绘图区中间位置 CX，cy，以量化后方位为角度A，进行正余弦变换，得到坐标X，y;如
[0014] x = cx+xsXRXSin(A)；
[0015] y = cy+xsXRXCos(A)〇
[0016] 步骤2-4,根据以上所述坐标值x，y计算出应该更新的显示区显存地址Addr，并对 相应地址数据V[Addr ]进行更新，公式如下：
[0017] Addr = x+y XW ；
[0018] V[Addr]=RGB(0,F[n],0)；
[0019] 其中，W为显示区宽度，Addr为显示区对应像素地址，V[Addr]为显示区显存地址 Addr的像素值。
[0020] 本发明与现有技术相比，其显著优点：（1)通过使用⑶DA多线程技术，使雷达数据 扫描变换效率有6到7倍的提升；（2)CUDA技术基于通用计算机平台，有很好的兼容性和通用 性。
[0021] 本发明与B显处理方法不一样的地方为B显突出的插值补点，而扫描变换发明突出 的是利用CUDA技术对雷达信号数据同时进行极坐标至直角坐标的变换。
【附图说明】
[0022]图1技术方案流程图。
[0023]图2雷达视频数据扫面变换示意图。
[0024]图3雷达视频数据填充示意图。
[0025]图4扫描变换流程图。
【具体实施方式】
[0026] 本发明是一种基于CUDA技术的雷达扫描变换方法，该方法首先根据雷达数据特性 和并行运算特性，将天线方位、采样率、采样位数和雷达视频数据组织成一定数据格式送入 显存中；驱动GPU对每个距离单元上的雷达视频数据进行极坐标至直角坐标的变换，根据变 换结果将对应雷达视频幅度信息填入显示输出纹理中；调用显示输出函数显示输出处理完 纹理数据。利用以上三个步骤可完成雷达某方位上视频数据扫描变换。本发明基于GPU并行 计算能力强大，并具有快速浮点运算能力，根据雷达数据扫描变换处理特性设计基于GPU算 法，可实时高效地完成雷达数据扫描变换处理，大幅提高了雷达数据的处理效率。
[0027] 结合图1，本发明基于CUDA技术的雷达扫描变换方法，步骤如下：
[0028] 第一步：
[0029] 设置采样位数，设置方位码位数，设置方位值。
[0030] 第二步：
[0031 ] (1)量化方位码；
[0032]针对当前方位码，根据当前方位码位数，量化方位码为角度（0到360度，精度为 0.001度，变量名A);
[0033] (2)启动多线程处理
[0034]根据雷达数据(变量名F[n])个数η来启动对应个数的线程数；
[0035] (3)正弦余弦变换
[0036]以当前处理雷达数据序号为R，调整系数为xs，雷达处在绘图区中间位置cx，cy，以 量化后方位为角度A，进行正余弦变换，得到坐标X，y;如
[0037] x = cx+xsXRXSin(A)；
[0038] y = cy+xs X R X Cos (A)；
[0039] (4)更新对应显示显存地址数据
[0040] 根据以上所述坐标值x，y计算出应该更新的显示显存地址，并对相应地址数据进 行更新;如：
[0041] Addr = x+yX1200；
[0042] V[Addr]=RGB(0,F[n],0)；
[0043] (5)结束
[0044] 第二步处理如图2示意，具体数据填充如图3示意，具体处理流程图见图4。
[0045]第三步:调用API接口函数将显示显存数据显示输出。
[0046] 实施例
[0047]以普遍使用的导航雷达、警戒雷达和场面监视雷达数据格式为例，对本发明技术 方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
[0048]雷达数据格式说明：
[0049]
[0050]假设具体内容如下：
[0051] 采样位数:8位；
[0052] 方位码位数：13位；
[0053]触发方位:0;
[0054]雷达视频有效个数:20000;
[0055]雷达视频数据:Data[];
[0056] 显示区域：1200*1200像素；
[0057] 雷达所处位置:x = 600，y = 600;
[0058] 运行平台说明：
[0059] CPU：Intel I5520E
[0060] 显卡：GTX 560M
[0061] (1)设置当前雷达参数，将采样位数设置为8位，方位码位数设置为13位，当前触发 方位为0,即方位为正北向上，度数位0;
[0062] (2)根据雷达数据(变量名F[n])个数n = 20000来启动对应个数的线程数；
[0063] (3)以当前处理雷达数据序号为R，调整系数为xs，雷达处在绘图区中间位置cx， cy，以量化后方位为角度A，进行正余弦变换，得到坐标X，y;如
[0064] x = cx+xsXRXSin(A)；
[0065] y = cy+xs X R X Cos (A)；
[0066] (4)根据以上所述坐标值x，y计算出应该更新的显示显存地址，并对相应地址数据 进行更新;如：
[0067] Addr = x+yX1200；
[0068] V[Addr]=RGB(0,F[n],0)；
[0069] (5)将更新后显示显存中的数据通过显卡显示输出。
[0070]使用以上方法处理完成8192个方位上的所有数据的时间需要的时间lms不到。相 对使用CHJ处理以上数据，性能有数十倍、百倍的提升。
【主权项】
1. 一种基于CUDA技术的雷达扫描变换方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤(1):设置雷达参数，包括方位码位数，采样位数； 步骤(2):采用CUDA的多线程实现对任意方位上各个距离单元雷达数据的并行处理;其 中每个所述线程实现对一个所述距离单元的处理，所述处理包括正弦变换，余弦变换以及 量化三个操作，从而完成极坐标至直角坐标的变换，即得到各所述距离单元绘制坐标;根据 所述坐标位置得到绘制显存地址，将所述显存地址内容写入所述距离单元雷达数据； 步骤(3):将绘制显存显示输出。2. 根据权利要求1所述的一种基于CUDA技术的雷达扫描变换方法，其特征在于，步骤2 中采用CUDA的多个线程实现对某方位上各个距离单元雷达数据的并行处理步骤如下： 步骤2-1，量化方位码:针对当前方位码，根据当前方位码位数，量化方位码为角度，变 量名记为A; 步骤2-2，根据雷达数据个数n= 20000来启动对应个数的线程数，雷达数据的变量名记 为F[n]; 步骤2-3，以当前处理雷达数据序号为R，调整系数为xs，雷达处在绘图区中间位置坐标 (cx，cy)，进行正余弦变换，得到坐标值x，y，公式如下： x=cx+xsXRXSin(A)； y=cy+xsXRXCos(A)； 步骤2-4,根据以上所述坐标值x，y计算出应该更新的显示区显存地址Addr，并对相应 地址数据V[Addr]进行更新，公式如下： Addr=x+yXW； V[Addr]=RGB(0,F[n],0)； 其中，W为显示区宽度，Addr为显示区对应像素地址，V[Addr]为显示区显存地址Addr的 像素值。3. 根据权利要求1所述的一种基于CUDA技术的雷达扫描变换方法，其特征在于，步骤2-1中，所述量化方位码为角度范围〇到360度，精度为0.001度。
【专利摘要】本发明是一种基于CUDA技术的雷达扫描变换方法，该方法首先根据雷达数据特性和并行运算特性，将天线方位、采样率、采样位数和雷达视频数据组织成一定数据格式送入显存中；驱动GPU对每个距离单元上的雷达视频数据进行极坐标至直角坐标的变换，根据变换结果将对应雷达视频幅度信息填入显示输出纹理中；调用显示输出函数显示输出处理完纹理数据。利用以上三个步骤可完成雷达某方位上视频数据扫描变换。本发明基于GPU并行计算能力强大，并具有快速浮点运算能力，根据雷达数据扫描变换处理特性设计基于GPU算法，可实时高效地完成雷达数据扫描变换处理，大幅提高了雷达数据的处理效率。
【IPC分类】G06F9/38
【公开号】CN105487840
【申请号】CN201510853282
【发明人】陈炜浩, 徐勇, 翟海涛, 嵇亮亮, 常传文, 孙海军, 叶玲, 王远斌, 张振华, 邹丹萍
【申请人】中国电子科技集团公司第二十八研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月30日