[发明专利]基于GPU架构的自适应递归最小二乘杂波对消方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，主要涉及杂波对消的实现方法，具体来说就是一种基于GPU架构的自适应递归最小二乘杂波对消方法，可在数学仿真软件MATLAB和微软提供的软件集成开发平台Visual studio上，快速进行杂波对消。

技术背景

杂波对消广泛应用于各种信号处理系统中，特别是外辐射雷达信号处理系统。杂波抑制一般位于信号处理的前端，是整个信号处理中最重要的模块，杂波抑制的好坏直接影响着后续信号处理的性能高低。杂波对消处理的目的主要是解决强直达波、多径杂波干扰的问题，通过主、辅两个通道的信号相关来对消主通道中掺杂的杂波，理想的情况下，主通道中的杂波可以被完全抑制掉。

杂波对消主要有最小均方误差LMS、直接矩阵求逆SMI和递归最小二乘RLS三种算法，其中，递归最小二乘RLS的杂波对消性能最好，精度最高，但运算量最大，处理时间也最长，这是RLS主要的缺点，如何提高RLS的处理速度是RLS算法存在的一个关键问题。现有技术中，RLS杂波对消是基于CPU架构实现的，杂波抑制速度受到了硬件的限制，不能满足各种信号处理系统的需求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述基于CPU架构的RLS杂波对消的不足，提出一种基于GPU架构的自适应递归最小二乘杂波对消方法，以在不损失处理精度的情况下，加速杂波对消的处理速度，满足各种信号处理系统的需求。

本发明的技术思路是：使用图形处理器GPU代替CPU，利用GPU强大的浮点运算能力，对杂波对消中涉及到的矩阵运算进行并行加速，缩短杂波对消处理的时间。

为实现上述目的，本发明方法包括如下步骤：

(1)在CPU主机端对递归最小二乘RLS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自适应递归最小二乘RLS滤波器主通道的接收信号sig；将杂波信号和噪声信号作为自适应递归最小二乘RLS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L；

(1b)在CPU主机端分配杂波对消所需的内存、显存资源；

(1c)设置递归最小二乘RLS的遗忘因子λ，0＜λ＜1；

(1d)设递归最小二乘RLS杂波对消起始时刻k为1；

(1e)设杂波对消权向量w的初始值为：w_L×1＝[00...00]_L×1；

(1f)设递归最小二乘RLS杂波对消起始时刻误差信号ε＝sig；

(1g)在CPU主机端构造杂波对消起始时刻的协方差矩阵：P_L×L＝E_L×L/δ，其中，E为L阶单位方阵，δ为常数，取值为0.05；

(1h)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主机端启动杂波对消工作线程；

(3)选择能支持计算统一设备架构CUDA的图形处理器GPU，并将该图形处理器GPU与杂波对消线程进行连接；

(4)把CPU主机端内存中的主通道信号sig、辅助通道信号ref、误差信号ε、协方差矩阵P_L×L、杂波对消初始权向量w_L×1传输至图形处理器GPU的设备端显存中；

(5)在图形处理器GPU的设备端进行递归最小二乘RLS杂波对消处理：

(5a)在图形处理器GPU设备端上，获取k时刻的主通道信号和辅助通道信号：

(5a1)在图形处理器GPU的设备端上，加载k时刻的主通道信号sig_k+L-1；

(5a2)在图形处理器GPU的设备端上，加载k时刻辅助通道信号ref_k+L-1，并向前滑动L个时间单元，记为参考输入信号x_k，即：

x_k＝ref[kk+1...k+L-1]_L×1；

(5b)在图形处理器GPU的设备端调用内核函数计算中间矩阵：其中代表k时刻的协方差矩阵，H代表共轭转置；

(5c)在图形处理器GPU设备端调用内核函数，更新k时刻的误差信号ε_k+L-1和k+1时刻的杂波对消权向量w_L×1；

(5d)在图形处理器GPU设备端调用内核函数，更新k+1时刻的协方差矩阵P_L×L；