[发明专利]一种基于GPU的外辐射源雷达直达波杂波对消实时处理方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于GPU的外辐射源雷达直达波杂波对消实时处理方法，涉及外辐射源雷达（PBR）信号处理领域，具体涉及到杂波抑制及其实时信号处理。

背景技术

在外辐射源雷达信号处理领域，由于辐射源并非专门按照雷达的处理需求设计，造成了雷达回波信号中存在很强的直达波、杂波。由于接收信号不可控，且广播、电视等外辐射源天线下视，会造成直达波、杂波往往高于信号60～140dB，在经过相干匹配后仍然有很强的旁瓣，会淹没远距离和低速目标，因而直达波、杂波抑制是PBR雷达面临的核心技术问题之一。在PBR体制雷达系统中，采用参考天线接收直达波信号，用于杂波抑制及PCL（被动相干）处理。其中，直达波、杂波抑制算法主要包括CLEAN算法、自适应滤波算法、空域对消算法等。由于外辐射源雷达常用于预警系统，对于实时处理能力要求很高，而直达波、杂波抑制作为外辐射源雷达信号处理领域的关键技术，其实时信号处理能力对系统性能起到至关重要的作用。随着图形处理器GPU在通用计算领域的发展，基于GPU的这一新型计算平台的并行处理算法为外辐射源雷达实时信号处理领域提供了新的解决方案。

目前国内外的外辐射源雷达系统多采用自适应滤波算法，其杂波抑制性能较高，且运算量较低，但需要通过逐点迭代处理的方式，较难实现并行处理，对于较长时间、较高采样率的数据，难以满足实时处理需求。因而需要设计适合于并行处理的杂波抑制算法，本发明设计了一种优化的杂波处理流程，采用并改进适合并行处理的杂波抑制方法，利用GPU解决方案加速，以达到实时处理要求。近年来，杂波抑制的首选方法为变步长NLMS，特别是针对数字电视信号的外辐射源雷达，由于NLMS算法较SIM、CLEAN、格型滤波Lattice算法等计算量小，较LMS算法收敛速度快，不存在噪声放大现象，因而得到广泛应用。采用NLMS方法，需要顺序迭代，每次迭代依赖于前一次迭代处理的结果，不适于并行计算，无法采用GPU加速。以基于DTTB数字电视信号的外辐射源雷达为例，9MHz采样率下对消1s数据，采用3次NLMS自适应迭代（保证实际系统中算法稳定性），滤波器阶数为1000阶时，CPU计算时间约为44s，远无法满足实时要求。NLMS算法迭代公式如下：

e(n)＝d(n)-s(n)

d(n)＝u^H(n)w(n)

w(n+1)=w(n)+μ||u(n)||2+ϵu(n)e*(n)]]>

其中，u(n)为参考信号，s(n)为回波信号，w(n)为滤波器权值，e(n)为误差信号，u为迭代步长，为算法输入数据，ε为一个小的常量。步长选择需满足：输出的e(n)序列为对消后结果。为保证算法实际处理的稳定性，常采用多次迭代，采用变步长算法，以得到较高的杂波抑制比（CR，对消前后信号能量比值，用于衡量算法对消效果）。