[发明专利]基于GPU的SGP4轨道模型集成式并行方法

说明书

基于GPU的SGP4轨道模型集成式并行方法，本发明涉及SGP4轨道模型集成式并行方法。本发明的目的是为了解决现有精度较高的解算方法计算量极大，且在保证精度的同时无法进行并行计算，导致无法进行快速轨道预报的问题。过程为：一、计算SGP4轨道模型卫星轨道初始参数，之后存入CPU内存；二、得到总线程数量；三、将CPU内存中每颗卫星起始时间、结束时间、解算步长及卫星轨道初始参数打包传输到GPU内存空间中，等待GPU调用；四、进行GPU至CPU的第二次数据传输，将卫星轨道初始参数传输回CPU内存，再输出到结果文件中，直至完成预定解算步长的计算后，结束轨道预报过程。本发明用于轨道预报领域。

技术领域

本发明涉及SGP4轨道模型集成式并行方法。

背景技术

卫星轨道预报问题中，速度及解算精度是两个相互冲突的方面，也即如何在保证解算速度的同时尽可能的提高轨道预测精度。目前精度较高的解算方法都为外推法，如四阶龙格库塔法以及HPOP高精度外推模型。但这类算法计算量极大，且在保证精度的同时却无法进行并行计算，从而无法进行快速轨道预报。因此，外推法难以应用于并行解算之中，是克服传统卫星轨道模型预报方法速度的巨大瓶颈。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有精度较高的解算方法计算量极大，且在保证精度的同时无法进行并行计算，导致无法进行快速轨道预报的问题，而提出基于GPU的SGP4轨道模型集成式并行加速方法。

基于GPU的SGP4轨道模型集成式并行加速方法具体过程为：

步骤一、读取N颗卫星的双行元数据，卫星的双行元数据被读入后，从内存中依次调出每一颗卫星的双行元数据，并根据双行元数据计算SGP4轨道模型卫星轨道初始参数，之后存入CPU内存；N≥2；

所述SGP4轨道模型卫星轨道初始参数包括半长轴、轨道的周期参数、以及考虑大气阻力摄动和非球形轨道摄动的修正轨道参数；

步骤二、GPU将每一颗卫星对应的结构体变量带入多个独立线程中的核函数进行并行计算，得到总线程数量；

步骤三、将CPU内存中每颗卫星起始时间、结束时间、解算步长及卫星轨道初始参数打包传输到GPU内存空间中，等待GPU调用；

步骤四、进行GPU至CPU的第二次数据传输，将卫星轨道初始参数传输回CPU内存，再输出到结果文件中，直至完成预定解算步长的计算后，结束轨道预报过程。

本发明的有益效果为：

本发明基于GPU的SGP4轨道模型集成式并行方法，通过读取N颗卫星的双行元数据并存入CPU内存；N≥2；卫星的双行元数据被读入后，从内存中依次调出每一颗卫星的双行元数据，并根据双行元数据计算卫星轨道初始参数，之后存入CPU内存；所述卫星轨道初始参数包括半长轴、轨道的周期参数、以及考虑大气阻力摄动和非球形轨道摄动的修正轨道参数；GPU将每一颗卫星对应的结构体变量带入多个独立线程中的核函数进行并行计算，得到总线程数量；将CPU内存中每颗卫星起始时间、结束时间、解算步长及卫星轨道初始参数打包传输到GPU内存空间中，等待GPU调用；进行GPU至CPU的第二次数据传输，将星历数据传输回CPU内存，再输出到结果文件中，直至完成预定解算步长的计算后，结束轨道预报过程；计算量小，且在保证精度的同时能进行并行计算，完成快速轨道预报，解决现有精度较高的解算方法计算量极大，且在保证精度的同时无法进行并行计算，导致无法进行快速轨道预报的问题；

在小型嵌入式开发板NIVIDA TX2设备上可实现在5秒内进行500颗星一天时间86400步的轨道预报，GPU/CPU加速比为4.6，且加速后精度损失低于万分之五。实施例表明集成式加速方法适用于中低规模星数(总步数小于四千万步)的并行解算任务，模块化加速方法适用于大规模星数(总步数大于四千万步)的并行解算任务。

附图说明

图1为本发明流程图；