[发明专利]GPU实现FX互相关鉴相的相位干涉仪测向系统及其鉴相方法

权利要求书

1.一种GPU实现FX互相关鉴相的相位干涉仪测向系统，包括天线阵列、射频前端、数字中频模块和CPU，其特征在于，还包括GPU，GPU与CPU相连，GPU中设有FX互相关鉴相器；

所述数字中频模块对射频前端发射的模拟中频数据进行采样，采样得到的数字中频数据传输给CPU；其中，每次采样时，同一时刻各个天线的模拟中频数据按照通道号排列在一起；

CPU将所述数字中频数据分割成段数据，将段数据拷贝给GPU；

所述FX互相关鉴相器中编写有核函数，GPU调用编写的核函数以及CUDA函数库内的cufftPlan1D函数，用于对所述段数据按采样点进行FX互相关鉴相处理，得到不同天线间的相位差信息，完成鉴相，并将不同天线间的相位差信息发送给CPU；

其中，当GPU中调用的一个cufftPlan1D函数或者加载的一个核函数接收到数据后，启用大于本段内采样点数的线程，工作完成后关闭已启用的线程，数据传递至下一个cufftPlan1D函数或者核函数，不同cufftPlan1D函数或者核函数之间的线程完全独立；

CPU对接收到的相位差信息进行后续处理；所述后续处理为根据相位差信息解算出辐射源俯仰角和方位角。

2.如权利要求1所述的测向系统，其特征在于，在GPU内部编写有核函数kernel1、核函数kernel2以及核函数kernel3；

其中，核函数kernel1用于对分割后的各段数字中频数据进行类型转换，将类型转换后的数据发送给CUDA函数库内的cufftPlan1D函数；

所述cufftPlan1D函数对经过类型转换后的数据进行傅里叶变换，将傅里叶变换后数据发送给所述核函数kernel2；

核函数kernel2对傅里叶变换后的数据进行共轭相乘处理，共轭相乘时一个天线的信号取共轭与另一个天线的原始信号进行相乘，将共轭相乘后的数据发送给所述核函数kernel3；

核函数kernel3用于对共轭相乘后的数据进行能量累积及提相处理，所得相角即为每个采样点处两路信号相位差。

3.如权利要求2所述的测向系统，其特征在于，对于每段数据，kernel1启用大于本段内采样点数的线程，工作时所有线程同时启动，完成本段内所有采样点对应的数据转换后，对应线程关闭。

4.如权利要求1-3任意一项所述的测向系统，其特征在于，在CPU内存中申请有循环缓冲区，所述循环缓冲区包括若干个容量相等的内存块，相邻内存块首尾相接，形成一个环式的链。

5.如权利要求4所述的测向系统，其特征在于，CPU和GPU的数据传输中，设计有2个线程：一个为CPU数据填充线程，负责将CPU接收的数据流按照顺序，依次存储到循环缓冲区的内存块；另一个为GPU读取线程，负责将循环缓冲区的内存块数据依次发送至GPU中进行处理。

6.如权利要求5所述的测向系统，其特征在于，CPU与GPU之间利用cudaMemcpy函数进行数据传输。

7.如权利要求1、2、3、5或6所述的测向系统，其特征在于，GPU将不同天线间的相位差信息通过UDP/TCP协议发送给CPU。

8.如权利要求1、2、3、5或6所述的测向系统，其特征在于，GPU通过PCIe总线与CPU相连。

9.如权利要求4所述的测向系统，其特征在于，GPU将不同天线间的相位差信息通过UDP/TCP协议发送给CPU。

10.一种鉴相方法，其特征在于，采用如权利要求1、2、3、5、6或9所述的测向系统，GPU调用编写的核函数kernel1、核函数kernel2以及核函数kernel3以及CUDA函数库内的cufftPlan1D函数，用于对所述段数据按采样点进行FX互相关鉴相处理，得到不同天线间的相位差信息，完成鉴相，包括如下步骤：

核函数kernel1对分割后的各段数字中频数据进行类型转换，将类型转换后的数据发送给CUDA函数库内的cufftPlan1D函数；

所述cufftPlan1D函数对经过类型转换后的数据进行傅里叶变换，将傅里叶变换后数据发送给所述核函数kernel2；

其中，对所述数字中频数据中每一路信号进行FFT变换；其中，将一秒内的采样点分成若干段，每段内的数据分别进行快速傅里叶变换；

核函数kernel2对傅里叶变换后的数据进行共轭相乘处理，共轭相乘时一个天线的信号取共轭与另一个天线的原始信号进行相乘，将共轭相乘后的数据发送给所述核函数kernel3；

其中，将FFT变换后的信号中每两路信号进行共轭相乘，得到每两路信号共轭相乘的结果；共轭相乘时，保持一路信号不变，另一路信号利用欧拉公式中正弦函数和余弦函数在复数范围内的复数关系取共轭，然后将取共轭后的信号与另一路取共轭前的信号进行相乘；

核函数kernel3用于对共轭相乘后的数据进行能量累积及提相处理，所得相角即为每个采样点处两路信号相位差；

其中，针对每两路信号共轭相乘的结果，对每段内数据进行n等分，每段内的共轭相乘后的n份数据相加然后取平均，最终一段内的数据量减少至原来数据量大小的1/n，完成能量累积，其中，n为正整数；

能量累积后得到的数据波形即为两路信号的相关谱，对能量累积后的每一个复数，利用其虚部除以实部，得到每个复数的相角；

找到每两路信号相关谱中能量的最大值，该最大值处对应的复数相角即为这两路信号这段数据采样点内的相位。