雷達(dá)信號(hào)處理算法對(duì)計(jì)算機(jī)架構(gòu)提出了很高的實(shí)時(shí)性要求。好在這些算法具有數(shù)據(jù)并行性，可以在大規(guī)模并行架構(gòu)（如圖形處理單元（GPU））上獲得出色的性能。

通過(guò)CUDA和OpenCL（開(kāi)放計(jì)算語(yǔ)言）架構(gòu)，使用GPU進(jìn)行非圖形處理已成為可能。這篇文章旨在評(píng)估Nvidia GT200系列GPU架構(gòu)在雷達(dá)信號(hào)處理應(yīng)用中的性能。

通過(guò)將GPU（GTX260）與桌面CPU進(jìn)行比較，共比較了12個(gè)HPEC（高性能嵌入式計(jì)算）和其他雷達(dá)信號(hào)處理算法。也涉及了其他幾個(gè)方面，例如編程環(huán)境和效率、未來(lái)GPU架構(gòu)以及在雷達(dá)系統(tǒng)中的適用性。

CUDA GPU實(shí)現(xiàn)在測(cè)試的12個(gè)算法中的11個(gè)上表現(xiàn)顯著優(yōu)于CPU及其相關(guān)CPU代碼，有時(shí)性能提升可達(dá)100倍或更多。OpenCL的實(shí)現(xiàn)也比CPU表現(xiàn)得要好得多。

幾乎所有的基準(zhǔn)測(cè)試在使用CUDA時(shí)取得的顯著性能可以歸因于GPU的高性能，以及幾乎所有待測(cè)算法的數(shù)據(jù)都具有并行性，因此幾乎所有的這些算法都適合GPU。

GPU與CPU之間的協(xié)作主要通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸和任務(wù)分配來(lái)實(shí)現(xiàn)。在雷達(dá)信號(hào)處理中，GPU主要用于加速信號(hào)處理算法的執(zhí)行，可以實(shí)現(xiàn)比CPU更快的速度和更高的性能，尤其是在處理大量雷達(dá)相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，GPU的處理速度可以達(dá)到CPU的100倍以上。

此外，GPU在能源效率方面也優(yōu)于CPU，它的GFLOPS/W的比率遠(yuǎn)高于普通CPU。因此，從性能角度看，使用GPU進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)處理是可行的。GPU的開(kāi)發(fā)并非毫無(wú)挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)者需要對(duì)算法、CUDA硬件以及如何并行化算法有深入的理解。

STAP（空時(shí)自適應(yīng)處理）算法在雷達(dá)信號(hào)處理中是非常關(guān)鍵的，它用于優(yōu)化雷達(dá)的探測(cè)和跟蹤性能，通過(guò)空間和時(shí)間濾波減少干擾。在實(shí)際操作中，由于涉及到大量的矩陣運(yùn)算和并行處理，這在計(jì)算上是相當(dāng)密集的。而STAP算法通常涉及到大量的并行矩陣運(yùn)算，這是GPU擅長(zhǎng)的。

將STAP算法實(shí)現(xiàn)到GPU平臺(tái)上，可以考慮多種并行策略和內(nèi)存使用策略。盡管重線程（heavy-thread）實(shí)現(xiàn)方式可能在實(shí)現(xiàn)上更為復(fù)雜和挑戰(zhàn)性，它的性能優(yōu)勢(shì)常常被視為值得的。在實(shí)際的算法和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，程序員可能需要權(quán)衡編程復(fù)雜度和性能的提升，找到最適合實(shí)際問(wèn)題和硬件環(huán)境的解決方案。

在雷達(dá)信號(hào)處理中，GPU還可以有效地應(yīng)用于以下一些主要算法中：

1. 脈沖壓縮：脈沖壓縮是雷達(dá)信號(hào)處理中的一種重要技術(shù)，用于提高雷達(dá)的分辨率而不增加峰值功率。脈沖壓縮涉及到復(fù)雜的傅立葉變換和相關(guān)運(yùn)算，這些運(yùn)算可以在GPU上并行執(zhí)行，從而顯著提高處理速度。

2. CFAR檢測(cè)：恒虛警率（Constant False Alarm Rate，CFAR）檢測(cè)是雷達(dá)系統(tǒng)中用于檢測(cè)目標(biāo)的一種常用技術(shù)。CFAR算法包含大量的排序和比較操作，這些操作可以在GPU上并行執(zhí)行，提高算法的執(zhí)行效率。

3. 雷達(dá)成像：雷達(dá)成像通常涉及到復(fù)雜的信號(hào)處理和圖像處理技術(shù)，如合成孔徑雷達(dá)（SAR）成像和多輸入多輸出（MIMO）雷達(dá)成像。這些成像技術(shù)中的許多運(yùn)算，如反演、濾波和重建，都可以在GPU上并行處理，從而大幅度提升處理速度。

4. 雜波和干擾抑制：雷達(dá)信號(hào)處理需要進(jìn)行大量的雜波和干擾抑制，如海雜波抑制和道路雜波抑制。這些算法通常涉及到大量的矩陣運(yùn)算和統(tǒng)計(jì)運(yùn)算，這些運(yùn)算也適合在GPU上并行執(zhí)行。

5. 多目標(biāo)跟蹤：在雷達(dá)系統(tǒng)中，需要對(duì)多個(gè)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。這些算法，如多目標(biāo)跟蹤（Multi-Target Tracking，MTT）和多傳感器數(shù)據(jù)融合，涉及到大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理和大規(guī)模的計(jì)算，這些任務(wù)可以在GPU上并行處理，從而提高處理速度。

審核編輯：湯梓紅