高性能计算在天波超视距雷达信号处理中的应用研究

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要天波超视距雷达是一种利用电离层对高频电磁波的折射作用实现超视距目标探测的新体制雷达。由于该雷达具有探测范围大、早期预警能力强和抗隐形等突出优点而备受重视。但相对于地波超视距雷达，天波雷达工作频段更宽、电磁环境更为复杂、电磁波传输条件多变且接收通道数多，由此对天波雷达信号处理系统提出了远高于地波雷达的处理能力要求，即较短的处理时间、实时并行海量存储与处理等.这就使得单纯依赖于现有的DSP阵列组成的信号处理系统难以满足上述需求。90年代中期以来发展起来的基于工作站机群的高性能计算以其强大的计算能力、巨大的内存容量与较低的硬件成本为天波雷达信号处理更上一步提供了一种

2、技术保障。本文从天波雷达信号处理的特点入手，研究将高性能计算技术应用于天波雷达信号处理的途径。由于高性能计算是以信号处理为应用对象，因此本文将结合天波雷达信号处理现有应用研究，建立基于高性能计算技术的天波雷达仿真信号源和信号处理算法，为将来开发高频天波雷达仿真平台和雷达信号高性能处理工程化转化奠定基础。本文以高性能计算理论为基础，设计出了能够扩充到处理上百个并行接收通道输出数据的信号处理算法结构。该算法结构以现有硬件平台(由对称多处理机组成的工作站机群系统)为支撑，以消息传递模型与共享存储模型相结合为并行编程模式，最大限度地利用了对称多处理机共享内存的特点，节省了各计算节点内进程间通信的通讯开

3、销，同时又保留了消息传递模型编程方便和扩展性强等优点。考虑到天波雷达信号处理算法常具有多重嵌套循环结构的特点，本文有针对性地选择了数据划分的并行分解方法，以利于提高处理过程的并行度。并且根据工作站机群系统数据通信特点，从消息传递的过程入手，采用数据分段通信、计算与通信并发方式，使得系统的通信开销和空闲等待时间大幅减少。为确保并行计算进程间的严格同步，本文还提出了一种适合于各计算节点内进程间同步的“虚判断”同步机制，提高了并行处理效率。最后，通过实际改变系统计算量、处理器数目与分配方案对所设计的并行处理系统进行了系统仿真运行验证。结果表明，计算效率的提高与处理器个数近似线性关系，较好地发挥了硬件

4、平台的计算潜能.由于在以往的信号哈尔滨工业大学工学硕士学位论文处理应用技术研究中从未涉及基于工作站群的高性能计算方面的应用研究。因此，本项研究工作的开展不仅填补了这方面的研究空白，也为将来天波信号处理工程化技术应用研究奠定了基础。关键词天波超视距雷达;并行信号处理;高性能计算-一----一-J塑壑些叁型吐整AbstractBytheactofionosphericrefractiononshortwave,sky-waveradarimplementstargetdetectionoverthehorizonandatractmoreatentiontoitshugezonecoverages

5、urveillance,early-warningdefense,andanti-stealthetc.However,comparingwiththeground-waveradar,thesky-waveradarhaswideroperationband,morecomplexelectromagneticenvironment,variablepropagationconditionandnumerousreceiverssothattherequirementsonsignalprocessorsofsky-waveradarismuchgreatthantheground-wave

6、one,forshorterprocessingperiod,real-timemassstorageandcalculation.ThisneedishardlysatisfiedbysuchsignalprocessingsystemonlycomposedofDSParray.Sincethemiddleofninetylastcenturyatechniquecalledhigh-performance-computing(HPC)basedontheclusterofworkstationsisdeveloped.Itcansatisfyallneedsofsignalprocess

7、ingofsky-waveradarwithnearlylimitlesssharingmultiprocessingandlowercostofhardware.Fromthefeaturesandapplicationsofsky-waveradar,thisdissertationpresentsthewaytoapplyingHPCinsignalSinceHPCiscloselyrela