北斗卫星信号仿真器的GPU速度优化

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1、第34卷第3期2016年6月中国民航大学学报JOURNALOFCIVILAVIATIONUNIVERSITYOFC嬲AV01．34No．3June2016北斗卫星信号仿真器的GPU速度优化胡铁乔1，赵小龙1，陈明z(1．中国民航大学智能信号与图像处理重点实验室，天津300300；2．北京一朴科技有限公司。北京100080)摘要：针对卫星信号软件仿真器耗时长的问题，提出基于图形处理器(GPU)的速度优化方法并介绍了现有卫星信号仿真器的特点。在分析仿真器结构的基础上给出了结构调整方案。介绍了不同GPU存储器的特点及优化方法。基于计算统一设备架构(CUDA

2、)实现了北斗卫星信号仿真器的数据实时生成。对速度优化后的仿真器进行了速度测试和性能验证。介绍了仿真器程序优化过程，优化后的仿真器大大提高了信号生成速度和科研效率。对程序优化具有一定的借鉴意叉。关键词：仿真器；图形处理器；计算统一设备架构中图分类号：TN96；V241．52文献标志码：A文章编号：1674—5590(2016103一0033-05SpeedoptimizationofBeidousatellitesignalsimulatorbasedonGPUHUTieqia01，ZHA0Xiaolonga，CHENMi谮(1．Intelligent

3、sig,碰andImageProcessingKeyLabofTianjin，CAuc,Tianjin300300,China；2．BeijingYIPUTechnologyCo．，Ltd,Belling100080,China)Abstract：TheexistingBeidousatellitesignalsoftwaresimulatoristime-consuming，amethodofprogramperformanceoptimizationbasedonGPU(graphicprocessingunit)isproposed．Intro

4、ducingthefeaturesofexistingsatellitesignalsimulator,thestructureadjustmentplanisgivenafteranalyzingthesimulatorstructure．CharacteristicsandoptimizationmethodsofdifferentGPUmemoryisintroducedandthereal-timesignalgeneratorbasedonCUDA(computeunifieddevicearchitecture)isrealized。Th

5、eperformanceandspeedofoptimizedsimulatoraretestedandverifiedwithdetailedoptimizingprocess．Theoptimizedsimulatorspeedsupthesignalgenerationandimprovestheefficiencyofscienceresearch．Thecurrentmethodhasacertainreferencialsignificanceonprogramoptimization．Keywords：simulator；,graphi

6、csprocessingunit；unifiedcomputedevicearchitecture除了美国的GPS导航系统和欧洲的伽利略导航系统，中国也发展了自己的导航系统，即北斗卫星导航·系统(BeiDouNavigationSatelliteSystem)⋯。卫星信号仿真器在全球导航卫星系统(GNSS)接收机的开发过程中起着重要作用。相对于利用真实卫星信号，软件模拟器提供可控场景，提高接收机的研发效率【2-3】。基于硬件的仿真器相对复杂，技术难度比较大【3】，而基于Pc平台的软件模拟器则具有结构灵活、开放、低成本等优点㈣。但由于软件仿真器在生成中

7、频数据的过程中需进行大量数据计算，在CPU上进行串行计算需消耗的时间比较长，不能产生实时信号，因此计算速度成为影响仿真器效率的关键因素。在利用软件仿真器进行场景仿真时，通用的做法是先将生成的数据进行存盘，使用时再去读取文件。GPU是一种高度并行化的众核处理器，可以利用大量处理单元进行并行计算，CUDA是由NVIDIA在2006年提出的利用CPU实现通用计算的编程模型，研发人员可以使用熟悉的C语言编写CUDA并行程序[71，为仿真器的速度优化提供了便利，也为仿真器实时生成中频数据提供了可能。使用实时化仿真器生成信号并通过硬件回放卡实时回放信号，完全可以

8、达到与硬件仿真器同样的效果，同时具有容易扩充、方便调整的优点。实时化仿真器可大大缩短信号生成时间，显著提高科