CPU辅助GPU实现扩频信号快速捕获方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105577229A(43)申请公布日2016.05.11(21)申请号201510887286.4(22)申请日2015.12.07(71)申请人中国电子科技集团公司第十研究所地址610036四川省成都市金牛区茶店子东街48号(72)发明人晏辉(74)专利代理机构成飞(集团)公司专利中心51121代理人郭纯武(51)Int.Cl.H04B1/7075(2011.01)权利要求书2页说明书4页附图2页(54)发明名称CPU辅助GPU实现扩频信号快速捕获方法(57)摘要本发明公开了一种利用CPU辅助GPU实现扩频信号快速捕获方法，旨在提供一种高计算效率和快速捕获方法。本发明通过下述技术方案予以实现：主线程依照PN码相位搜索点数L、频率开槽数M、捕获数据长度N，以及频率槽对应载波多普勒分别产生N×M与(N-L)×M个本地载波与PN码信号，在捕获线程启动前拷贝到GPU中；捕获线程在GPU上首先执行N点并行下变频操作，接着并行地在L个PN码相位上依次执行PN码解扩、累加、平方、K点FFT、取模运算得到L×K个FFT数据，最后捕获线程搜索这L×K个数据的峰值以及峰值下标并拷贝到主线程。主线程依照每个频率槽的峰值下标计算出PN码相位与载波多普勒频偏，将峰值最大频率槽对应的PN码相位与载波多普勒频偏值作为捕获结果输出。CN105577229ACN105577229A权利要求书1/2页1.一种扩频信号快速捕获方法，在特征在于包括如下步骤：捕获线程启动前，主线程在中央处理器CPU上产生本地载波与伪随机PN码信号；主线程依照伪随机PN码相位搜索点数L、频率开槽数M、捕获数据长度N，以及对应频率槽上的载波多普勒分别产生N×M与(N-L)×M个本地载波与PN码信号，并通过PCIE总线拷贝到图形处理器GPU显存中；捕获线程在GPU上执行载波多普勒与PN码相位二维搜索操作，当捕获线程启动时，主线程将采集设备上报的N点零中频复信号拷贝到GPU显存中，接着，捕获线程在GPU中依照频率槽的顺序进行L点PN码相位并行搜索操作；在每个频率槽上，捕获线程首先在GPU上并行执行采集数据N点数字下变频操作，随后捕获线程对数字下变频后的数据并行地在L个PN码相位上依次执行PN码解扩、相干累加、取平方、K点快速傅氏变换FFT以及取模运算后得到L×K个FFT数据，捕获线程搜索这L×K个数据中的峰值以及峰值下标并将其拷贝到主线程；主线程在CPU上依照捕获线程输出的FFT信号峰值下标完成载波多普勒与PN码相位计算，主线程在CPU串行搜索每个频率槽对应峰值的最大值，将峰值最大频率槽对应的PN码相位与载波多普勒频偏值作为捕获结果输出。2.按权利要求1所述的扩频信号快速捕获方法，其特征在于，主线程在CPU上采用查表方式产生本地载波与PN码信号，主线程利用扩频码速率Rc,第i个频率槽对应的载波多普勒值fi，扩频信号中心载波频率f0，采样率Fs，计算出与第i个频率槽对应的伪随机码频率控制字FCWPN与载波频率控制字FCWcarrier分别为：3.按权利要求1所述的扩频信号快速捕获方法，其特征在于，在本地PN码信号产生流程中，主线程将第i个频率槽对应的PN码频率控制字转换为无符号32位整数类型数据，随着数据下标的增加不断累加得到一个无符号64位整数类型的累加变量，主线程对累加变量作右移32位操作并对PN码长取模运算，最后查表输出长度为N-L的PN码信号。4.按权利要求1所述的扩频信号快速捕获方法，其特征在于，在本地载波信号产生流程中，主线程将第i个频率槽对应的载波频率控制字转换为无符号32位整数类型数据，随着数据下标的增加不断累加得到一个无符号32位整数类型的累加变量，对累加变量作右移16位操作，查表输出长度为N的本地载波信号。5.按权利要求1所述的扩频信号快速捕获方法，其特征在于，在捕获线程启动前，主线程在CPU中预先产生好本地载波与PN码信号并拷贝到GPU显存中；当捕获线程启动时，主线程将采集设备上报的N点零中频复信号拷贝到GPU显存中。6.按权利要求1所述的扩频信号快速捕获方法，其特征在于，捕获线程利用对应频率槽上的本地载波信号对采集卡上报的信号进行N点并行数字下变频操作，当N较小时捕获线程直接生成N个线程完成上述操作；当N较大时，整个下变频操作分成若干个步骤实现，每个步骤并行实现一定数量的下变频操作。7.按权利要求1所述的扩频信号快速捕获方法，其特征在于，捕获线程对下变频后的N点数据并行地在L个PN码相位上依次执行PN码解扩与相干累加操作，实现时在GPU中生成L2CN105577229A权利要求书2/2页个线程块，每个线程块分配K个线程的方式实现并行PN码解扩：捕获线程利用捕获数据长度N，PN码相位搜索点数