CN113504989A - 一种近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海洋测量技术领域，尤其为一种近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法，包括根据近底多波束系统的接收通道数确定处理器核的数目，其中，近底多波束系统的接收通道数等于处理器核的数目，每一个接收通道对应处理器核的一个编号，根据接收到的信号分为I/Q两路，分别计算出对应的数据，并根据数据查找出对应的处理器核，将信号发送给处理器核进行处理，本发明根据近底多波束系统的接收通道数确定处理器核的数目，为每个处理器核创建独立的并行计算列表，按照近底多波束系统的接收通道数(对应于处理器的数目)为计算得到的数据分配一个FIFO(先进先出)队列，从而能够极大地提高多处理器核的利用效率。

Description

一种近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法
技术领域
本发明涉及海洋测量技术领域，尤其是一种近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法。
背景技术
随着海洋测量技术的不断发展，多波束测深仪凭借测深效率高，测量效果好，无遗漏测量等优点得到了广泛的应用。我国在大量进口国外多波束测深仪并广泛应用的基础上，积累了很多应用方面的经验。
近底多波束测深系统搭载在全海深载人潜器上，可潜入海底进行近底精确测量，采用变频工作、宽带波束形成、接收波束稳定、底跟踪、底检测等先进技术，利用安装在船底或拖体上的声基阵向与航向垂直的海底发射超宽声波束，接收海底反向散射信号，经过模拟/数字信号处理，形成多个波束，同时获得几十个甚至上百个海底条带上采样点的水深数据，其测量条带覆盖范围为水深的2-10倍，与现场采集的导航定位及姿态数据相结合，绘制出高精度、高分辨率的数字成果图。
数字正交解调是将数字中频信号变换为数字基带信号的过程，该过程包含对数字中频带信号的数字混频、低通抗混叠滤波和抽取三个环节。这种解调方式克服了传统模拟正交解调过程中存在的I/Q两路一致性问题，且易于控制杂散、提高镜频抑制和载波抑制的能力。
在当今选择硬件的标准为高效率低能耗的大背景下，GPU以其高计算性能、高性价比加入CPU的协同并行计算中，并不断发挥巨大的潜力。在CPU与GPU共同组成的系统中进行协同并行计算的过程中，CPU和GPU各取所长。利用多核CPU并行执行复杂逻辑计算，GPU处理数据并行任务，两者协同工作，最大限度地发挥计算机并行处理的能力，鉴于此，我们提出一种近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法。
发明内容
本发明的一个目的是通过提出一种近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法，以解决上述背景技术中提出的缺陷。
本发明采用的技术方案如下：包括如下步骤：
步骤1：根据近底多波束系统的接收通道数确定处理器核的数目，其中，近底多波束系统的接收通道数等于处理器核的数目，每一个接收通道对应处理器核的一个编号，根据接收到的信号分为I/Q两路，分别计算出对应的数据，并根据数据查找出对应的处理器核，将信号发送给处理器核进行处理；
步骤2：进行一次正交解调的并行计算，基于通道数的循环并行优化；
步骤3：进行二次正交解调的并行计算，按照数据输入通道进行并行处理
作为本发明的一种优选技术方案：每个所述处理器核单独创建一个并行策略，在处理器核接收到信号的时候，查找信号对应的并行策略，按照查找得到的并行策略对信号进行处理。
作为本发明的一种优选技术方案：所述方法还包括为每一个接收通道经过正交解调处理计算得到的数据分配一个先进先出队列，处理器核从先进先出队列中取出数据并进行处理，处理后的信号传递到网卡进行发送。
作为本发明的一种优选技术方案：所述方法还包括为每个处理器核设置数据负载处理上限，该上限根据单核的计算能力和多个核的平均处理负载决定，当数据负载超出处理上限时，将信号传递给负载最轻的核进行处理。
作为本发明的一种优选技术方案：所述并行策略的查找优先查找本处理器核的并行策略列表，不能匹配信号的话再进一步一一查找其它处理器核的并行策略列表。
作为本发明的一种优选技术方案：所述正交解调处理的计算过程如下：。
接收端收到s(t)后，分为两路；
一路乘以cosω0t再积分，可以得到数据a；
另一路乘以-sinω0t再积分，可以得到数据b；
其中T是T0＝2π/ω0的整数倍；公式中的sin2ω0t和cos2ω0t在[-T/2，T/2]区间内积分为0。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤2和步骤3的CPU的并行采用OpenMP程序。
作为本发明的一种优选技术方案：所述数据a的计算方法为：
Figure BDA0003153815550000021
作为本发明的一种优选技术方案：所述数据b的计算方法为：
Figure BDA0003153815550000031
本发明根据近底多波束系统的接收通道数确定处理器核的数目，为每个处理器核创建独立的并行计算列表，按照近底多波束系统的接收通道数(对应于处理器的数目)为计算得到的数据分配一个FIFO(先进先出)队列，从而能够极大地提高多处理器核的利用效率。
附图说明
图1为本发明近底多波束正交解调处理的多核并行处理流程图；
图2为本发明近底多波束正交解调处理的多核并行计算模式图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-2，本发明优选实施例提供了一种近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法，具体包含下列步骤：根据多波束测深系统中接收通道数确定处理器核的数目，处理器核的数目等于多波束测深系统中接收通道数，每一个接收通道对应着一个处理器核，例如接收通道1对应1号处理器核，接收通道2对应2号处理器核，……，依此类推。根据接收到的信号分为I/Q两路，分别计算出对应的数据，并根据数据查找出对应的处理器核，将信号发送给处理器核进行处理。通过对近底多波束正交解调处理进行多核并行处理，提高了数据的计算效率，大大节省了工作时间。
进行一次正交解调的并行计算，基于通道数的循环并行优化。
进行二次正交解调的并行计算，按照数据输入通道进行并行处理。
上述方法包括为每个处理器核设置数据负载处理上限，数据负载处理上限根据单核的计算能力和多个核的平均处理负载决定，一旦数据负载超出处理上限，即将数据传输给负载最轻的核进行处理。
正交解调一般用于通信领域的信号传输和还原，因为在传输过程中会产生I与Q两路关键的信号，所以也被称为IQ调制。解调是为了去掉调制信号中的高频载波，从而还原包含全部有用信息的低频基带信号，解调过程能够保证数据还原的前提下，降低后级采集的难度。
本发明提供了一种近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法。CPU的并行采用OpenMP程序。OpenMP采用的是多线程处理技术，线程之间是并行的。
进行一次正交解调的并行计算中的并行计算采用OpenMP程序，具体过程如下：
#pragma omp parallel
#pragma omp for schedule(dynamic)
for(int channel＝0；channel<ChNum；channel++)
{
Demod1()；
}
如图2，在循环体接收到并行指令后会弹出多线程来执行任务，等到最后一个线程结束后完成并行。
在循环体接收并行指令后，弹出多线程执行任务，直至最后一个线程结束，并行才算完成。
进行二次正交解调的并行计算中二次正交解调的并行计算过程如下：
#pragma omp parallel
#pragma omp for schedule(dynamic)
for(int channel＝0；channel<ChNum；channel++)
{
for(int pin＝0；pin<pinNum；pin++)
{
Demod2()；
}
}
采用多核并行处理方法，显著提高计算效率，大量节约计算时间。
更进一步地，所述每个处理器核单独创建一个并行策略，在处理器核接收到信号的时候，查找信号对应的并行策略，按照查找得到的并行策略对信号进行处理。在每个处理器核上单独创建并行策略，在处理器核收到信号后可以快速查找出对应的并行策略进行处理，从而提高并行处理的效率。
更进一步地，所述方法还包括为每一个接收通道经过正交解调计算得到的数据分配一个先进先出队列，处理器核从先进先出队列中取出数据并进行处理，处理后的信号传递到网卡进行发送。采用队列的形式保存信号，实现同一个数据流信号的保序，进一步提高了并行处理的效率。
更进一步地，为每个处理器核设置数据负载处理上限，该上限根据单核的计算能力和多个核的平均处理负载决定，当数据负载超出处理上限时，将信号传递给负载最轻的核进行处理。从而一个大流量数据流的信号可以由多个核并行处理。
更进一步地，所述并行策略的查找优先查找本处理器核的并行策略列表，不能匹配信号的话再进一步一一查找其它处理器核的并行策略列表。这样也是进一步提高了并行处理的效率。
更进一步地，上述正交解调处理的计算过程如下：
接收端收到s(t)后，分为两路：
一路乘以cosω0t再积分，可以得到数据a：
Figure BDA0003153815550000051
另一路乘以-sinω0t再积分，可以得到数据b：
Figure BDA0003153815550000061
其中T是T0＝2π/ω0的整数倍。
注意：公式中的sin2ω0t和cos2ω0t在[-T/2，T/2]区间内积分为0。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：根据近底多波束系统的接收通道数确定处理器核的数目，其中，近底多波束系统的接收通道数等于处理器核的数目，每一个接收通道对应处理器核的一个编号，根据接收到的信号分为I/Q两路，分别计算出对应的数据，并根据数据查找出对应的处理器核，将信号发送给处理器核进行处理；
步骤2：进行一次正交解调的并行计算，基于通道数的循环并行优化；
步骤3：进行二次正交解调的并行计算，按照数据输入通道进行并行处理。
2.根据权利要求1所述的近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法，其特征在于：每个所述处理器核单独创建一个并行策略，在处理器核接收到信号的时候，查找信号对应的并行策略，按照查找得到的并行策略对信号进行处理。
3.根据权利要求1所述的近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法，其特征在于：所述方法还包括为每一个接收通道经过正交解调处理计算得到的数据分配一个先进先出队列，处理器核从先进先出队列中取出数据并进行处理，处理后的信号传递到网卡进行发送。
4.根据权利要求1所述的近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法，其特征在于：所述方法还包括为每个处理器核设置数据负载处理上限，该上限根据单核的计算能力和多个核的平均处理负载决定，当数据负载超出处理上限时，将信号传递给负载最轻的核进行处理。
5.根据权利要求2所述的近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法，其特征在于：所述并行策略的查找优先查找本处理器核的并行策略列表，不能匹配信号的话再进一步一一查找其它处理器核的并行策略列表。
6.根据权利要求1所述的近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法，其特征在于：所述正交解调处理的计算过程如下：。
接收端收到s(t)后，分为两路；
一路乘以cosω0t再积分，可以得到数据a；
另一路乘以-sinω0t再积分，可以得到数据b；
其中T是T0＝2π/ω0的整数倍；公式中的sin2ω0t和cos2ω0t在[-T/2，T/2]区间内积分为0。
7.根据权利要求1所述的近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法，其特征在于：所述步骤2和步骤3的CPU的并行采用OpenMP程序。
8.根据权利要求6所述的近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法，其特征在于：所述数据a的计算方法为：
Figure FDA0003153815540000021
9.根据权利要求6述的近底多波束正交解调处理的多核并行处理方法，其特征在于：所述数据b的计算方法为：
Figure FDA0003153815540000022
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1402018A (zh) * 2001-09-13 2003-03-12 中国科学院声学研究所 用于测量海底微地貌的高分辨测深侧扫声纳系统和测量方法
CN101912277A (zh) * 2010-08-06 2010-12-15 深圳市蓝韵实业有限公司 一种基于流水线设计的实时数字正交解调的方法与装置
US20120260258A1 (en) * 2011-04-05 2012-10-11 Edoardo Regini Method and system for dynamically controlling power to multiple cores in a multicore processor of a portable computing device
CN102811169A (zh) * 2012-07-24 2012-12-05 成都卫士通信息产业股份有限公司 采用哈希算法进行多核并行处理的vpn实现方法及系统
CN112732418A (zh) * 2020-11-16 2021-04-30 山东科技大学 一种深水多波束并行计算方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1402018A (zh) * 2001-09-13 2003-03-12 中国科学院声学研究所 用于测量海底微地貌的高分辨测深侧扫声纳系统和测量方法
CN101912277A (zh) * 2010-08-06 2010-12-15 深圳市蓝韵实业有限公司 一种基于流水线设计的实时数字正交解调的方法与装置
US20120260258A1 (en) * 2011-04-05 2012-10-11 Edoardo Regini Method and system for dynamically controlling power to multiple cores in a multicore processor of a portable computing device
CN102811169A (zh) * 2012-07-24 2012-12-05 成都卫士通信息产业股份有限公司 采用哈希算法进行多核并行处理的vpn实现方法及系统
CN112732418A (zh) * 2020-11-16 2021-04-30 山东科技大学 一种深水多波束并行计算方法

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