航天遥测信号高性能解调算法与系统研究与实现

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航天测控(TT&C)主要实现对航天器飞行轨道、姿态以及星上载荷工作状态的测量监视与控制,它是航天工程不可或缺的一部分。遥测作为航天测控的核心分系统,主要协助用户获取到航天器的相关工作参数,以保证航天任务能够圆满完成。  当前遥测设备主要由可编程专用数字信号处理芯片(FPGA/DSP)构成,存在研制与生产周期长、设备可扩展性和通用性受到硬件平台制约、系统升级与改造技术难度大等一系列问题。因此,研究基于通用计算机的遥测系统是一个具有前瞻性的课题,其利用软件无线电的设计思想与灵活结构,可以突破以往遥测系统以硬件为核心的局限,大大拓宽信号处理系统的解决途径,顺应遥测系统的国际发展趋势。  由于遥测解调过程运算量极大,且实时性要求比较高,传统的串行解调算法以及基于集群、共享内存并行处理器的并行算法在通用计算平台上无法实时完成任务。因此,本文主要研究以下三个方面的内容:  1)研究一种流水线并行处理方式,使得整个遥测过程以流水线的并行方式运行,研制了基于通用计算平台的遥测解调设备,为我国航天测控工程的发展开拓了崭新的道路。  2)经过对扩频解调的整个流程的分析,找出整个扩频遥测解调过程中的瓶颈——扩频捕获;针对扩频捕获算法的计算特点,提出基于GPU的并行扩频捕获算法,并取得了28倍的加速比,为扩频遥测体制的实现提供了一种新的思路。  3)经过对PCM/FM解调的整个流程的分析,找出PCM/FM遥测解调的瓶颈——多符号检测(MSD),提出滑动相关的计算核心,并实现了基于多GPU的MSD解调算法,取得了266倍的加速比,为PCM/FM实现提供了一种新的途径。  通过以上技术的研究,最终完成了基于通用高性能计算平台遥测系统的研制任务。  
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