本文關鍵詞：基于GPU的大氣輻射傳輸特性快速計算技術研究

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【摘要】：紅外技術在最近幾年的蓬勃發(fā)展,一方面帶來了快速處理紅外圖像的需求,另一方面也對紅外圖像處理是否準確提出了挑戰(zhàn)。而GPU(Graphics Processing Unit,圖形處理單元)高性能異構計算作為一種新興的高性能計算解決方案,以其強大的計算能力和低廉的成本正在越來越廣泛地應用于各行各業(yè)。在過去的幾年中,基于GPU的高性能計算飛速發(fā)展,大量的研究也不斷表明GPU計算相對于傳統(tǒng)的CPU計算有著巨大的優(yōu)勢。本課題來源于交通運輸部重大科技項目《惡劣海況下直升機救助能力提升關鍵技術與示范》——惡劣海況下海面遇險目標快速搜尋定位關鍵技術與應用系統(tǒng)研究。為了在惡劣海況下排除大氣傳輸輻射干擾,更加精確快速地發(fā)現(xiàn)海上遇險目標,本課題組建立了大氣輻射傳輸特性模型并自行設計完成了特性參數(shù)的計算程序。不過由于求解過程中計算量較大,該軟件無法利用現(xiàn)有的CPU達到實時計算的目標,因此本文利用GPU快速計算實時地去除成像路徑上大氣輻射傳輸對目標成像的影響,為圖像的后續(xù)處理以及準確及時的發(fā)現(xiàn)目標做準備。本文從國內外關于GPU加速和大氣傳輸特性參數(shù)快速計算的相關研究現(xiàn)狀出發(fā),首先簡要介紹GPU異構計算平臺的硬件結構、編程模型。然后通過分析大氣傳輸特性參數(shù)計算算法的特點,運用C++ AMP編程語言在MVC編程模式下,將程序的各部分功能分為控制器、視圖和模塊三個部分,通過標準化、模塊化、并行化三步走的方式,實現(xiàn)了大氣傳輸特性參數(shù)在GPU平臺上的快速計算。最后通過比對計算結果驗證了程序的準確性,并在此基礎上通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)AMD Radeon HD 7870顯卡在可見光波段可將原程序從平均耗時2304ms降低到18ms,在中紅外波段則可以加速至僅耗時16ms,完全滿足圖像實時處理的耗時小于40ms要求。
【關鍵詞】：圖形處理單元(GPU) 高性能計算 大氣傳輸特性
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN011
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題的研究背景及意義10-12
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 GPU相關應用研究12-13
• 1.2.2 大氣輻射傳輸特性的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 論文研究內容與結構14-16
• 第2章 GPU快速計算原理16-27
• 2.1 硬件結構16-20
• 2.1.1 基本硬件結構16-17
• 2.1.2 共享存儲硬件結構17-20
• 2.2 編程模型20-21
• 2.3 編程語言21-22
• 2.4 顯卡對比22-24
• 2.5 性能考量24-26
• 2.6 本章小結26-27
• 第3章 大氣傳輸特性參數(shù)快速計算方法27-43
• 3.1 大氣輻射傳輸模型27-29
• 3.2 基于CPU的軟件實現(xiàn)29-34
• 3.2.1 軟件平臺與參數(shù)29-30
• 3.2.2 軟件的流程30-34
• 3.3 基于GPU的快速計算方法與軟件實現(xiàn)34-42
• 3.3.1 標準化34-36
• 3.3.2 模塊化36-39
• 3.3.3 并行化39-42
• 3.4 本章小結42-43
• 第4章 軟硬件實現(xiàn)與性能驗證43-54
• 4.1 軟硬件實現(xiàn)43-47
• 4.2 快速計算方法精度驗證47-50
• 4.2.1 晴天無云無雨天氣條件下驗證結果47-48
• 4.2.2 晴天有云天氣條件下驗證結果48-49
• 4.2.3 霧天小雨天氣條件下驗證結果49-50
• 4.3 快速計算方法實時性驗證50-52
• 4.4 本章小結52-54
• 總結54-55
• 參考文獻55-58
• 致謝58-59
• 作者簡介59

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 云�？�,張紅,張廣順,王松皋;大氣輻射傳輸模擬實驗[J];氣象;1989年07期

2 石廣玉;大氣輻射傳輸學[J];地球科學進展;1991年05期

3 楊貴軍;柳欽火;劉強;肖青;顧行發(fā);黃文江;;中紅外大氣輻射傳輸解析模型及遙感成像模擬[J];光譜學與光譜分析;2009年03期

4 魏合理;陳秀紅;饒瑞中;;通用大氣輻射傳輸軟件CART介紹[J];大氣與環(huán)境光學學報;2007年06期

5 戴聰明;魏合理;胡順星;;不同版本HITRAN數(shù)據(jù)庫對高層大氣輻射傳輸影響特性分析[J];光學學報;2013年05期

6 魏合理;陳秀紅;戴聰明;;通用大氣輻射傳輸軟件(CART)及其應用[J];紅外與激光工程;2012年12期

7 ;[J];;年期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 戴聰明;陳秀紅;魏合理;;高層大氣輻射傳輸(SHARC)軟件的應用[A];第九屆全國光電技術學術交流會論文集（上冊）[C];2010年

2 魏合理;陳秀紅;;通用大氣輻射傳輸軟件(CART)及其在目標輻射特性測量中的應用[A];第十屆全國光電技術學術交流會論文集[C];2012年

3 李健;任紅玲;高樅亭;李尚鋒;劉珂;王杰;唐曉玲;;東北平原中部春季衛(wèi)星熱紅外遙感的大氣輻射傳輸模擬[A];第28屆中國氣象學會年會——S9大氣物理學與大氣環(huán)境[C];2011年

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1 郭晶;臨邊大氣背景光譜輻射特性研究[D];電子科技大學;2015年

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1 張敏;典型天氣大氣輻射傳輸特性模型設計與實現(xiàn)[D];大連海事大學;2015年

2 謝秉磊;基于GPU的大氣輻射傳輸特性快速計算技術研究[D];大連海事大學;2016年

3 史本偉;基于網(wǎng)格環(huán)境的大氣輻射傳輸模擬[D];吉林大學;2007年

4 盧鵬;大氣輻射傳輸模式的比較及其應用[D];中國氣象科學研究院;2009年

5 孫星;氣溶膠顆粒輻射特性反演及大氣輻射傳輸模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

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本文編號：729798