基于CUDA异构并行加速的两行根数算法的研究

冯　森

（中国矿业大学（北京），研究生院，北京　100083）



基于CUDA异构并行加速的两行根数算法的研究

冯森

（中国矿业大学（北京），研究生院，北京100083）

摘要：随着航天技术的迅速发展，宇宙中航天器越来越多，利用两行根数（TLE）的数据对航天器的位置、运行状态、运行轨道监控分析判断，防止航天器相互碰撞，显得尤为重要。如果能减少两行根数的计算时间，无疑会让监控更加实时，地面控制中心快速做出相应操作。NVIDIA的CUDA并行计算编程架构结合高性能计算显卡（GPU）正是为了解决高性能计算问题而推出的，可以大幅缩短复杂计算的时间。文章研究了两行根数算法的并行改造，利用CUDA并行架构和GPU硬件作为CPU的协处理器，将两行根数算法的计算时间大幅缩小，解决了两行根数的计算时间问题。实验结果证明利用CUDA并行加速的两行根数算法计算时间大幅减少，提高了计算效率。

关键词：两行根数；CUDA；并行计

两行根数TLE（Two-Line Element）是北美防空司令部（NORAD，NorthAmerican Air Defense Command）基于一般摄动理论生成的一组根数体系。它是由两行具有特殊意义的数字和字母组成的，用来预报地球飞行器的位置和速度，对于定位空间卫星具有很重要的作用，因此提高两行根数的运算速度有着十分重要的意义。SGP4（simplified general perturbations satellite orbit model 4）模型是由Ken Granford在1970年开发的，NO-RAD（美国北美空间防御司令部）基于SGP4算法开发了一种广泛应用于空间目标轨道预报的软件，它的输入数据是两行根数。将两行根数代入SGP4模型，即可求出任意时刻空间目标的位置和速度。1980年NO-RAD公布了针对两行根数的SGP4模型程序代码。……