Radar sinyal işleme algoritmalarının FPGA ve GPU üzerinde uygulanmasının başarım analizi

Abstract

Many civil and military application which requires real time and parallel processing is implemented on FPGA. FPGAs are used to process and transfer high speed real time data in radar applications. Besides, it is a big advantage to program FPGA again and again while it is on hardware. Users started to use GPUs in data parallel applications besides doing graphical processing. Many application are accelerated by running on GPUs and GPUs give better performance results than CPUs in applications that requires parallel processing. In this thesis, radar signal processing algorithms; digital down conversion, pulse compression, doppler processing and digital beam forming are implemented on both FPGA and GPU. And the results are compared. These algorithms are implemented on Xilinx System Generator for FPGA and OpenCL for GPU. In the designed simulation model, the direction of arrival, range and the doppler frequency of the simulated target can be detected. The results show that while processing real time data, FPGA has advantage over GPU. On the other hand, in the design used for detecting the direction of arrival, increasing number of antenna and look angle cause to increase the number of multiplication unit. Thus the total design cannot be fit on a single FPGA.

Gerçek zamanlı ve paralel işlem gerektiren bir çok sivil ve askeri uygulama FPGA üzerinde gerçekleştirilmektedir. FPGA, radar uygulamalarında gerçek zamanlı verinin yüksek hızlarda alınıp işlenmesi için kullanılmaktadır. Ayrıca FPGA donanım üzerinde tekrar tekrar programlanabilmesi geliştirme esnasında büyük bir avantajdır. GPU'lar, grafik işlemleri yapmanın yanı sıra veri paralelliğinin yoğun olduğu işlemlerde kullanılmaya başlanmıştır. Bir çok uygulama grafik işlemciler sayesinde hızlandırılmış ve paralel işlemlerin yoğun olduğu uygulamalarda genel amaçlı işlemcilere karşı üstünlük sağlamışlardır. Bu tez kapsamında, radar sinyal işleme algoritmaları, sayısal aşağı indirgeme, darbe sıkıştırma, doppler işleme ve sayısal hüzmeleme FPGA ve GPU üzerinde uygulanıp karşılaştırılmıştır. Bu algoritmalar FPGA için Xilinx System Generator kullanılarak, GPU için OpenCL ile tasarlanmıştır. Tasarlanmış olan benzetim modelinde sinyal varış yönü, sinyalin menzili ve doppler frekansı kestirilmektedir. Sonuçlar gerçek zamanlı veri işleme konusunda FPGA'nın GPU'lara göre avantajlı olduğunu göstermektedir. Fakat varış yönü tahmini için kullanılan tasarımda anten sayısının ve bakılacak açı sayısının artması, tasarımda çarpıcı sayısının artmasına dolayısıyla tasarımın bir FPGA üzerine sığmamasına neden olmaktadır.