ПРИМЕНЕНИЕ ГРАФИЧЕСКОГО ПРОЦЕССОРА ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В РЕАЛЬНОМ МАСШТАБЕ ВРЕМЕНИ

Аннотация

Настоящая статья посвящена разработке энергоэффективных реализаций алгоритмов цифровой обработки сигналов в многоканальном радиолокаторе с пространственным разнесением передающих и приемных групп антенных элементов для оценки параметров целей на вычислителях с различной архитектурой. В соответствие общемировой тенденцией рассматривается возмож- ность применения вычислителей с параллельной архитектурой для цифровой обработки широко- полосных радиолокационных сигналов. Авторами предложена реализация процедуры обработки отраженного сигнала многоканального радиолокатора с пространственным разнесением пере- дающих и приемных групп антенных элементов с использованием технологии общих вычислений на графических картах (GPGPU). Проведена оценка производительности разработанного решения на различных GPU с разной микроархитектурой. Предложен критерий оценки производительно- сти алгоритма обработки в виде отношения пропускной способности алгоритма к пиковой про- пускной способности памяти вычислителя. Проведена численная оценка эффективности исполь- зования пропускной способности памяти вычислителя разработанного алгоритма в сравнении с известными реализациями на GPU. Целью работы является обнаружение и оценка параметров целей в реальном масштабе времени с помощью многоканального радиолокатора с пространст- венным разнесением передающих и приемных групп антенных элементов, используя доступный на рынке вычислитель с минимально возможными массогабаритными характеристиками. Для дос- тижения поставленной цели исследований решены задачи: – выбора и адаптации алгоритмов, позволяющих проводить оценку параметров целей в многоканальном радиолокаторе с простран- ственным разнесением передающих и приемных групп антенных элементов; – реализации выбран- ных алгоритмов с учетом архитектуры вычислителя, позволяющих проводить оценку фоновоце- левой обстановки в реальном масштабе времени; – оценки производительности полученного ре- шения. В процессе разработки алгоритма цифровой обработки сигнала многоканальным радиоло- катором с пространственным разнесением передающих и приемных групп антенных элементов проведен анализ нескольких вариантов реализации алгоритма с учетом архитектуры параллельно- го вычислителя, что позволило выполнить обработку кадра радиоизображения, состоящего из 8 млн. комплексных отсчетов, за время менее 50 мс. на графическом процессоре NVIDIA Jetson AGXXavier. Показана обратная зависимость времени обработки кадра от величины пиковой про- пускной способности памяти GPU. Предложен критерий оценки производительности алгоритма обработки. Проведена численная оценка эффективности использования пропускной способности памяти вычислителя разработанного алгоритма в сравнении с известными реализациями на GPU. Выигрыш разработанного алгоритма составляет в среднем 5 раз по сравнению с результатами, полученными другими авторами. По сравнению с ПЛИС реализация двумерного БПФ на GPU ока- зывается в 17 раз быстрее. Практическая значимость разработанного авторами функционально- го программного обеспечения не налагает никаких ограничений на количество приемных и пере- дающих каналов и может быть использовано для обработки сигналов в многоканальных радиоло- каторах с пространственным разнесением передающих и приемных групп антенных элементов с большим количеством каналов.