Geri Dön

Kompleks ve elektriksel olarak büyük hedeflerin radar kesit alanı hesabı için kullanılan seken ışın yöntemi ve fiziksel kırınım kuramı çözücülerinin CPU ve GPU donanımlarında paralelleştirerek hızlandırılması

Acceleration of shooting and bouncing rays method and physical theory of diffraction solvers used for radar cross section calculation of complex and electrical large targets on CPU and GPU hardware through parallelization

PDF İndir

  1. Tez No: 835590
  2. Yazar: ÖZKAN KIRIK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. CANER ÖZDEMİR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Elektromanyetik saçılma, Radar, Radar görüntüleri, Radar kesit alanı, Radar sistemleri, Electromagnetic scattering, Radar, Radar images, Radar cross section, Radar systems
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Mersin Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bilgisayar destekli tasarım (BDT) modellerinin radar kesit alanlarının (RKA) elde edilmesi için farklı yöntemler ve farklı varsayımlar mevcuttur. Yüksek frekans RKA hesaplaması yapan çözümlerin çoğu metot olarak Geometrik Optik tekniğine dayanan Ling ve arkadaşları tarafından geliştirilen Seken Işın Yöntemi'ni (SIY) kullanmaktadır. 3 Boyutlu BDT modellerinden saçılan elektromanyetik alanların hesaplanması, kullanılan BDT modelinin yüzey sayısı, ihtiyaç duyulan bant genişliği ve açı aralığına göre sonuçları hesaplaması günlerce zaman almaktadır. Bu süre, çözünürlük kalitesinin artması beklentileriyle birlikte oldukça uzamaktadır. Elektromanyetik alanın gerçeğe maksimum derecede yaklaşması için hesaplamalar esnasında kayan nokta hesaplamalarında da yüksek hassasiyet gerekmektedir. Bu bağlamda SIY'nin hızlandırılabilmesi hedefiyle paralelleştirme yöntemleri ve Graphics Processing Unit (GPU) implementasyonu yöntemleri araştırılmış ve uygulanmıştır. Bu tez çalışması kapsamında birinci aşamada tek CPU ile çalışabilen SIY kullanan RKA hesaplama yazılımı kodlanmıştır. Referans hedefler üzerine yapılan karşılaştırmaların tutarlılığından emin olduktan sonra ikinci aşama olarak kodun paralelleştirilmesi yoluna gidilmiştir. İşçi iş parçacığı (worker thread) yapısı ile paralelleştirilen kod, önemli performans kazanımları sağlamıştır. SIY'nin üzerine Fiziksel Kırınım Teorisi (FKT) kodlanarak, simülasyon sonuçları ölçüm sonuçlarına neredeyse eşit noktaya ulaşmıştır. FKT ile özellikle keskin kenarlı geometriye sahip yapılarda, çok daha doğru hesaplama sonuçları elde edilmiştir. FKT kodlanması sürecinde, BDT modelinin kamalarının tespit edilmesi ihtiyacı doğmuş bu doğrultuda çok iş parçacıklı (multi threaded) kama tespit metodu geliştirilmiştir. Daha sonra FKT kodu da paralelleştirilmiştir. SIY hesaplama performansının daha da arttırılabilmesi için GPU teknolojilerinden faydalanma yoluna gidilmiştir. GPU kodlaması aşamasında NVIDIA CUDA kullanılmış olup hem çift duyarlıklı kayan nokta hem de tek duyarlıklı kayan nokta kullanan 2 ayrı SIY kodu geliştirilmiştir. Yeniden kodlanan CUDA tabanlı SIY kodları ile dramatik performans artışı elde edilmiştir. CPU üzerinde çalışabilen kod ile GPU kodu çıktıları arasında kabul edilebilir seviyede sayısal parazit oluşmakta ve sonuçlarda herhangi bir hesaplama hatası bulunmamaktadır.

Özet (Çeviri)

There are different methods and assumptions available for obtaining the radar cross-section (RCS) of Computer Aided Design (CAD) models. Most of the solutions that calculate the high-frequency RCS rely on the Geometric Optics (GO) technique and utilize the“Shooting and Bouncing Ray”(SBR) method. Calculating the scattered electromagnetic field from 3D CAD models can take days depending on the surface count of the CAD model, the required bandwidth, and the angle range. This duration is getting considerably longer with expectations of improved resolution quality. High precision is also required for floating-point calculations during the calculations to achieve maximum proximity to the electromagnetic field. Parallelization methods and Graphics Processing Unit (GPU) implementation methods have been investigated and applied to accelerate the SBR method. Within the scope of this thesis, a RCS calculation software was coded in the first stage using the SBR method, which can run on a single CPU. After ensuring the consistency of comparisons made on benchmark targets, the code was parallelized in the second stage. The code, parallelized with the worker thread structure, provided significant performance gains. By coding the Physical Theory of Diffraction (PTD) on the SBR, simulation results reached a point nearly equivalent to measurement results. Especially in structures with wedges, more accurate results were obtained using the PTD. During the PTD coding process, the need arose to identify the edges of the CAD model, and a multi-threaded edge detection method was developed. Later, the PTD code was also parallelized. To further increase the SBR calculation performance, the GPU technology was utilized. For the GPU implementation, NVIDIA CUDA was used, and two separate SBR codes, one using single-precision floating-point arithmetic and the other using double-precision floating-point arithmetic, were developed. The newly coded GPU CUDA-based SBR codes achieved dramatic performance improvements. There was a numerically acceptable level of numerical noise between the CPU-based code and GPU code outputs, and there were no calculation errors in the results.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    112267

    FDTD ve MOM sayısal yöntemleriyle radar saçılma yüzeyi modelleme ve azaltma teknikleri

    Radar cross section modelling with FDTD and moment numerical methods and reduction techniques

    BEKİR ÇİBER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2001

    Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    PROF. DR. RÜSTEM ASLAN

  2. Tez No

    837056

    Performance assessment of nonlinear active devices to design broadband microwave power amplifiers via virtual gain optimization

    Doğrusal olmayan aktif elemanların performans analizi ve sanal kazanç optimizasyonuyla genişbandlı mikrodalga güç kuvvetlendiricisi tasarımı

    SEDAT KILINÇ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL SERDAR ÖZOĞUZ

    PROF. DR. BEKİR SIDDIK BİNBOĞA YARMAN

  3. Tez No

    228

    1,3-difenil-4,5-bis(hidroksiimino)-imidazolidin ve Ni(II), Cu(II), Pd(II), UO2(VI) komplekslerinin sentezi

    Başlık çevirisi yok

    VEFA AHSEN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    1984

    Kimya MühendisliğiUludağ Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZER BEKAROĞLU

  4. Tez No

    276

    Tekstil boyamacılığında atık flottede boyama imkanları üzerine araştırma

    Başlık çevirisi yok

    MEHMET YAKARTEPE

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1985

    Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. KERİM DURAN

  5. Tez No

    41

    Computer aided design of lumped and distributed broadband matching and filtering networks

    Başlık çevirisi yok

    ADNAN KÖKSAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1987

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NEVZAT YILDIRIM

Geri Dön