Тема: Проектування систем І процесорів обробки радіолокаційної інформації




Скачати 217.56 Kb.
НазваТема: Проектування систем І процесорів обробки радіолокаційної інформації
Сторінка1/2
Дата08.06.2013
Розмір217.56 Kb.
ТипКурс лекцій
nauch.com.ua > Математика > Курс лекцій
  1   2
© Ваврук Є.Я.

Курс лекцій

"Комп’ютерні засоби обробки сигналів та зображень"


Тема 8

Тема: Проектування систем і процесорів обробки радіолокаційної інформації

Питання.

1. Ієрархічність засобів обробки радіолокаційної інформації.

2. Особливості обробки радіолокаційної інформації.  Вибір параметрів радіолокаційної станції, які впливають на характеристики засобів обробки.

3. Архітектура уніфікованої системи обробки, відображення, керування і діагностики радіолокаційних комплексів нового покоління..

4. Мультипроцесорна мережа на базі TMS320C4x

5. Пристрій формування і обробки сигналів. /ПФОС/
1.Ієрархічність засобів обробки радіолокаційної інформації.

Обробка радіолокаційної інформації (РЛІ) як правило складається з декількох етапів.

^ Первинна обробка РЛІ здійснюється апаратурою радіолокаційної станції (АПОІ РЛС) з видачею інформації про плоти. Для всіх АПОІ РЛС інформація про плоти включає координати цілей (азимут, дальність) як від первинного радіолокатора (ПРЛ), так і від вторинного радіолокатора (ВРЛ), причому АПОИ здійснює об'єднання такої інформації і додаткову інформацію від бортового відповідача .

^ Вторинна обробка РЛІ полягає у відпрацьовуванні інформації про плоти з метою виявлення і супроводу траєкторій повітряних судів. У випадку наявності декількох РЛС з'являється задача об'єднання інформації від них з метою одержання єдиного системного треку. Інформація про трек надається диспетчеру керування повітряним рухом. Об'єднання радіолокаційної інформації від декількох джерел називається третинною обробкою .

Задачі третинної обробки вирішуються двома основними методами:

- мозаїчна обробка
- мультирадарна обробка.

При мозаїчній обробці кожної РЛС виділяється своя зона огляду, що не перетинається з зонами огляду інших РЛС.




Для формування єдиного системного треку використовується інформація тільки від однієї РЛС.

До недоліків даного методу відноситься проблема супроводу траєкторій повітряних судів при перетинанні границь зон огляду, а також не використання переваги перекриття зон виявлення сусідніх РЛС.

При мультирадарній обробці використовується вся доступна РЛІ для формування єдиного системного треку. Супровід повітряного судна декількома РЛС

У системі обробки РЛІ від декількох РЛС використовується метод мультитрекінгового супроводу повітряної мети. На вхід системи надходить потік плотів від декількох РЛС. Система перетворить вхідні дані в уніфіковані повідомлення. Кожній РЛС присвоюється ідентифікатор, що входить до складу інформації про повітряну мету. Кожна РЛС описується індивідуальними значеннями параметрів.

Для вторинної обробки РЛІ використовуються алгоритми, засновані на дискретному фільтрі Калмана (фільтр першого порядку). Для третинної обробки використовуються алгоритми вагового підсумовування, (фільтр нульового порядку) із приведенням результатів вторинної обробки до єдиного часу. Відносний ваговий коефіцієнт обернено пропорційний квадратному кореню дальності до мети. При цьому також відбувається виділення ведучої РЛС.
^ 2.Особливості обробки радіолокаційної інформації. Вибір параметрів радіолокаційної станції, які впливають на характеристики засобів обробки.
Параметри:

  • вид сигналу;

  • потужність сигналу;

  • тривалість зондувального сигналу /Тс/;

  • оброблюваний доплерівский діапазон частот /F/ ;

  • роздільна здатність, за дальністю /d / ;

  • роздільна здатність, за доплерівською частотою / f/;

  • виграш у відношенні сигнал/шум /q/;

  • рівень бічних пелюстків функції невизначеності /R/;

  • рівень подавлення в зоні селекції рухомих цілей - СРЦ /D/.

Повинні бути вибрані: висока імпульсна потужність випромінювання і малі по довжині імпульси – щоб забезпечити максимальну віддаль виявлення.

^ Вибір виду сигналу

1. Необхідно прийняти рішення про частоту повторення імпульсів. За відношенням до частоти повторення імпульсів (ЧПІ) радіолокаційні системи діляться на системи з низькою (НЧП), високою (ВЧП) і середньою (СЧП) ЧПІ.

Системи НПЧ однозначно вимірюють віддаль до цілі, швидкість (доплерівські частоти) вимірюють неоднозначно.

Системи СПЧ неоднозначно вимірюють віддаль до цілі та швидкість.

Системи ВПЧ однозначно вимірюють швидкість, неоднозначно віддаль. Рис.1 ілюструє особливості сигналів для всіх типів ЧПІ в часовій (за дальністю) та частотній (за доплерівськими частотами) областях..

Середня потужність передавача реальної РЛС визначається максимальною необхідною віддаллю виявлення цілі. При заданій середній потужності можна працювати або з малою імпульсною потужністю при імпульсі великої довжини, або з великою імпульсною потужністю при імпульсі малої довжини. В обох випадках після обробки імпульс повинен мати малу довжину тоді однозначно можна виміряти віддаль. По цій причині при зондуючих імпульсах великої тривалості необхідно виконувати стиск імпульсів.
^ Вибір частоти повторення імпульсів Складна і трудомістка задача. Є різні системні обмеження на ЧПІ, а найкращий набір ЧПІ залежить від умов роботи РЛС (від висоти, швидкості, наявності завад).

^ 3. Архітектура уніфікованої системи обробки, відображення, керування і діагностики радіолокаційних комплексів нового покоління.

Вимоги до системи

  1. Система повинна будуватися на сучасній елементній базі з використанням відповідних міжнародним стандартам конструктивов і інтерфейсів

  2. Система повинна мати модульну структуру і будуватися на основі мінімальної кількості уніфікованих апаратно-програмних рішень для забезпечення її масштабованості для рішення конкретних задач цифрової обробки, організації зовнішніх інтерфейсів із системами, що сполучаються, відображення результатів обробки й інтерфейсу з оператором.

  3. Повинні відпрацьовуватися прототипи уніфікованих модулів і закладені можливості їхнього розширення і модифікації в частині зовнішніх інтерфейсів, можливо, на основі мезонинних технологій.

  4. До складу модулів входять:

  • модуль аналогового виводу;

  • модуль модуль цифрової обробки;

  • модуль інтелектуального інтерфейсу;

  • модуль аналогового виводу;

  • модуль одноплатного комп'ютера;

  • модуль вводу/виводу (забезпечення гальванічної розв'язки, за рівнем сигналу і т.д.).

  1. Реалізація системи в залежності від вимог до неї може існувати в конструктивах звичайної ПЕОМ для менш критичних прикладів чи у конструктиві, що використовується в ПЕОМ на основі шини ІSA і в стандартній VME-апаратурі.

  2. Окремі характеристики окремих модулів системи повинні легко масштабуватися шляхом їхньої швидкої модифікації (використання мезоніної технології, у т.ч. і ТІМ-модулів) і перепрограмовування.


Елементна база

Орієнтація на два механічних конструктива і на дві стандартні системні шини приводить до того, що можуть існувати три різних типи уніфікованих модулів:

1. Система на основі ПЕОМ із шинами ІSA і PCІ як настільна система обробки, відображення і робочого місця оператора.

2. Система на основі конструктиву з шиною ІSA в якості системи обробки, відображення і робочого місця оператора для критичних додатків.

3. Система на основі конструктива з шиною VME для високопродуктивних систем реального часу.

Дані рішення будуть мати різну (наростаючу) вартість реалізації, тому необхідно забезпечити як можна більшу кількість модулів, що входять у таку систему. В даний час існують окремі, вже освоєні модульні рішення для побудови таких систем:

· ТІМ-несучі плати, для встановлення 1,2,4 процесорних модулів з TMS320C4x, у тому числі й тих, що містять АЦП, у конструктивах ПЕОМ ІSA, PCІ, Багет-01, VME-6U. Побудова системи цифрової обробки на основі цих модулів не залежить від використовуваного конструктива, тому що модулі легко переконфігуровуються і масштабуються. Підсистема ЦОС може бути розроблена на ПЕОМ із шиною ІSA (як найдешевша розробка) і виготовлена в будь-якому іншому.

· Модулі одноплатних комп'ютерів також існують для всіх перерахованих вище конструктивів.

· Модуль аналогового вводу призначений для вводу аналогових сигналів у підсистему ЦОС, і його інтерфейс підключення може визначатися інтерфейсом модулів ЦОС - паралельний інтерфейс комунікаційного порту TMS320C4x, тому даний модуль несуттєво залежить від застосовуваного конструктива.

· Те ж саме відноситься і до модуля аналогового виводу.

· Модуль інтелектуального інтерфейсу призначений для сполучення з різними датчиками, лініями статусних і синхронізуючих сигналів, проведення їхньої попередньої обробки і вводу в підсистему ЦОС, тому його зовнішній інтерфейс сполучення визначається реальними системами, що сполучаються, а внутрішній - COM - порт TMS320C4x.

· Модулі вводу/виводу існують у різних конструктивах, і в деяких випадках вони не є необхідними.

^ Архітектура системи

Пропонується комбінована архітектура на основі поділюваної системної шини і конфігурованих користувачем високопродуктивних прямих з'єднань модулів між собою для рішення задач високопродуктивної обробки даних. Використовувана в конкретній системі системна шина не є архітектурно-утворюючим чинником, тому що виконує функції керування завантаженням системи, глобальним керуванням обробкою і взаємодією з користувачем. Задачі сполучення з зовнішніми системами і пристроями вирішують модулі аналогового вводу/виводу, інтелектуального інтерфейсу, що поєднуються разом з підсистемою ЦОС через прямі з'єднання з комунікаційними портами процесорів TMS320C4x. У випадках, коли необхідно принципово підвищити продуктивність підсистеми ЦОС, можуть бути застосовані модулі ЦОС із процесорами TMS320C4x (для комунікацій) і TMS320C67xx для обчислень (мають продуктивність у 10 разів більшу, ніж С4х, будуть освоєні протягом 1-2 років).

Пропонована архітектура системи приведена на Рис. Кількість окремих уніфікованих модулів, що входять у кінцеву систему буде визначатися вимогами до системи по обчислювальній продуктивності, кількості вхідних і вихідних аналогових каналів даних, кількості систем, що сполучаються, робочих місць операторів і т.д. Обраний для реалізації конструктив і тип системної шини буде призводити до незначної модифікації інтерфейсів модулів зі збереженням логіки роботи всієї системи і наробленого программного забезпечення.

^ 4
. Мультипроцессорна мережа на базі TMS320C4x


Апаратна реалізація мережі

Вузли обчислювальної мережі виконані на процесорах TMS320C40 (TMS320C44), до яких підключена зовнішня оперативна пам'ять ємністю 512-1024 кбайт. У залежності від реалізації процесорного модуля (TІМ), пам'ять підключена тільки до локальної чи до локальної і глобальної шин процесора. Вузли мережі використовують комунікаційні порти процесора (6 для процесорів TMS320C40 і 4 для процесорів TMS320C44) для зв'язку з іншими вузлами чи зовнішніми стосовно мережі пристроями.

При побудові мережі використовувалися два типи процесорних модулів (TІМ) із процесорами TMS320C44 - двопроцесорний модуль із глобальною і локальною пам'яттю в кожнім вузлі (Dst44W) і чотирипроцесорний модуль тільки з локальною пам'яттю (Dst44Q). Завантаження програмного забезпечення мережі і керування мережею здійснювалося з універсальної ЕОМ 486DX4-100, прийом і відображення результатів обробки здійснювався технологічною ЕОМ 486DX2-66, встановленою в VME-крейті.

Двопроцесорний модуль має зв'язок з керуючої ЕОМ через FІFO буфер, підключений до ІSA шини і фізично розташовується в корпусі керуючої ЕОМ (на платі DSM40AT). Чотирипроцесорний модуль фізично встановлений у плату DSM40EP, розташовану в крейті разом з технологічною ЕОМ і зв'язаний з її LPT портом через спеціальний адаптер власного виготовлення. Процесорні модулі зв'язані між собою комунікаційними портами і JTAG-інтерфейсом для відлагодження.

^ Найпростіша первинна обробка РЛИ на МП мережі

Для відпрацьовування і реалізації на мультипроцесорній мережі найпростішого алгоритму первинної обробки даних було розроблено функціональне програмне забезпечення (ФПЗ), що реалізує алгоритм, зображений на мал.1. Дослідження тимчасових характеристик ФПЗ вироблялося під керуванням мультипроцесорної операційної системи (ОС) реального часу SDF (розробки НГТУ), що керувала потоком даних у мережі і здійснювала синхронізацію окремих модулів ФПЗ. У схему обробки (мал.1.) входять:

  • СРЦ 2-го порядку з дійсними коефіцієнтами

  • Обмежувач імпульсних перешкод

  • Погоджений фільтр для складного сигналу (фільтр стиску

  • Детектор із граничним пристроєм

Вхідний сигнал для системи обробки формується моделлю, що працює в реальному часі, вихід якого через додатковий детектор із граничним пристроєм поданий на контрольний ІКО керуючої ЕОМ.

Модель. Для формування радіолокаційної обстановки використовується програма на С, модифікована для досягнення необхідної швидкодії й адаптована до запуску з мережевої ОС. Модель формує 512 комплексних відліків прийнятого сигналу по перериваннях таймера, період якого встановлений рівним періоду зондування РЛС. Пакет даних моделі, що представляє собою відліки ехо-сигналу,що відповідає одному азимуту, направляється маршрутизаторами ОС вузла в граничний пристрій 2 і далі на ІКО керуючої ЕОМ для контролю формованої радіолокаційної обстановки й у систему первинної обробки.

С
РЦ. (Селекція рухомих цілей)
У первинній обробці реалізована СРЦ 2-го порядку з дійсними коефіцієнтами. Для роботи СРЦ вимагаються відліки сигналу (пакети даних) із трьох сусідніх азимутів. Прийом і буферизація необхідних пакетів у процесорному вузлі, що виконує СРЦ, здійснювалася операційною системою.

Обмежувач.

  • А
    лгоритм обчислень для одного відліку даних, реалізований в обмежувачі, показаний на рис.2. Як видно з алгоритму, час обчислень в обмежувачі залежить від значень вхідних даних. У випадку "твердого" обмеження час обчислень більший. Час виконання програми обмежувача було виміряно в симуляторі, при цьому на вхід обмежувача подавалися два пакети даних-перший містив відліки, що завжди приводили до виконання умови обмеження, другий - відліки, для яких умови обмеження ніколи не виконувалися. Значення часу виконання в циклах для пакетів даних, що містять 512 відліків, приведені в таблиці 1.

  • П
    огоджений фільтр.


  • Фільтр стиску складного сигналу реалізований стандартним чином із заміщенням значень вхідного сигналу. Обчислення здійснюються по формулі

де Base -довжина імпульсної характеристики погодженого цифрового фільтра H.

Використання паралельних команд дозволило обчислювати комплексне множення (4 множення і 4 додавання) за 4 цикли (0.16 мкс). З урахуванням додаткових витрат процесорного часу на організацію циклів обчислення одного вихідного відліку фільтра (32 комплексні множення і 31 комплексне додавання) склало 144 цикли (5.76 мкс).

Порогові пристрої.

У системі реалізовані порогові пристрої з ковзним порогом. Значення порога обчислювалося по формулі




де A[n]=|x[n]| - амплітуда вхідного сигналу. При перевищенні сигналом порога приймалося рішення про наявність цілі на n-ої дальності і формувалася відповідна кодограмма у вихідний пакет для індикації.

  • Розподілення ФПЗ по мережі процесорів.

  • Розпаралелювання обчислень і розподіл модулів ФПЗ по мережі процесорів робилося вручну. Для цього в симуляторі були визначені тимчасові характеристики кожного з модулів. Погоджений фільтр після аналізу програми за часом виконання був розбитий на 4 частини: фільтр 0 - перші 64 вихідних відліки, фільтри 1 і 2 по 192 вихідних відліки і фільтр 3 - 32 вихідних відліки. У таблиці 1 приведені часи виконання кожного програмного модуля в процесорних циклах і в мікросекундах для процесорів з тактовою частотою 50 МГЦ, а також кількість операцій із плаваючою крапкою , реалізованих у кожному модулі ФПЗ. Максимальна продуктивність процесорів Vmax для кожного програмного модуля визначалася як кількість операцій із ПК поділена на час.


^ Таблиця 1. Часові параметри модулів ФПЗ, отримані в симуляторі.

Програма

Цикли

Час, мкс

Кількість операцій ПК

Vmax, (MFLOP)

Vвузла, (MFLOP)

СРЦ

9240

369.6

3072

8.31

11.67


Обмежник

15384/13848

615.36/553.92

9728

15.8/17.6

Фільтр 0

9045

361.8

16384

45.3

Фільтр 1

27095

1083.8

49152

45.35

19.66

Фільтр 2

27095

1083.8

49152

45.35

19.66

Фільтр 3

4536

181.44

8192

45.19

6.33


Детектор і ПУ

13813/13271

552.52/530.84

7650

13.85/14.41

Для реалізації системи була обрана лінійна мультипроцесорна мережа з 6 процесорів TMS320C44, розподіл модулів ФПЗ по процесорах мережі показаний на рис.3. Завантаження і запуск ФПЗ здійснювалося по керуванню монітора мережної операційної системи SDF.

П
ри роботі ФПЗ системи первинної обробки РЛИ за допомогою вбудованих засобів ОС контролювалися часові параметри кожного програмного модуля. Результати експериментально отриманих тимчасових характеристик модулів приведені в таблиці 2. Максимальна продуктивність процесорів оцінювалася аналогічно табл.1. Середня продуктивність V вузла отримана як загальна кількість операцій із ПК, виконуваних вузлом, ділене на період надходження вхідних даних (період зондування).

^ Таблиця 2. Експериментально виміряні часові параметри модулів ФПЗ.

Програма

Цикли

Час, мкс

Кількість операцій ПК

Vmax, (MFLOP)

Vвузла, (MFLOP)

СРЦ

9192

367.88

3072

8.35

11.67


Обмежник

14390

575.6

9728

16.9

Фільтр 0

9068

362.72

16384

45.17

Фільтр 1

35040

1401.6

49152

35.07

19.66

Фільтр 2

27166

1086.64

49152

45.23

19.66

Фільтр 3

4560

182.4

8192

44.91

6.33


Детектор і ПУ

12676

507.04

7650

15.09
  1   2

Схожі:

Тема: Проектування систем І процесорів обробки радіолокаційної інформації iconЛекція 10 Тема: Проектування систем І процесорів обробки радіолокаційної інформації
Особливості обробки радіолокаційної інформації. Вибір параметрів радіолокаційної станції, які впливають на характеристики засобів...
Тема: Проектування систем І процесорів обробки радіолокаційної інформації iconПроектування систем І процесорів обробки радіолокаційної інформації
Особливості обробки радіолокаційної інформації. Вибір параметрів радіолокаційної станції, які впливають на характеристики засобів...
Тема: Проектування систем І процесорів обробки радіолокаційної інформації iconЛекція 5 Тема: Діагностика І контроль процесорів І систем обробки сигналів та зображень
Особливості діагностики та контролю процесорів та систем обробки сигналів та зображень
Тема: Проектування систем І процесорів обробки радіолокаційної інформації iconТема: Діагностика І контроль процесорів І систем обробки сигналів та зображень
Особливості діагностики та контролю процесорів та систем обробки сигналів та зображень
Тема: Проектування систем І процесорів обробки радіолокаційної інформації iconТема: Діагностика І контроль процесорів І систем обробки сигналів та зображень
Особливості діагностики та контролю процесорів та систем обробки сигналів та зображень
Тема: Проектування систем І процесорів обробки радіолокаційної інформації iconКурс, 10 семестр Тема 6 Реалізація алгоритмів обробки сигналів на пліс (С+М)
Вибір параметрів радіолокаційної станції, які впливають на характеристики засобів обробки
Тема: Проектування систем І процесорів обробки радіолокаційної інформації iconРеферат Автоматизоване проектування комп’ютерних систем
Вони мають об'єктну орієнтацію І реалізують визначений етап (стадію) проектування або групу безпосередньо пов'язаних проектних задач....
Тема: Проектування систем І процесорів обробки радіолокаційної інформації iconДипломна робота з проектування систем захисту інформації Тема: Захист...
Розділ Огляд можливостей щодо витоку інформації та заходів по його запобіганню 8
Тема: Проектування систем І процесорів обробки радіолокаційної інформації iconПрограма курсу тема Фінансово-кредитна інформація як об’єкт автоматизованої обробки
Склад І зміст банківської та фінансової інформації — продукту автоматизованої обробки даних
Тема: Проектування систем І процесорів обробки радіолокаційної інформації iconРеферат На тему: «Інформаційні системи обробки інформації»
Ознайомитеся наскільки є потрібним удосконалення інформаційних систем. Коротко ознайомитесь з історичним розвитком інформаційних...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
nauch.com.ua
Головна сторінка