Файл: цифровые процессоры.doc

Выходной сигнал Uпу=1, если Uвх U0 и Uпу=0, если Uвх < U0. Во временном квантователе (ВК) осуществляется временная дискретизация сигнала с периодом Тдд. Отсутствие СВЗ обусловлена наличием быстродействующих пороговых устройств (компара­торов) серий 521, 597. Сигнал с выхода АВК принято называть бинарноквантованным (двухуровневым). Процесс квантования поясняется на рис.1.2г. Согласованная фильтрация одиночного импульса с последующим амплитудным детектированием позволяет рассматривать ПУ, как обнаружитель одиночного импульса, в котором решение на обна­ружение принимается при превышении Uвх порогового напряжения U0 . Это дает возможность характеризовать НУ (обнаружитель одиночного импульса) вероятностью ложной тревоги при обнаружении одиночного импульса - вероятностью превышения шумом порога квантования Рш , и вероятностью правильного обнаружения одиночного импульса - вероятностью превышения смесью сигнала и шума порога квантования Рсш, рассматриваемых для фиксированной задержки относительно ИЗП (в од­ном канале по дальности). В случае стационарного и эргодического шума эти характеристики будут одинаковы для любого из каналов даль­ности в пределах заданного диапазона (Rmin,Rmax). Характеристи­ки обнаружения одиночного импульса, гдеприведены в [1].

Для современных РЛС, использующих автоматизированные системы обработки, одной из серьезных проблем является стабилизация веро­ятности ложной тревоги F. Стабилизация величины F позволяет избежать перегруженности центральной СЭВМ, и повысить качество вторичной обработки.

Один из возможных вариантов построения УВАД, позволяющего стабилизировать Рш (а в конечном итоге F) приведен на рис.11д. Пороговое напряжение U0 формируется на выходе цифроаналогового преобразователя (ЦАП), уровень его пропорционален коду, поступающе­му с реверсивного счетчика СТ. На суммирующий вход (+1) СТ посту­пают импульсы частоты , а на вычитающий вход (-1) частоты, где L - коэффициент деления счет­чика CTL. После установления кода в реверсивном счетчике в ЦАП реализуется такое значение порога Uп, при котором. Вероятность Рш поддерживается на уровне. Часто­та квантования fдд выбирается из условия обеспечения некорре­лированности отсчетов шума на интервале.

Другой возможный вариант построения УВАД, обеспечивающего стабилизацию Рш, изображен на рис.11е , где в качестве обнаружителя одиночного импульса используется модифицированный знаковый обнаружи-тель. Выборочные значения сигнала с выхода амплитудного детектора преобразуются в многоразрядный цифровой код в АЦП и пос­тупают на цифровую линию задержки (ЦЛЗ), состоящую из n последовательно включенных регистров сдвига . С выхода центрально­го регистра ЦЛЗ код поступает на неинвертирующий вход (n-1)цифровых компараторов (ЦК), на инвертирующие входы ЦК подаются ко­ды с выходов остальных регистров. Выходы ЦК объединены по схеме ”&”. Таким образом, единица на выходе схемы ”&” (обна­ружение сигнала одиночного импульса) появится при одновременном превышении кодом в центральномзначений кодов в других. Такое построение УВАД обеспечивает получение, где n - число отводов линии задержки. Частота, поступления выбо­рочных значений от АЦП выбирается из условия обеспечения независи­мости выборочных значений шума. Обычно её выбирают равной частоте дискретизации дальности.

При L=n устройства, изображенные на рис.2д, рис.2е, обеспечивают одинаковое значение Рш , при условии, что статистичес­кие характеристики шума остаются неизменными (интервал эргодичнос­ти) в течение времени для схемы рис.2е и, где nст - число разрядов счетчика СТ для схемы по рис.2д. Обычно. Существенным недостатком схемы рис.2е является эффект подавления слабой цели более сильной в слу­чае, если временная задержка между целямиз, лежит в пределах.

П.3. Построение многоканального по дальности СП при бинарном квантовании сигнала.

Структурная схема многоканального по дальности СП и временные диаграммы, поясняющие его работу приведены на рис.12. В состав СП входят: УВАД (возможное выполнение рассмотрено выше); буферный ре­гистр (Буф RG); оперативное запоминающее устройство (ОЗУ СПЦО), выполняющего роль многоканальной по дальности ЦЛЗ; арифметическо-логическое устройство (АЛУ СПЦО); контроллер интерфейса СП, осуществляющего управление обменом СП и СЭВМ.

Априорно предполагается, что смещением цели за. время её нахож­дения в луче ДН можно пренебречь , где- радиальная скорость цели,- ширина ДНА по уровню половин­ной мощности;- скорость сканирования антенны. Таким образом, сигнал отраженный от цели будет находиться в одном и том же элементе разрешения по дальности, т.е. иметь фиксированную задержку относительно ИЗП. Угловое положение каждого отраженного от данной це­ли импульса будет изменяться за Tп на один элемент углового разрешения. Число импульсов отраженных от цели можно считать равным.

В качестве примера запишем алгоритм квазиоптимальной цифро­вой обработки сигналов при обнаружении

а при измерении положения центра пачки ,

где переменная j определяет положение текущей суммы выборочных значений относительно импульса НО, переменная i определяет номер канала дальности, М - определяет число каналов дальности. В режи­ме "скользящего

Рис.11. Примеры структурных схем устройств амплитудной и временной дискретизации: а) обобщенная схема амплитудно-временного преобразования, б)схема временной дискретизаций, в)временные диаграммы при амплитудной дискретизации, г) схема амплитудной дискретизации, д) устройство амплитудно-временной дискретизации со стабилизацией вероятности ложной тревоги, д) устройство амплитудно-временной дискретизации со стабилизацией вероятности ложной тревоги с помощь модифицированного знакового обнаружителя

Рис.12. Структурная схема многоканального по дальности спец процессора цифровой обработки сигналов в обзорной РЛС.

окна" j меняется с шагом I и темпом, определя­емым дискретностью зондирующего сигнала (Tп). Из анализа алгорит­мов следует, что для их реализации в СП необходимо осуществить за­поминание (m-1) выборочных значений сигнала по каждому i-му эле­менту дальности за (m-1) предшествующих периодов зондирова­ния и произвести их совместную обработку с выборочным значением, полученным в текущем периоде зондирования по этому элементу. Запо­минание выборочных значений осуществляется в ОЗУ СПЦО емкостью (m-1)хМ. Каждому каналу дальности i в ОЗУ ставится в со­ответствие (m-1) ячейка памяти садресом ARi. Код адреса ОЗУ СПЦО AR образуется в счетчике текущей дальности и изменяется с темпом Tдд. Информация с выхода ОЗУ СПЦО (ОРАМ) и УВАД по им­пульсу ЗАП RG записывается в Буф RG . С выхода Буф RG переда­ется информация на обработку в АЛУ СПЦО, сдвинутая на одну позицию поступает на вход ОЗУ СПЦО (I PAМ), и записывается в ОЗУ импульсом ЗАП/СЧ. Цикл записи/считывания за период Т заканчивается, и ОЗУ СПЦО по данному каналу дальности подготовлено к работе в сле­дующем периоде зондирования. При проектировании СПЦО необходимо обеспечить одновременное присутствие информации по i-му каналу дальности, поступающей от УВАД и ОЗУ СПЦО на входе Буф RG, в мо­мент ее записи ( ЗАП RG), что обеспечивается жесткой синхрони­зацией импульсов Tдд и кода АR .За время цикла запись/считываниезначение адреса выбираемой ячейки должно сохраняться. Таким об­разом, работоспособность ОЗУ СПЦО будет обеспечена, если время цикла выбранного типа ОЗУ меньше.

В АЛУ СПЦО осуществляется обработка сигналов в соответствии с выбранным алгоритмом, вычисление координат цели и выдача сигналов ОБН, ЦП и координат через контроллер интерфейса на СЭВМ.

импульсом ЗАП/СЧ. Цикл записи/считывания за период Т заканчивается, и ОЗУ СПЦО по данному каналу дальности подготовлено к работе в сле­дующем периоде зондирования. При проектировании СПЦО необходимо обеспечить одновременное присутствие информации по i-му каналу дальности, поступающей от УВАД и ОЗУ СПЦО на входе Буф RG, в мо­мент ее записи ( ЗАП RG), что обеспечивается жесткой синхрони­зацией импульсов Tдд и кода АR .За время цикла запись/считывание значение адреса выбираемой ячейки должно сохраняться. Таким об­разом, работоспособность ОЗУ СПЦО будет обеспечена, если время цикла выбранного типа ОЗУ меньше.

В АДУ СПЦО осуществляется обработка сигналов в соответствии, вычисление координат цели и выдача сигналов ОБН, ЦП и координат через контроллер интерфейса на СЭВМ.

Сегодня в современной технике для построения сложнейших цифровых схем специализированных процессоров (СП) широко используются программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). С их применением значительно улучшаются технические характеристики устройств цифровой обработки сигналов:¹

- уменьшаются габариты устройства;

- уменьшается энергопотребление;

- повышается производительность;

- повышается точность вычислительных операций;

- значительно увеличивается логическая емкость на корпус микросхемы.

В отличие от сигнальных процессоров, которые также нашли свое применение в специализированных вычислителях, ПЛИС обладают весьма важными свойствами [1] для первичной обработки:

- потоковость;

- масштабирование;

- параллельное вычисление.

В микросхеме ПЛИС возможно реализовать потоковость(конвейерная архитектура), чтобы избежать задержек потока данных и организовать обработку в реальном времени. За счет избыточной логической емкости кристалла ПЛИС можно увеличить разрядности операндов алгоритма СП, тем самым увеличить точность вычислений, т.е. произвестимасштабирование. На ПЛИС возможно организовать параллельное вычисление операндов, увеличивая производительность СП, что не доступно на многих сигнальных процессоров, где инструкции выполняются поочередно друг за другом.

Обобщая распространенные виды ПЛИС можно сказать, что ПЛИС – это массив логических элементов (ЛЭ) в одном корпусе микросхемы, в которой входы/выходы ЛЭ можно соединять с друг другом в необходимом порядке внутри микросхемы, программируя матрицу соединений. Иными словами: ПЛИС – некий «конструктор», в котором пользователь определяет, как соединить те или иные его части.

Лидирующими фирмами-производителями ПЛИС являются, Altera,Xilinx,Actel,Atmel, Lattice и др. Среди них следует отметить фирмыAlteraиXilinx, которые активно продвигают свою продукцию, выкладывая на своих сайтах подробную документацию, демонстрационные примеры реализации разных цифровых устройств, обучающие курсы и материалы по цифровой технике, программное обеспечение системы автоматического проектирования (QuartusII,ISEDesignSuite).