Проектирование высокопроизводительных систем цифровой обработки сигналов

• Автор: Баранов, Лев Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.13.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил.

•* СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. Выбор архитектуры вычислительных средств с предельными

характеристиками для задач ЦОС

1.1. Современные суперЭВМ и процессоры ЦОС

1.2. Вопросы системной интеграции

1.3. Архитектура центрального процессора универсальной суперЭВМ

с синхронным управлением многопроцессорным АЛУ

1.4. Алгоритмы первичной обработки сигналов и методы их решения

Выводы

Глава 2. Проектирование малогабаритных высокопроизводительных

систем ЦОС
2.1. Выбор архитектуры и состава специализированного цифрового устройства селекции движущихся целей
2.2. Проектирование высокопроизводительных специализированных цифровых устройств селекции движущихся целей
2.3. Организация вычислительного процесса пространственной обработки сигнала ГАК
« 2.4 Постановка и решение вопросов параллельного программирования и предварительной отладки программ
Выводы
Глава 3. Техническая реализация модулей высокопроизводительной
системы обработки сигналов
3.1. Высокопроизводительная система первичной обработки для гидроакустических комплексов по технологии DSP
3.2. Разработка модуля быстрого преобразования Фурье для систем с высокой производительностью
3.3. Проектирование типового высокопроизводительного матричного устройства
3.4. Особенности команд устройства управления параллельной архитектуры суперЭВМ Ml0
3.5 Оценка производительности специализированных вычислительных
устройств (СДЦ) и вычислительной системы ГАК
Выводы
Глава 4. Сопряжение вычислительных средств первичной обработки
сигналов с приемной аппаратурой изделий
i 4.1 Системы ввода-вывода для параллельных вычислительных комплексов

4.2. Выбор архитектуры системы ввода-вывода и распределение
* функций между ее составными частями
4.3. Обоснование выбора объема ОЗУ для буферизации информации абонентов и влияние организации связи внешних абонентских устройств с САБС на быстродействие ЦП
Выводы
Заключение
Список используемой литературы

Проектирование процессоров и вычислительных систем обработки сигнальной информации уже многие годы является актуальной задачей. Традиционное применение радиолокации связано с решением задач для наблюдения и сопровождения движущихся объектов находящихся в воздухе, на море, на суше и в космосе с платформ расположенных также в воздухе, на море, на суше и в космосе.
Многие радиолокационные методы и устройства, разработанные первоначально для военных нужд, нашли свое применение в мирных областях техники как, например, наземная и спутниковая связь в СВЧ-диапазоне, навигационные системы, системы радиоэлектронного подавления, радиоастрономия, СВЧ-спектроскопия, медицина, метеорология. Вычислительные средства реального времени в радиолокационных комплексах 70-х годов определили развитие вычислительных систем сверхвысокой производительности.
В это время разработаны и внедрены вычислительные системы, находившиеся на уровне мировых проектов того времени.
Широко известные суперЭВМ отечественных разработок:
- серия “Эльбрус-1”, “Эльбрус-2” - разработка ИТМ и ВТ им. С.Л. Лебедева;
- серия ЕС 1060, ЕС 1062 - разработка НИЦЭВТ;
- серия MIO, М13 - разработка НИИ ВК им. М.А. Карцева.
и Эти разработки опирались на отечественную элементную базу.
Особое место в этом ряду занимает машины MIO, М13, спроектированные для решения задач с естественным параллелизмом данных.
Требование максимальной производительности па элементной базе того времени заставило искать новые технические решения в организации вычислительного процесса и привело к созданию параллельных вычислительных машин, определивших направление вычислительной техники.
Разработка цифровых методов селекции движущихся целей (СДЦ) привело к революции в методах обработки радиолокационных сигналов. Цифровая обработка открыла возможность практического воплощения результатов теории радиолокации, которая ранее, когда доступны были одни лишь аналоговые методы, имела ограниченное применение.
Развитие радиолокации и переход на цифровую обработку задачи селекции движущихся объектов резко повысило требования к производительности систем цифровой обработки сигналов (ЦОС). Возросли требования к системам ЦОС также в связи с расширением условий их эксплуатации, например, в системах морского применения, аэростатного базирования и др.
Проектирование систем ЦОС сталкивается с возросшим информационным потоком от различного типа абонентов реального времени. Переход к многомерной обработке сигналов существенно усложняет задачу. л Многомерная обработка сигнала требует организации и слежения за
дополнительными информационными потоками, которые условно разбиваются на кадры и выборки. Организация приема информации, относящейся к

симального из значений превышающих порог. При равенстве амплитуд пре-• высивших код порога в нескольких доплеровских каналах дальности, передается значение доплеровского канала с минимальным номером.
Принципиально важным вопросом при работе любого обнаружителя является выбор порога обнаружения. При использовании критерия Неймана -Пирсона, который чаще всего применяются в радиолокационных обнаружителях, порог обнаружения выбирается исходя из заданного уровня вероятности ложной тревоги. Для огибающей помех, имеющих релеевскую плотность вероятностей, как в нашем случае, порог обнаружения ип, вероятность ложной тревоги а и среднее значение помех Ъ связаны соотношением
ип =2^^-г=с (ау г.
Видно, что порог обнаружения можно получить, умножая измеренное среднее значение помех на некоторую константу О(а), однозначно связанную с заданной вероятностью ложной тревоги.
Следует отметить, что в РЛС кругового обзора имеют место:
- различные уровни помех в различных азимутальных направлениях и на различных дальностях, которые определяются местными условиями, в которых работает РЛС;
- большой объем исходной информации, достигающей 56 Мбайт памяти или более 10 млн. чисел за один обзор.
♦ Для того чтобы решить в таких условиях задачу поддержания заданных вероятностей ложных тревог 10'2— I О"3, необходимо использовать некоторый опорный фон помех для каждого азимутального фрагмента и каждого строба дальности во всем секторе обзора. Такой опорный фон формируется в процессоре формирования кода порога (ПФКП) с помощью алгоритмов формирования постоянной составляющей помех и карты помех, и хранится в соответствующем ЗУ. Объем этого ЗУ равен 1,4 • 106 комплексных чисел, а само ЗУ представляет собой матрицу 544 х 2575 чисел.
Для формирования постоянной составляющей помех в каждом п-м элементе дальности каждого к-го азимутального фрагмента используется цифровой фильтр нижних частот, вычисляющий
Ё„=ХКе[Ул(к-1)].

Для формирования карты радиолокационных помех в каждом элементе «дальность - азимут» используется рекурсивный цифровой фильтр, в котором реализуется рекуррентное соотношение
и}=(ин-Ъ)Ч + %,
где к - номер азимутального фрагмента (1-С>00);
/ - количество срезов в данном азимутальном фрагменте.
* Здесь индекс ] относится к номеру обзора в процессе составления карты помех, который должен проводится при вводе РЛС в эксплуатацию на