Разработка и исследование методов решения задачи высокого разрешения на вычислительных системах с переменной разрядностью

• Автор: Гильванов, Марат Фаритович
• Шифр специальности: 05.13.17, 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 194 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ЗАДАЧИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАЗРЕШЕНИЯ

УГЛОВЫХ КООРДИНАТ ИСТОЧНИКОВ

1.1. Проблематика задачи

1.1.1. Метод определения расстояния до цели

1.1.2. Методы повышения качества ультразвуковой визуализации1

1.1.3. Математическая модель пространственного разрешения

угловых координат объектов

1.2. Алгоритмы определения угловых координат источников сигналов

1.2.1. Формирование матрицы взаимных корреляционных моментов

1.2.2. Нахождение собственных значений
1.2.3. Нахождение собственного вектора
1.2.4. Метод ускорения вычисления значений многочлена
1.2.5. Оценка вычислительных затрат и определение основных характеристик вычислительной системы
1.3 Выводы
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ ОСНОВНЫХ ОПЕРАЦИЙ С АРГУМЕНТАМИ, ПРЕДСТАВЛЕННЫМИ ПОЛЯМИ
2.1 Вычисление значений функций разложением в ряд
2.1.1 Вычисление значений показательной функции
2.1.2 Вычисление логарифмической функции
2.1.3 Вычисление тригонометрических функций
2.1.4 Вычисление гиперболических функций
2.2 Итерационные схемы вычисления значений функций
2.2.1 Вычисление обратной величины
2.2.2 Вычисление корня квадратного
2.2.3 Вычисление обратной величины корня
2.4 Двоичные системы с произвольной разрядностью
2.4.1 Организация представления данных и выполнение основных операций в коде опережающий перенос
2.5 Организация операционных устройств вычислителя значений функций
2.5.1 Устройство сдвига на число разрядов меньшее группы
2.5.2 Устройство параллельного сдвига
2.5.3 Устройство сдвига на кратное число групп
2.5.4 Устройство умножения на числа произвольного формата
2.5.5 Устройство реализации итеративного цикла при вычислении функций
2.6 Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ РЕАЛИЗАЦИИ АЛГОРИТМОВ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ
3.1 Выбор варианта построения системы
3.2. Быстродействующие умножители
3.3 Умножение в коде опережающий перенос
3.4. Организация полноразрядного умножения полей
3.4.1 Метод последовательного формирования частичных произведений
3.5 Параллельная обработка массива групп
3.5.1 Конвейерный сумматор в последовательной системе с произвольной разрядностью
3.5.2 Векторная схема множительного устройства
3.5.3 Матричная схема множительного устройства
3.6 Построение вычислительных систем для решения задачи высокого углового разрешения
3.6.1 Многопроцессорная вычислительная система на специализированных ПЛИС
3.6.2 Система доуточнения местоположения цели АфслийР
3.7 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


При лоцировании же крупногабаритных подводных объектов точность может быть понижена до 1 — 3 м. В этом случае с данной точностью можно фиксировать объекты на расстояниях до 4 - 5 км. Ультразвуковая визуализация имеет широкий спектр применений от визуализации изображений поверхностей с помощью ультразвуковых волн до просвечивания непрозрачных тел. В процессе ультразвуковой визуализации в исследуемом объекте формируется ультразвуковой пучок, принимается отраженный сигнал, и путем соответствующей обработки отраженного сигнала строится искомое изображение или выделяется необходимая информация. Качество получаемого изображения определяется техническими характеристиками ультразвуковых систем визуализации, которые характеризуются следующимиосновными -параметрами —[3,— ]:—пространственной -разрешающей способностью, контрастной разрешающей способностью, а так же однородностью поля обзора. Разрешающая способность обеспечивает возможность различать детали, определять структуру и неоднородности в присутствии очень ярких отражателей [5, , ]. Перечисленные параметры систем визуализации зависят как от характеристик зондирующего пучка, формируемого ультразвуковым преобразователем, так и от качества обработки отраженного сигнала. В настоящее время основные исследования посвящаются именно усовершенствованию методов обработки отраженных сигналов [8, , , 1 особенно в оборонных областях. Наиболее существенные результаты в этом направлении получены методом компьютерной сонографии []. Однако этот подход требует разработки очень сложного и поэтому дорогостоящего математического и программного обеспечения, что приводит к значительному увеличению времени работы систем визуализации. В то же время, необходимо отметить, что изображение, получаемое при использовании компьютерных методик улучшения изображения, не всегда соответствует реальному изображению, так как оно строится с использованием различных аппроксимаций. Другая возможность повышения качества ультразвуковых изображений, связанная с оптимизацией параметров ультразвукового пучка, в современной научной литературе освещена в меньшей степени [, ]. В то же время, данный подход представляется более перспективным, поскольку направлен на улучшение непосредственно процесса получения информации. Известно, что разрешающая способность зондирующего пучка тем выше, чем уже пучок [, , ]. Таким образом, для получения высококачественных ультразвуковых изображений необходимо решить задачу формирования узких, высоконаправленных звуковых пучков. В дальнейшем под узким, высоконаправленным пучком понимается ультразвуковой пучок, при котором обеспечивается однородность обзора независимо от расстояния наблюдения. Однако неоднородность среды распространения сигнала делает решение этой задачи практически невыполнимой. В какой то мере решает эту задачу применение параметрических преобразователей. В настоящее время параметрическое излучение используется в основном в гидроакустической локации, где зондирование производится на большие расстояния, т. Однако в целом и эти методы не решают поставленную проблему. Ввиду высокого уровня развития средств вычислительной техники и соответствующего программного обеспечения в настоящее время наиболее рациональным путем решения сформулированных задач является применение современной технологии вычислительного эксперимента для создания систем с ненаправленным излучением и определения внешней обстановки методом специальной обработки принимаемого сигнала [9]. Для решения задачи пространственного разрешения угловых координат источников сигналов применен метод, основанный на использовании свойства ортогональности векторам направлений прихода сигналов с выходов элементов антенной решетки соответствующего хминимальному собственному значению матрицы, если число элементов антенной решетки больше количества источников сигналов. Антенная решетка представляет набор ненаправленных микрофонов, расположенных эквидистантно в вертикальной плоскости (рис. X - длина волны. Амплитуды сигналов постоянны. В каждом микрофоне аддитивно присоединяются гауссова помеха, некоррелированная но каналам приема.