Автореферат (Автоматизация системного этапа проектирования цифровых устройств обработки сигналов)

На правах рукописиРепнева Анастасия ИгоревнаАВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМНОГО ЭТАПА ПРОЕКТИРОВАНИЯЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВСпециальность 05.13.12 – «Системы автоматизации проектирования(в электронике, радиотехнике и связи)»Автореферат диссертациина соискание ученой степени кандидата технических наукМосква – 2012Работавыполненанакафедре«Конструирование,технологияипроизводство РЭС» Московского авиационного института (национальногоисследовательского университета).Научный руководитель:доктор технических наук, профессорМ.Н. УшкарОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессорА.В.

Назаровкандидат технических наук,А.В. ЛуценкоВедущая организация:ОАО «Корпорация «Фазотрон-НИИР»Защита диссертации состоится “201 г. в”часов назаседании диссертационного совета Д 212.125.02 в Московском авиационноминституте (национальном исследовательском университете) по адресу: 125993,г.Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАИ.Автореферат разослан “”Ученый секретарь диссертационногосовета Д 212.125.02.2012 года.А.М.

ПетраковАктуальность работы.Современный этап развития радиоэлектронной техники характеризуетсяпреимущественным ростом доли цифровых электронных средств относительноаналоговых.Эта тенденция обусловлена следующими факторами:- значительным ростом степени интеграции цифровых устройств,приведшим к расширению их функциональных возможностей (за последнее10 лет степень интеграции цифровых процессоров возросла более чем в 50 раз);- расширение частотного диапазона цифровых устройств, обусловленногопоявлением АЦП, работающих на частотах несколько ГГц (ADC0801000 –1ГГц, ADC0801500 – 1,5ГГц и т.д.);- снижение потребляемой мощности цифровых устройств обусловленоприменением инновационных технологий производства микроэлектроннойтехники и, как следствие, переходом на напряжение питания (1,5-2,5)В.В настоящее время при проектировании РЭС активно применяютсясредства автоматизированного проектирования (САПР), такие как SystemView,LabView и т.д. Анализ современных САПР класса EDA показывает, что данныепрограммные продукты преимущественно решают задачу анализа структурныхвариантов.

Этот анализ, как правило не включает оценку комплексных затрат,что затрудняет оценку эффективности анализируемых вариантов. Такимобразом, современные САПР не могут в полной мере охватить системный этаппроектирования и не позволяют выполнить анализ затрат.Развитие модульно-магистрального принципа построения бортовыхавиационных РЭС, привело к интеграции цифрового устройства на общемнесущем основании (модули сбора и обработки данных, ПЛИС, системы накристалле и т.п.), что существенно увеличило стоимость этих устройств.Поэтому обеспечить высокую эффективность устройства цифровой обработкисигналов(УЦОС)становитсязатруднительнобезучетапоказателейконструкции: массы, объема, стоимости, интенсивности отказов и др.,3определяющихкомплексныезатратынапостроениеУЦОСбортовыхавиационных РЭС.Оценка показателей конструкции осуществляется на этапе техническогопроектирования, после формирования структуры устройства, что ограничиваетчисло рассматриваемых вариантов построения и тем самым снижаетэффективность.разработатьПоэтомудляповышенияэффективностинеобходимометоды и алгоритмы, позволяющие на системном этапепроектированияформироватьразличныеконструкторско-технологическиеварианты (КТВ) и оценивать их эффективность.Исходяизвышесказанного,актуальнойявляетсязадачаоценкикомплексных затрат на системном этапе проектирования.Цель диссертационной работы.ПовышениеэффективностиУЦОС,путемразработкимоделей,алгоритмов и методов для синтеза и анализа вариантов конструкций УЦОС,обеспечивающих учет комплексных затрат на системном этапе проектирования.Задачи исследования.

Для достижения поставленной в работе целинеобходимо решить следующие задачи:1. Разработать математическую модель алгоритма УЦОС, позволяющуюоценить время реализации алгоритма различными микропроцессорами.2. Разработать метод формирования базового набора компонент УЦОС,обеспечивающийвозможностьформированияобластидопустимыхконструкторско-технологических вариантов (КТВ) УЦОС.3. РазработатьалгоритмпостроенияКТВреализацииУЦОСнасистемном этапе проектирования, позволяющий осуществить параметрическийсинтез допустимых КТВ, выполнить анализ этих вариантов и выбратьэффективный.4.

Разработать пакет программ, реализующий методы и алгоритмыпостроения КТВ УЦОС.5. Выполнить экспериментальное исследование пакета программ, наконкретных примерах.4Методы исследований.При проведении исследований использованы основы теории дискретнойоптимизации, теория сложных систем, теория цифровой обработки сигналов,теория сетей Петри.Научная новизна диссертационной работы:1. Метод перехода от алгоритма УЦОС к элементарной сети Петри,отличающийся от известных использованием базовой системы команд, чтообеспечивает инвариантность модели к типам микропроцессоров.2. МетодформированиябазовогонаборакомпонентУЦОС,отличающийся от известных возможностью перераспределения ресурсов междукомпонентами УЦОС (потерь, разрядности).3.

Алгоритм построения КТВ УЦОС, отличающийся от известныхвозможностью комплексной оценки затрат на системном этапе проектирования.Практическая ценность:1. Пакет программ, реализующий методы и алгоритмы построения КТВУЦОС.2. Возможностьпримененияразработанногопакетапрограммзапределами задач цифровой обработки сигналов, например при проектированииуправляющихконтроллеровидругихцифровыхустройств,заданныхалгоритмом функционированияРеализация и внедрение результатов работы:РезультатыработыбылииспользованынапредприятииОАО «Корпорация «Фазотрон-НИИР» при разработке цифрового приемника Хдиапазона,чтоподтвержденосоответствующимактомиспользованиярезультатов работы.Достоверность результатов.Обоснованностьидостоверностьполученныхрезультатовподтверждается: путем корректного использования основ теории дискретнойоптимизации, теории сложных систем, теории цифровой обработки сигналов,5теории сетей Петри, апробацией результатов исследований на научнопрактических конференциях и результатом экспериментальных исследований.На защиту выносятся следующие основные положения:1.

Математическая модель алгоритма, в виде элементарной сети Петри,позволяющая выполнить верификацию и оценку времени выполненияалгоритма различными микропроцессорами и ПЛИС, включая распределениеалгоритма между аппаратной и программной частями.2.МетодформированиябазовогонаборакомпоненткУЦОС,позволяющий на основе анализа внешних параметров определить численныезначения параметров компонент УЦОС и сформировать их базовый набор.3. Алгоритм построения КТВ УЦОС, обеспечивающий параметрическийсинтез допустимых вариантов реализации УЦОС на заданном наборекомпонент и анализ комплексных затрат на системном этапе проектирования.Апробация работы.Основныерезультатыработыдокладывалисьнаследующихконференциях:- Международной конференции "Авиация и космонавтика 2011", Москва,МАИ, 2011г.- Международная молодежная конференция «ХIХ Туполевские чтения»,Казань, 24-26 мая 2011г.- Научно-практической конференции студентов и молодых ученых МАИ«Инновации в авиации и космонавтике – 2010», Москва, МАИ, 2010г.- Научно-практической конференции студентов и молодых ученых МАИ«Инновации в авиации и космонавтике – 2011», Москва, МАИ, 2011г.- Московскаямолодежнаянаучно-практическойконференция«Инновации в авиации и космонавтике – 2012», Москва, МАИ, 2012г.Публикации.Результаты диссертационной работы отражены в 11 научных работах, втом числе 4 статьи в периодических печатных изданиях, 4 из которых6опубликованы в журналах, входящих в перечень ВАК, тезисах 7 докладов нанаучно-технических конференциях.Структура и объем диссертации.Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и спискаиспользуемой литературы.

Диссертация изложена на 140 листах основноготекста, содержит 52 рисунка и 23 таблицы к основному тексту, списоклитературы из 82 наименований и 12 страниц приложения.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВовведенииобосновываетсяактуальностьтемыдиссертации,формируется цель и задачи работы, научная новизна, практическая значимостьполученных результатов, а также положения, выносимые на защиту.

Излагаетсякраткое содержание работы.Впервойглаверассмотренанализсовременногосостоянияпроектирования цифровых электронных средств. Выполнено исследованиеэффективности применения цифровых устройств обработки сигналов, напримере бортовых радиолокационных станций (БРЛС). Под эффективностьюпонимается отношение вероятности выполнения поставленной задачи кзатратам. Поскольку в работе рассматриваются действующие станции, тосчитается, что вероятность выполнения поставленной задачи равна единице, аэффективность обратно пропорциональна затратам. В данном примере подзатратами понимается взвешенная сумма массы и мощности.Э=1pmϕp ⋅ + ϕm ⋅PM,(1)где ϕ p , ϕ m – весовые коэффициенты мощности, массы и стоимости;p, m, P, M – мощность, масса, стоимость и их нормирующие делители.Сравнительный анализ БРЛС проводился на следующих станциях: Жук,Жук-27, Жук-МСФ, РЛПК «Оса», БРЛС «Копье-21», БРЛС «МОСКИТ», СУВ7«Сокол» и показал, что показатель эффективности существенно зависит отобъема использования цифровых устройств.Проведена оценка эффективности, на примере преимущественноаналоговой РЛС «Арбалет» стоящей на вооружении и современной цифровойМБРЛС.