Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 68

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 68)

Результаты второго преобразования размещаются в выходном буферном ЗУ. При считывании из этого ЗУ снова необходимо использовать разрядную инверсию адресов, чтобы устранить разрядную инверсию номеров выходных отсчетов второго БПФ. Выходное буферное ЗУ дублируется для того, чтобы иметь возможность на каждом периоде выводить последовательные отфильтрованные массивы.

Рис. 5.27. Согласованный фильтр с одним устройством обратиого БПФ. а — блок-схема; б — временная днаграмма. Поскольку в устройствах прямого и обратного БПФ используются комплексные экспоненты с разными знаками в показателе степени и в рассматриваемой схеме оба преобразования выполня ются в одном и том же устройстве прямого БПФ, над результатами прямого и обратного преобразований, а также над отсчетами частотной характеристики фильтра необходимо выполнить операцию комплексного сопряжения.

Временная диаграмма работы фильтра с одним устройством прямого БПФ приведена на рис. 5.26, б. Вывод первого отфильтрованного массива заканчивается через пять периодов, а затем на последовательных периодах выводятся последующие массивы (рис. 5.25). Третья блок-схема фильтра-свертывателя приведена на рис. 5.27,а. В ней используется одно устройство для выполнения об- 317 316 Применение ЦОС в радиолокации Глава 5 Разрядна— инвврсный грвдно- инвгрой порядок пар.ндак окод блока прямого дПгр~ — ~ 1 Нынад бпано прямого игр Внад прамежуп7 оннаи памяп7Й~ — -~ У Быкад прамгжутачнай памвп7 и Вкад бпако абрап7наго БПгр Вь кад бпано абраптнога БПгр Рис.

5.28. Согласованный фильтр с перестраиваемым устройством БПФ. а — блок-схема; б — временная диаграмма. ратного БПФ, причем отсчеты обрабатываемого массива считываются из входного буферного ЗУ в разрядно-инверсном порядке. Результаты преобразования накапливаются в прямом порядке в промежуточной памяти, откуда затем считываются в разрядно- инверсном порядке, после чего выполняется обратное БПФ.

Как и в предыдущей схеме, после каждого преобразования необходимо выполнять операцию комплексного сопряжения (это относится и к частотной характеристике фильтра, хранящейся в табличной памяти). Из временнбй диаграммы рассматриваемой схемы (рис. 5.27, б) следует, что вывод первого отфильтрированного массива заканчивается через четыре периода после начала обработки, Входное буферное ЗУ рассматриваемой схемы должно допускать разрядно-инверсную адресацию. Так как во многих системах объем буферного ЗУ весьма велик (намного больше объема промежуточной памяти), то удовлетворить этому требованию на практике бывает непросто.

От этого недостатка, а также от необходи- мости в разрядно-инверсной адресации промежуточной памяти свободна четвертая схема с перестраиваемым устройством БПФ (рис. 5.28,а), в котором межкаскадные задержки коммутируются таким образом, что обеспечивается выполнение и прямого, и обратного преобразований. Блок-схема такого перестраиваемого устройства, предназначенного для преобразований массивов из 1б К отсчетов с использованием алгоритма БПФ по основанию 4, приведена на рис.

5.29. При выполнении прямого преобразования данные пропускаются через межкаскадные регистры задержки в направлении уменьшения их длины, а при выполнении обратного преобразования — в направлении увеличения. Указанные на рис. 5.29 числа соответствуют совокупной длине регистров задержки каждого из каскадов. Следует отметить, что для прямого и обратного преобразований порядок считывания коэффициентов из ПЗУ будет неодинаковым.

Временная диаграмма работы схемы с перестраиваемым устройством БПФ приведена на рис. 5.28, б. Как и в третьей схеме (с одним устройством для выполнения обратного БПФ), вывод первого отфильтрованного массива заканчивается через четыре периода после начала обработки. С первого взгляда может показаться, что один период можно было бы исключить из общей задержки, если появляющиеся на выходе результаты прямого БПФ сразу же подавать на выполнение обратного преобразования, минуя промежуточную память. Однако, поскольку при выполнении обратного преобразования данные проходят сначала через межкаскадные регистры задержки наименьшей длины, они быстро «догонят» отсчеты, над которыми все еще выполняется прямое преобразование.

Чтобы избежать этой ситуации, достаточно подождать, когда поточное устройство БПФ полностью освободится, завершив прямое преобразование (на что затрачивается один период), а затем начать выполнение обратного БПФ. Поэтому общая задержка в фильтре оказывается равной четырем периодам. Отметим также, что в принципе обратное преобразование можно начать несколько раньше, не дожидаясь, пока прямое преобразование завершится полностью, что позволит сократить общую задержку на некоторую небольшую долю периода (на рис.

5.28, б эта возможность не отражена). Сопоставим описанные выше четыре схемы построения фильтров-свертывателей, воспользовавшись их временными характеристиками, приведенными на рис. 5.25. Наибольшее быстродействие имеет схема с двумя поточными устройствами БПФ, но она наиболее громоздка. Схема с одним устройством обратного БПФ обладает лучшим быстродействием, чем схема с одним устройством прямого БПФ, и к тому же в ней нет необходимости использовать. сдвоенное выходное буферное ЗУ.

Такое же быстродействие имеет схема,с перестраиваемьрм устройством БПФ, но в ней не требуется разрядно-инверсная адресация ни выходного буферного ЗУ, Глава 5 318 319 Применение ЯОС в радиолокации ЮБ/х1н7 110 Р 1гб и б 11 1 Я .У 4 Х б 7 Рис. 5.29. Перестраиваемая структура БПФ для выполнения 16 384-точечных преобразований по основанию 4, ЯФИН 3ЯРР ЯМУ ЛЮ Зй7Р 1УРР 1бйй 17РР 16Ы 1ббб 14бП . ЛЮР Пбб ь Луб Ф Уй~ ь йЮ 7бб Юб Ж~б Фй1 ЗРИ ЮР ЫР б Рис. 5.30.

Зависимость продолжительности обработки в схеме с перестраиваемым устройством БПФ от основания алгоритма БПФ. Тактовая частота равняется 10, 15, 20, 25 и 30 МГц. ни промежуточной памяти. Более того, за счет увеличения начальной задержки всего на один период объем оборудования сокращается по сравнению с первой схемой на целое поточное устройство БПФ. Таким образом, схема с перестраиваемым устройством БПФ наиболее подходит, когда один и тот же массив приходится многократно обрабатывать различными фильтрами, что часто имеет место в современных радиолокационных системах. Целесообразно оценить время, затрачиваемое на обработку в системе с перестраиваемым устройством БПФ при использовании различных оснований, и пропускную способность системы, если ориентироваться на выпускаемые в настоящее время микросхемы.

Эти характеристики для размера преобразования 4К приведены на рис. 5.30. Время обработки взято из рис. 5.25 с учетом того, что период содержит Ж/г тактов. Данные на рис. 5.30 соответствуют нескольким значениям тактовой частоты. Отметим, что выбор 321 Применение ЦОС в радиолокации 320 Глава 5 21 — 359 тактовой частоты 10 МГц является вполне обоснованным. Более того, в настоящее время создается система, рассчитанная иа 1б 384-точечиое преобразование и имеющая тактовую частоту 30 МГц.

Выше уже было отмечено, что увеличение основания при заданной тактовой частоте приводит к сокращению времени обработки, а при заданной продолжительности обработки позволяет понизить тактовую частоту системы. Последнее существенно с точки зрения уменьшения объема оборудования, так как появляется возможность упростить его и, кроме того, использовать серии микросхем более высокого уровня интеграции. 5.6.7.

Моделирование обработки ЛЧМ-сигналов При разработке поточного устройства БПФ всегда приходится решать проблему выбора разрядности. Если разрядность слишком мала, возникающий шум будет искажать отклик согласованного фильтра; если же она слишком велика, объем аппаратуры устройства БПФ может стать недопустимо большим. Таким образом, необходимо выбрать оптимальную разрядность, совместно учитывая и необходимый объем оборудования, и характеристики системы, которые нужно уметь оценивать.

Часто задача выбора разрядности решается с помощью моделирования, так как работу цифрового устройства можно точно воспроизвести на вычислительной машине. В данном разделе представлены некоторые результаты моделирования обработки ЛЧМ-сигналов и рассмотрены эффекты, с которыми приходится сталкиваться при выполнении вычислений с конечной точностью. Во всех приводимых ниже примерах использовались ЛЧМ-сигналы, поскольку их просто генерировать. База ЛЧМ-сигнала во всех случаях составляет 2048, частота дискретизации равна частоте Найквиста, причем при обработке используется согласованный фильтр со взвешиванием по Хеммингу.

Тем не менее результаты, связанные с подавлением боковых лепестков и шумами обработки, справедливы и для сигналов другого типа. На рис. 5.31 показано сечение идеальной функции неопределенности ЛЧМ-сигнала вдоль временной оси. Вообще в нем должно быть 409б ненулевых отсчетов, но здесь показана только центральная четверть сечения, содержащая 1024 отсчета. Входные отсчеты смещены относительно характеристики фильтра на половину элемента разрешения по дальности, т. е.

р=0,5, поэтому центральный пик отклика согласованного фильтра оказался посредине между двумя отсчетами, образующими главный максимум на рис. .5.31. На рис. 5.32 и 5.33 проиллюстрированы два вида искажений. Эффект квантования входного сигнала иллюстрируется на рис. .5.32 (рассматривается 8-разрядный АЦП), причем снова изобра- жена только центральная четверть сечения функции неопределенности. Этот пример важен тем, что позволит дать сравнительную оценку другим видам искажений, обусловленным конечной точно- Рис.

Характеристики

Список файлов книги