Оппенгейм - Применение цифровой обработки сигналов (1044221), страница 71
Текст из файла (страница 71)
З3О Глава 5 Применение ЦОС в радио юлачии 331 ющих высокое быстродействие при решении задач обработки сигналов. Распараллеливание арифметических операций, использованное в процессоре РВР и других вычислительных машинах для того, чтобы достичь высокого быстродействия при выполнении БПФ, здесь не применялось, что привело к значительному сокращению объема и стоимости оборудования, а также к упрощению программирования. Попытки использовать различные универсальные мини-ЭВМ, а также более мощные машины в тех или иных устройствах радиолокационной системы для обработки сигналов предпринимались неоднократно, однако успешными они были только в тех случаях, когда требовалось небольшое быстродействие.
В противном случае необходимо увеличить производительность ЭВМ. Один из подходов заключается в том, чтобы подключить к ией периферийное специализированное устройство, которое может выполнять операции умножения и сложения, используемые при фильтрации.
Аппаратурная реализация этого устройства не будет ограничена дополнительными требованиями, характерными для обычных универсальных ЭВМ. При построении специализированного устройства можно максимально использовать новейшие микросхемы для получения большого быстродействия и выбрать разрядность и формат данных так, чтобы они наилучшим образом подходили для каждого конкретного применения. Периферийные устройства этого типа уже начали выпускаться серийно. Одновременно с первыми мини-ЭВМ появились специализированные устройства, названные процессорами для обработки массивов. С помощью типового процессора массивов быстро и эффективно могут быть выполнены такие операции, как обращение матрицы или фильтрапия. Если центральная ЭВМ процессора массивов не принимает участия в обработке данных, то фактически этот процессор представляет собой специализированную вычислительную машину для обработки сигналов, для которой центральная ЭВМ является управляющей.
Часто оказывается, что рассмотренные выше процессоры либо пе могут быть непосредственно использованы для выполнения алгоритмов вторичной обработки, либо имеют недостаточное быстродействие. Единственное, что остается в этом случае, это, учитывая специфику обработки сигналов в радиолокации и используя методы распараллеливания и соответствующие микросхемы, разработать новое устройство, которое удовлетворило бы предъявляемым требованиям. Создание такого устройства, обеспечивающего и нужную производительность, и возможность простого программирования, является интересной, но не простой задачей. Удовлетворить обоим требованиям удается далеко не всегда; в последние годы в этой области ведутся интенсивные работы, направленные прежде всего на создание специализированных микросхем и новых структур вычислительных машин.
6.6.10. Генератор сигналов Чтобы в полной мере использовать ту гибкость, которая свойственна цифровым устройствам обработки, необходимо обеспечить генерацию самых разнообразных радиолокационных сигналов, в том числе ЛЧМ-импульсов, равномерных и неравномерных пачек и т. д. Блок-схема цифрового генератора сигналов изображена па рис. 5.36. Он состоит из следующих пяти основных подсистем: ~Оп= ЬОп, +3~~ Рнс. о.36. Блок-схема цифрового генератора сигнала.
1) ЗУ и рекуррентного генератора, 2) табличного ЗУ, 3) цифро аналогового преобразователя (ЦАП) 4) аналогового фильтра для сглаживания выходного сигнала ЦАП и 5) смсс и о смссптелеи для пере- у щую промежуточную несения спектра сигнала на соответствующую про, частоту. ЗУ, рекуррентный генератор и табличное ЗУ использую гене а и используются для размещен в основной р ции отсчетов сигнала, спектр которого разме ен в полосе. Для нахождения отсчетов можно воспользоват ся чьзоваться двумя способами: либо непосредственно считывать из . б из памяти о а отсчета квадратурных колебаний У и Я и подавать на ЦАП, либо (если зондирующее колебание модулировано толь.о ф ) лько по фазе) рекуррентно вычислять значения фазы или считыва ь, ЗУ, тем по этим значениям из табличной памят б мяти вы ирать отсчеты синуса и косинуса в качестве У и Я.
Ввиду исключительно широкого распространения ЛЧМ-сигналов, как правило, целесообразно ввести в состав генератора блок блока— изменения фазы по квадратичному закону. Алгоритм р бо ритм ра оты этого лока — рекурсия 2-го порядка — описывается следую их ф мулами: <5.42) 333 Прил[енвиие ЦОС в радиолокации 332 Глава б Здесь Т% — база ЛЧМ-сигнала, е — коэффициент превышения частоты дискретизации пад шириной полосы К, (У+1) — число формируемых отсчетов сигнала. Полученная последовательность значений фазы О = (Т%[Л['). ~п — И)п представляет собой результат дискретизации функции, ,описывающей фазу ~непрерыв~ного ЛЧМ колебания,в моменты времени 1„=пТ[И, п=О, 1, ..., Ю.
Мгновенная частота непрерывного колебания О(1) равна [[[>= —,' Е [[1=~ г ) [ — ~ . (5.43) Она меняется по линейному закону от — Ф/2 до +1Р/2 на интервале О<1(Т. Чтобы сформировать излучаемое колебание со спектром в основной полосе, нужно использовать обе квадратурные компоненты комплексного сигнала. Поэтому по, значению фазы 6 необходимо найти косинус и синус (папример, выбрав их из табличнои памяти). Из результатов моделирования следует, что для ЛЧМ-сигналов с базой, равной 2048, 10-разрядное представление фазы и значений косинуса и синуса дает практически идеальный результат. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) служит для преобразования последовательности дискретных отсчетов в аналоговое колебание.
В идеальном случае ЦАП представляет собой просто схему задержки, однако на практике в моменты смены отсчетов наблюдаются выбросы, причем они существуют конечное время (время установления ЦАП). Один из методов борьбы с этим явлением заключается в том, чтобы после окончания процесса устаз[овления в ЦАП отстробировать выходной сигнал коротким импульсом. В результате будет получена последовательность аналоговых импульсов, амплитуда которых пропорциональна значенпям отсчетов, подаваемых на ЦАП. Поскольку частотный спектр периодической последовательности аналоговых импульсов, как и последовательности дискретных отсчетов, является периодическим, то необходимо отфильтровать один из периодов спектра с помощью аналогового фильтра. Заключительная операцпя — перенесение спектра сигнала на промежуточну)о частоту, используемую в передатчике радиолокатора,— выполняется в смесителе.
сн?. цифровь[е интегральные микросхемы При решении любых вопросов, связанных с цифровой обработкой радиолокационных сигналов, всегда возникает задача выоора какого-либо одного плп нескольких типов интегральных микросхем (ИС), поэтому целесообразно привести их основные характеристики (на 197б г.), ограничившись наиболее широко используемыми сериями ИС с полным набором номенклатуры. Некоторые ИС не будут рассматриваться (в частности, ИС инжекционной ло- Таблица б,2 Память Время никла чтения или записи, нс Мощность рассеяния на корпус. мзт 'тип ИС Соъем, вид доступа 16К, последовательный 4К, произвольный ПЗС н"т'[ДП [ст атнческне) лг[,[дП (див и м [.[ческие) ТТЛ .ЭСЛ 10К 4 Мгнт) 400 200 450 4К, пропзволыгый 300 430 1К, произвольный 1К, произвольный 550 520 ог [ Логика Мощность рассеяния на корпус, мвт Задержка распространения, нс Тип ИС 6н) 40 4 30-) 1О 33 4 схемь[ 2И вЂ” НЕ 4 схсмь[ 2И вЂ” НЕ 4 схемы 2И вЂ” НЕ %3,П ТТЛ ТТЛ (с низким потреб лением монтности) ТТ:1 [с диодами Шотткп) ТТЛ 1с низким потреблением а[он[ности н диодами Шоттки) ТТЛ [с высоким потрь [ ленпем мо[пностп) ЭСЛ 10К ЭСЛ Ш ЭСЛ 100К 2И вЂ” НЕ ~4 схемы '4 с;смь[ 211 — НЕ я !О 100» ' 24[п41 250"" 1 схе'[ь[ 2[[ НЕ 4 схемы 2 ИЛИ НЕ 4 ['и мы 2 И.'111 — НЕ 5 ск[.[ 2 ИЛИ вЂ” НЕ 1 0,75 ') Пр[[ тактовой частоте З МГн.
о 3 ) За исключением предельны.. частот. ') Скорость передачи. ') С[=15 пф, Ни м 1О В гики и схемы памяти объемом 65К на приборах с зарядовои связью), так как к настоящему времени они либо не имеют пол,ной номенклатуры, либо выпускаются в ограниченных количест[вах. Не будут рассматриваться также уникальные цифровые ИС, разработанные специально для какой-либо конкретной задачи, по.скольку они не являются микросхемами общего применения.
Цифровые ИС делятся на две основные категории: ИС памяти и логические ИС. В табл. 5.2 приведены основные характеристики нескольких типов ИС обеих категорий, причем выбраны ИС памяти наибольшей емкости. Отметим, что при уменьшении емкости ИС памяти в пределах одного и того же типа ее быстродействие, как правило, увеличивается. Применение ЦОС в радиолокации Глава 5 334 Быстродействие ИС характеризуется задержкой распространения в вентиле. Сопоставляемые микросхемы (ИЛИ вЂ” НЕ и И— НЕ) приблизительно эквивалентны по сложности для всех типов ИС. Так, все они содержат по четыре вентиля в одном корпусе (исключение составляют ИС ЭСЛ 1ООК, у которых в одном корпусе размещено пять вентилей). Приводимая в таблице мощность рассеяния и для ИС памяти, и для логических ИС относится к одному корпусу.
Наиболее широко и часто используются ТТЛ ИС, которые выпускаются с низким и высоким' потреблением мощности, а также с диодами Шоттки. Они позволяют получить высокое быстродействие при небольшом значении мощности рассеяния. Различные серии МДП ИС памяти имеют высокий уровень интеграции, чтс; связано с малой величиной мощности рассеяния в них. Они широко используются при создании блоков памяти.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
