Автореферат (1090496), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Измеряемые величины на выходе КВК имеют нормальноераспределение с нулевым средним, накопление считается когерентным наинтервале Тχ. Огибающая КФ на выходе КВК ограничена пятью дискретнымиотсчетами с параметрами: ∆f=5 МГц; t  0,1 мкс; Тχ=0,01 c. При совпаденииточки экстремума КФ с дискретом, производная в этой точке равна нулю, тополучаем максимальную величину среднеквадратического значения ошибки(рисунок 5).Также получена потенциальная среднеквадратическая ошибка измеренияФq предложенным способом от величины расстройки y равной 0 , Ф / 4 , Ф / 2 ;при H ( ) гауссовского вида и   0 ; δФ=100 Гц; Nd=128 (рисунок 5, б).

Былоустановлено, что изменение параметра Nd очень слабо влияет на величинуошибки.Рисунок 5 − График зависимости среднеквадратической величины ошибки σ:τз (а); Фq (б).Третьяглавапосвященарешениюзадачиподавления”антикорреляционных” сигналов (периодических, узкополосных, специальных и“пачечных” помех) и компенсации боковых лепестков ДКФ до осуществлениякорреляционной обработки при приеме полезного широкополосного(стохастического) сигнала с нормальным распределением. Этот тип сигналаобобщает варианты реальных сигналов (связных, измерительных, источниковшумовых помех, локационных).11“Антикорреляционные” сигналы (помехи для коррелятора)- это такиесигналы, при корреляции которых как во временной, так и в частотной областиобразуется форма КФ, при которой трудно или невозможно однозначно измеритьвременной и частотный сдвиг (ухудшение разрешения и селекции сигналов).К основным способам подавления ”антикорреляционных” сигналовотносятся: режекторная фильтрация и многоканальное ограничение во временнойлибо в частотной области (после операции БПФ).

Эти способы подавления либотребуют априорных сведений о помеховой обстановке, либо подавляютконкретные типы помех, преимущественно узкополосные и периодические. Дляподавления помех с различными спектрами и КФ предложено применить АК(рисунок 6). АК достаточно хорошо изучен в части использования для подавленияшумовых помех при приеме отраженных сигналов в активной локации. Однако,использование АК для подавления “антикорреляционных” сигналов и боковыхлепестков ДКФ при приеме полезныхширокополосныхшумовыхсигналовизучено недостаточно.Была разработана математическаямодель(S–модель),проведеномоделирование и исследование АК в средеMatlab (лиц. №1070922) с применениемпакета Simulink. Проведен выбор элементовсхемы.

Для исключения компенсацииполезного сигнала время задержки должновыбираться из условия:  з  2...3 / fРисунок 6 − Структурная схема(полосасигналаΔf=3МГц).Издискретного АКтеоретическихиполученныхпослемоделирования результатов следует, что оптимально использовать ФНЧ сполосой 4…5 кГц, а коэффициент умножения М должен быть 30000…100000.Была получена зависимость (рисунок 7) подавления АК от уровнямощности гармонической и ЧМ помех. ЧМ помеха представляет собойгармонический сигнал с односторонним изменением частоты Δf=3 кГц…3 МГц,периодом качания в 10 раз меньше времени накопления Tr.Коэффициент подавления АК вычисляется по формуле: К под  Qвых / Qвх ,где Qвых и Qвх − отношение математического ожидания главногоавтокорреляционного пика к математическому ожиданию максимума первогобокового лепестка, после автокорреляционного пика, на выходе и входе АК.Из рисунка 7 видно, что при увеличении мощности помех подавлениебоковых лепестков ДКФ в АК возрастает и носит периодический характер сосредним значением равным Кпод16…17 дБ.

При сложной ЧМ помехе (линейнаяЧМ помеха с удвоенным изменением частоты и вычитанием ее начальногозначения) и отношении сигнал/помеха (С/П) на входе менее минус 12 дБпроисходит полное подавление помехи, до уровня корреляционных шумов.Получена зависимость подавления АК от уровня мощности шумовыхпомех, показанная на рисунке 8. Шумовая помеха: 1) амплитудно-частотно12модулированная шумовая помеха с полосой ∆f=3 МГц, представляет собойпродукт модуляции по амплитуде и частоте независимыми шумовыми сигналами;2) “пачечная” шумовая помеха с нормальным распределением (при длительностипачки τпач=Тr) представляет собой последовательность равностоящих шумовыхгауссовских сигналов, смещенных на τсм>>τо, где τо − время корреляции.Шумовые помехи за счет случайного изменения амплитуды имеют большоесреднеквадратическое отклонение коэффициента подавления.

При С/П на входеменее минус 12…14 дБ среднее значение Кпод14…15 дБ.Рисунок 7 − Подавление АК привоздействии помехи:1 – гармонической;2 – линейной ЧМ;3 – логарифмической ЧМ;4 – сложной ЧМ.Рисунок 8 − Подавление АК привоздействии помехи:1 – шумовой;2 – пачечной.Результаты исследований, полученные при моделировании былиподтверждены практической реализацией АК на ПЛИС серии Virtex-IV фирмыXilinx, которые показали, что снятые характеристики приближаются к реальным сошибкой моделирования.Четвертая глава посвящена реализации, предложенного в первой главеалгоритма получения ДКФ для двух вариантов.Первый вариант реализован на ПЛИС серии Virtex-IV фирмы Xilinx и ГПсредней производительности на основе графической платы GeForce 8600GT (ГП–G84) фирмы Nvidia. Структурная схема вычисления ДКФ с формированиемкорреляционной матрицы на универсальном процессоре (УП) показана нарисунке 9.

Процесс вычисления ДКФ по первому варианту состоит из несколькоэтапов:1) вычисляются КФ для последовательных интервалов когерентного накопления.Поскольку ПЛИС позволяет выполнять параллельные вычисления смаксимальным быстродействием, то ее используют для первичной обработкиинформации, т.е. для вычисления последовательности комплексных КФ;2) формируется матрица при помощи УП из комплексных КФ;3) формируется матрица поворачивающих множителей при помощи УП ипомещается в его глобальную память;134) вычисляется матрица комплексной ДКФ через произведение матриц КФ иповорачивающих множителей. Эта операция реализована на ГП, поскольку онпредназначен для двух и трехмерной обработки.Рисунок 9 − Структурная схема вычисления ДКФ с формированиемкорреляционной матрицы на УПВторой вариант реализован на ГП большой производительности (более 200Гфлопс) на основе графической платы GeForce GTX560 (ГП–GF114) фирмыNvidia.

Структурная схема вычисления ДКФ с формированием корреляционнойматрицы на ГП показана на рисунке 10.Рисунок 10 − Структурная схема вычисления ДКФ с формированиемкорреляционной матрицы на ГППроцесс вычисления ДКФ по второму варианту разбивается на следующиеэтапы:1) вычисляются КФ для последовательных интервалов времени на ГП;2) формируется матрица из КФ в глобальнойпамяти ГП;3) формируется матрица поворачивающихмножителей либо на УП, либо на ГП;4) вычисляется матрица ДКФ на ГП черезпроизведение матриц КФ и поворачивающихмножителей.Нарисунке11представленэкспериментальный результат получения ДКФ вРисунок 11 − Результатреальном времени от двух источников шумовогодвумерной корреляционнойсигнала, отличающийся по задержке иобработкичастотному сдвигу.14При анализе ЭБ, предназначенной для реализации предложенного способаполучения ДКФ, ГП был признан одним из самых перспективных средстваппаратной реализации двумерной корреляционной обработки.

Реализацияаппаратуры на основе ГП сопряжена с рядом технических трудностей, связанныхс тепловыделением, электропитанием и вводом информации.Приведены конструктивные варианты реализации аппаратуры на основеГП, работающие в жестких условиях эксплуатации. Были предложенызапатентованные новшества, позволяющие построить аппаратуру обработки наоснове ГП в конструктивном формате 6U “Евромеханика”.В заключении содержатся основные результаты работы.В приложении приведен подробный вывод отношения С/Ш на выходеКВК, структурные и функциональные схемы, приводится выбор ЭБ дляпостроения аппаратуры корреляционной обработки, патенты РФ на полезнуюмодель, а также акты внедрения результатов работы.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ1.

Вычисление ДКФ в реальном времени является решением задачиодновременного определения некоторых параметров сигнала, таких как величиназадержки и частотного сдвига в широком диапазоне (до несколько десятков кГц).2. Разработан эффективный способ и алгоритм получения ДКФ, который позволилобрабатывать сигналы с минимальными аппаратными затратами. Предложенныйалгоритм более чем в сотни раз (в зависимости от количества точек) повысилэффективность (относительно известного когерентного способа с применениемкомпенсации сдвига частоты до процесса корреляции) корреляционной обработки,за счет рационального алгоритма, исключающего избыточные математическиеоперации. Это обеспечило требуемую вычислительную производительность приобработке входного потока данных в реальном времени на вычислителях среднейпроизводительности (от 20 до 200 Гфлопс).3.

Способ получения ДКФ является когерентным на всем диапазоне задержек Nτ(считая, что  З  0 при p  N / 2 ) и на интервале частотного сдвига от 0 до N d / 2(Nd – число отсчетов по частоте). При увеличении частотного сдвига потерилинейно увеличиваются и на краю диапазона составляют десятки дБ, а способприближается к сочетанию когерентной и некогерентной обработки.4. Установлено, что при воздействии на КВК подвижного источникастохастического сигнала и шумовых некоррелированных помех (при условиималого отношения С/Ш на входе) отношение С/Ш на выходе КВК будетпропорционально коэффициенту накопления, квадрату коэффициента корреляциисигналов на входе и зависит от АЧХ приемного тракта, расстроек по разности ходаи разностной доплеровской частоте. Это впервые позволило аналитически оценитьэнергетический потенциал предложенного способа получения ДКФ на интервалекогерентного накопления.155. Впервые получены количественные характеристики коэффициентов подавлениябоковых лепестков ДКФ с использованием АК для различных типов помех пристохастическом полезном сигнале.

Показано, что при гармонической и ЧМ помехесреднее значение коэффициента подавления составило 16 дБ, а при шумовойпомехе - 14 дБ. Это доказывает целесообразность применения АК в пассивныхсистемах с разнесенным приемом.6. Предложенный способ и алгоритм был реализован на ЭБ среднейпроизводительности: ПЛИС (xc4vsx35) и ГП (G84), и на высокопроизводительной(более 200 Гфлопс): ГП (GF114). Это позволило создать стенды корреляционнойобработки для разнесенных пассивных комплексов радиотехнического контроля,что подтверждено актами внедрения.7.

Характеристики

Список файлов диссертации