© Ваврук Є.Я.
Курс лекцій
"Комп’ютерні засоби обробки сигналів та зображень"
Лекція 10
Тема: Проектування систем і процесорів обробки радіолокаційної інформації
Питання.
1.Ієрархічність засобів обробки радіолокаційної інформації.
2.Особливості обробки радіолокаційної інформації. Вибір параметрів радіолокаційної станції, які впливають на характеристики засобів обробки.
3. Архітектура уніфікованої системи обробки, відображення, керування і діагностики радіолокаційних комплексів нового покоління..
4. Мультипроцессорна мережа на базі TMS320C4x
5. Пристрій формування і обробки сигналів. /ПФОС/
1.Ієрархічність засобів обробки радіолокаційної інформації.
Обробка радіолокаційної інформації (РЛІ) як правило складається з декількох етапів. Первинна обробка РЛІ здійснюється апаратурою радіолокаційної станції (АПОИ РЛС) з видачею інформації про плоти. Для всіх АПОИ РЛС інформація про плоти включає координати цілей (азимут, дальність) як від первинного радіолокатора (ПРЛ), так і від вторинного радіолокатора (ВРЛ), причому АПОИ здійснює об'єднання такої інформації і додаткову інформацію від бортового відповідача .
Вторинна обробка РЛІ полягає у відпрацьовуванні інформації про плоти з метою виявлення і супроводу траєкторій повітряних судів. У випадку наявності декількох РЛС з'являється задача об'єднання інформації від них з метою одержання єдиного системного треку. Інформація про трек надається диспетчеру керування повітряним рухом. Об'єднання радіолокаційної інформації від декількох джерел називається третинною обробкою .
Задачі третинної обробки вирішуються двома основними методами:
- мозаїчна обробка - мультирадарна обробка.
При мозаїчній обробці кожної РЛС виділяється своя зона огляду, що не перетинається з зонами огляду інших РЛС.
Для формування єдиного системного треку використовується інформація тільки від однієї РЛС.
До недоліків даного методу відноситься проблема супроводу траєкторій повітряних судів при перетинанні границь зон огляду, а також не використання переваги перекриття зон виявлення сусідніх РЛС.
При мультирадарній обробці використовується вся доступна РЛІ для формування єдиного системного треку.
Супровід повітряного судна декількома РЛС
У системі обробки РЛІ від декількох РЛС використовується метод мультитрекінгового супроводу повітряної мети. На вхід системи надходить потік плотів від декількох РЛС. Система перетворить вхідні дані в уніфіковані повідомлення. Кожній РЛС присвоюється ідентифікатор, що входить до складу інформації про повітряну мету.
Кожна РЛС описується індивідуальними значеннями параметрів.
Для вторинної обробки РЛІ використовуються алгоритми, засновані на дискретному фільтрі Кальмана (фільтр першого порядку). Для третинної обробки використовуються алгоритми вагового підсумовування, (фільтр нульового порядку) із приведенням результатів вторинної обробки до єдиного часу. Відносний ваговий коефіцієнт обернено пропорційний квадратному кореню дальності до мети. При цьому також відбувається виділення ведучої РЛС.
2.Особливості обробки радіолокаційної інформації. Вибір параметрів радіолокаційної станції, які впливають на характеристики засобів обробки.
Параметри:
вид сигналу;
потужність сигналу;
тривалість зондувального сигналу /Тс/;
оброблюваний доплеровский діапазон частот /F/ ;
дозволяюча здатність, по дальності /d / ;
дозволяюча здатність, по доплеровской частоті / f/;
виграш у відношенні сигнал/шум /q/;
рівень бічних пелюстків функції невизначеності /R/;
рівень подавлення в зоні СДЦ /D/.
Повинні бути вибрані: висока імпульсна потужність випромінювання і малі по довжині імпульси – щоб забезпечити максимальну віддаль виявлення.
Вибір виду сигналу
1. Необхідно прийняти рішення про частоту повторення імпульсів. За відношенням до частоти повторення імпульсів (ЧПІ) радіолокаційні системи діляться на системи з низькою (НЧП), високою (ВЧП) і середньою (СЧП) ЧПІ.
Системи НПЧ однозначно вимірюють віддаль до цілі, швидкість (доплерівські частоти) вимірюють неоднозначно.
Системи СПЧ неоднозначно вимірюють віддаль до цілі та швидкість.
Системи ВПЧ однозначно вимірюють швидкість, неоднозначно віддаль. Рис.1 ілюструє особливості сигналів для всіх типів ЧПІ в часовій (по дальності) та частотній (по доплерівських частотах) областях..
Середня потужність передавача реальної РЛС визначається максимальною необхідною віддаллю виявлення цілі. При заданій середній потужності можна працювати або з малою імпульсною потужністю при імпульсі великої довжини, або з великою імпульсною потужністю при імпульсі малої довжини. В обидвох випадках після обробки імпульс повинен мати малу довжину тоді однозначно можна виміряти віддаль. По цій причині при зондуючих імпульсах великої тривалості необхідно виконувати стиск імпульсів.
Вибір частоти повторення імпульсів Складна і тудомістка задача. Є різні системні обмеження на ЧПІ, а найкращий набір ЧПІ залежить від умов роботи РЛС (від висоти, швидкості, наявності завад).
3. Архітектура уніфікованої системи обробки, відображення, керування і діагностики радіолокаційних комплексів нового покоління.
Вимоги до системи
Система повинна будуватися на сучасній елементній базі з використанням відповідних міжнародним стандартам конструктивов і інтерфейсів
Система повинна мати модульну структуру і будуватися на основі мінімальної кількості уніфікованих апаратно-програмних рішень для забезпечення її масштабируемости для рішення конкретних задач цифрової обробки, організації зовнішніх інтерфейсів із системами, що сполучаються, відображення результатів обробки й інтерфейсу з оператором.
Повинні відпрацьовуватися прототипи уніфікованих модулів і закладені можливості їхнього розширення і модифікації в частині зовнішніх інтерфейсів, можливо, на основі мезонинных технологій.
До складу модулів входять:
модуль аналогового виводу;
модуль модуль цифрової обробки;
модуль інтелектуального інтерфейсу;
модуль аналогового виводу;
модуль одноплатного комп'ютера;
модуль вводу/виводу (забезпечення гальванічної розв'язки, за рівнем сигналу і т.д.).
Реалізація системи в залежності від вимог до неї може існувати в конструктивах звичайної ПЕОМ для менш критичних прикладів чи у конструктиві, що використовується в ПЕОМ на основі шини ІSA і в стандартній VME-апаратурі.
Окремі характеристики окремих модулів системи повинні легко масштабуватися шляхом їхньої швидкої модифікації (використання мезоніної технології, у т.ч. і ТІМ-модулів) і перепрограмовування.
Елементна база
Орієнтація на два механічних конструктива і на дві стандартні системні шини приводить до того, що можуть існувати три різних типи уніфікованих модулів:
1. Система на основі ПЕОМ із шинами ІSA і PCІ як настільна система обробки, відображення і робочого місця оператора.
2. Система на основі конструктиву з шиною ІSA в якості системи обробки, відображення і робочого місця оператора для критичних додатків.
3. Система на основі конструктива з шиною VME для високопродуктивних систем реального часу.
Дані рішення будуть мати різну (наростаючу) вартість реалізації, тому необхідно забезпечити як можна більшу кількість модулів, що входять у таку систему. В даний час існують окремі, вже освоєні модульні рішення для побудови таких систем:
· ТІМ-несучі плати, для встановлення 1,2,4 процесорних модулів з TMS320C4x, у тому числі й тих,що містять АЦП, у конструктивах ПЕОМ ІSA, PCІ, Багет-01, VME-6U. Побудова системи цифрової обробки на основі цих модулів не залежить від використовуваного конструктива, тому що модулі легко переконфігуровуються і масштабуються. Підсистема ЦОС може бути розроблена на ПЕОМ із шиною ІSA (як найдешевша розробка) і виготовлена в будь-якому іншому.
· Модулі одноплатних комп'ютерів також існують для всіх перерахованих вище конструктивів.
· Модуль аналогового вводу призначений для вводу аналогових сигналів у підсистему ЦОС, і його інтерфейс підключення може визначатися інтерфейсом модулів ЦОС - паралельний інтерфейс комунікаційного порту TMS320C4x, тому даний модуль несуттєво залежить від застосовуваного конструктива.
· Те ж саме відноситься і до модуля аналогового виводу.
· Модуль інтелектуального інтерфейсу призначений для сполучення з різними датчиками, лініями статусних і синхронізуючих сигналів, проведення їхньої попередньої обробки і вводу в підсистему ЦОС, тому його зовнішній інтерфейс сполучення визначається реальними системами, що сполучаються, а внутрішній - COM - порт TMS320C4x.
· Модулі вводу/виводу існують у різних конструктивах, і в деяких випадках вони не є необхідними.
Архітектура системи
Пропонується комбінована архітектура на основі поділюваної системної шини і конфигуруючих користувачем високопродуктивних прямих з'єднань модулів між собою для рішення задач високопродуктивної обробки даних. Використовувана в конкретній системі системна шина не є архітектурно-утворюючим чинником, тому що виконує функції керування завантаженням системи, глобальним керуванням обробкою і взаємодією з користувачем. Задачі сполучення з зовнішніми системами і пристроями вирішують модулі аналогового вводу/виводу,