Разделы

Разработка фильтра для доплеровского измерителя скорости и угла сноса

Доплеровский измеритель скорости и угла сноса (ДИСС) представляет собой радиолокационную станцию, предназначенную для автоматического непрерывного измерения и индикации составляющих вектора скорости, модуля путевой скорости, угла сноса и координат местоположения летательного аппарата (ЛА) автономно или в комплексе с навигационным оборудованием.

Измеритель работает при полете над любым видом поверхности независимо от оптической видимости и времени года. ДИСС является источником важнейшей навигационной информации при полетах над безориентирной местностью. Работа прибора основана на эффекте Доплера, т.е. изменении частоты отраженных от движущегося объекта электромагнитных колебаний [1].

По назначению выделяют самолетные и вертолетные доплеровские измерители.

Функционально ДИСС включает в себя приёмопередатчик с антеннами, блок фильтрации, блоки выделения разностных сигналов и измерения их частоты, блоки вычисления векторов скорости, устройства индикации и сопряжения с навигационным оборудованиям [2].

Блок фильтрации осуществляет предварительную обработку сигналов. Современные системы ДИСС работают на частотах в несколько гигагерц, чтобы произвести предварительную обработку сигналов необходимо перенести спектр в низкочастотную (НЧ) область, посредством двойного преобразования частоты. В данном дипломном проекте разрабатывается фильтр для полосы отклонения от рабочей частоты.

В современных системах ДИСС все шире применяются цифровые системы обработки информации. В частности, функции корреляции и выделения сигналов стремятся реализовать на одном процессоре, входной сигнал для которого является цифровым, соответственно, требует оцифровки на последнем этапе преобразования частоты. Эту функцию удобно совместить с функцией фильтрации рабочей полосы частот, т.е. реализовать цифровой фильтр (ЦФ).

В узком смысле цифровой фильтр - это частотно-избирательная цепь, обеспечивающая селекцию цифровых сигналов по частоте. После выполнения цифровой фильтрации выделяется сигнал, несущий нужную информацию в виде, удобном для последующей обработки.

Частоты, на которых работают цифровые фильтры, нередко достигают нескольких сотен мегагерц и более, с другой стороны ширина полос фильтров может быть достаточна велика. Это ведет к увеличению объема вычислений, а значит, и к резкому росту аппаратных затрат. Для того чтобы свести к минимуму возможные потери информации и повысить качество ее обработки, цифровые фильтры должны обеспечивать возможность быстрой работы с большими блоками данных. Одним из вариантов решения этой задачи является использование банка цифровых фильтров [3].

Физически система цифровой обработки сигналов (ЦОС) представляет собой процессор, который в соответствии с заданным алгоритмом под управлением программы осуществляет вычислительные операции с цифровыми сигналами, т.е. последовательностями цифровых кодов, соответствующих, например, отсчетам цифрового измерителя (датчика) или оцифрованного аналогового сигнала [4].

В настоящее время можно выделить три основных класса ЦОС-устройств - универсальные процессоры (УП), сигнальные процессоры, или процессоры цифровой обработки сигнала (DSP), и устройства цифровой обработки сигнала на основе программируемых пользователем вентильных матриц (FPGA). Последние - одна из разновидностей специализированных микросхем (ASIC). В конце 1980-х - начале 1990-х годов DSP - микропроцессоры, специально разработанные для цифровой обработки сигналов, по своим характеристикам существенно превосходили традиционные УП. Но в последнее время различие между этими двумя классами процессоров практически исчезает, и сегодня многие УП выполняют серьезные задачи цифровой обработки сигнала. Все чаще предпочтение перед специализированными ASIC-микросхемами отдается перспективным ЦОС-устройствам на основе FPGA с гибкой архитектурой, высоким уровнем параллелизма работы и достаточно высокой производительностью, особенно при разработке систем, выпускаемых малыми или средними сериями [5].

Актуальность темы дипломного проекта объясняется стремлением к уменьшению аппаратных затрат на ЦОС, увеличению точности и быстродействия работы ЦФ. В качестве основы для проектирования ЦФ выбирались аналоговые фильтры, которые используются в системах ДИСС-7, ДИСС-013. Цифровой фильтр реализуется на основе ПЛИС фирмы Altera семейства Cyclone II. Решающим фактором выбора элементной базы устройства цифровой обработки сигналов стало: быстродействие, производительность, низкое энергопотребление, цена. Также можно было реализовать цифровой фильтр на основе DSP, но разработка на основе FPGA выигрывает в ценовом факторе и низком энергопотреблении.

Целью дипломного проекта является разработка фильтра для системы ДИСС-7, несущая частота которой составляет 13325 МГц, а ширина полосы 50 МГц. После переноса спектра в НЧ область рабочая частота системы ДИСС будет составлять 25 МГц, а рабочий диапазон от 0 до 50 МГц.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

проанализировать ныне существующие типы банков цифровых фильтров и выбрать конкретный тип для разрабатываемого цифрового фильтра;

произвести построение математической модели фильтра;

произвести практическую реализацию цифрового фильтра посредством специализированного ПО фирмы Altera (Quartus II);

провести тестовые испытания;

рассчитать стоимость затрат на разработку цифрового фильтра для системы ДИСС.

    Другие материалы

    Разработка дискретной системы связи для передачи непрерывных сообщений
    На современном этапе развития перед железнодорожным транспортом стоят задачи по увеличению пропускной и провозной способности, грузовых и пассажирских перевозок, уменьшению времени оборо ...

    Создание лабораторного стенда для изучения аналого-цифрового преобразователя (АЦП) на основе промышленного микроконтроллера
    Тема данной бакалаврской работы - создание лабораторного стенда для изучения аналого-цифрового преобразователя (АЦП) на основе промышленного микроконтроллера (МК). Разработка является ак ...

    Проектирование цифровой станции ALCATEL 1000 S-12
    Данный курсовой проект в области современных цифровых АТС предназначен для проектирования электронной АТС Alcatel1000 S-12 для которой будет произведен ряд расчетов, таких как расчет наг ...

    Копирайт 2019 : www.ordinarytech.ru