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 RTL-модели расширителя линий ввода-вывода микроконтроллера
    При проектировании сложных современных устройств используются различные технологии. В настоящее время применение больших интегральных схем (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС) ...

    Схема организации связи на базе технологии плотного волнового мультиплексирования (DWDM) для участка Москва–Казань
    С момента изобретения телефона в 1875 году, ставшего отправной точкой в развитии телефонной связи, методов и технологий передачи голоса, прошло сто лет прежде чем в 1975 году появился пе ...

    Реконструкция СТС Барун-Хемчикского района Республики Тыва на базе цифровой АТСЭ Квант-Е
    В нашей стране проводится большая работа по развитию и автоматизации сельской телефонной связи. Широкое развитие сельской телефонной сети (СТС) страны возможно только на основе полной а ...

    Копирайт 2019 : www.ordinarytech.ru