Разделы
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
Система автоматического управления температурой воды
Управление современными агрегатами тепло-энергетической
промышленности требует непрерывного сопоставления текущего хода
технологического процесса с заданным и уточнения управляющих возде ...
Синтез системы автоматизированного управления электроприводом ленточного конвейера дозатора
Одним
из наиболее прогрессивных видов транспорта, обеспечивающих высокую
производительность при больших грузопотоках, является конвейерный транспорт. В
современном производстве конвейер ...
Синтез автоматической системы передачи кодированных сигналов в канал связи
В системах автоматики, телемеханики и связи, а также в измерительных и вычислительных устройствах производится обработка информации, которая представляется как в цифровой, так и в текстовых формах. Дл ...