Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и изготовление макета высокопроизводительной системы многомерной цифровой обработки радиолокационных эхо-сигналов

Номер контракта: 14.576.21.0041

Руководитель: Балашов Александр Геннадьевич

Должность руководителя: старший научный сотрудник

Докладчик: Поздняков Иван Юрьевич, научный сотрудник

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
плис, радиолокационная система, эхо-сигнал, цифровая обработка сигнала

Цель проекта:
Цель выполнения проекта: Разработка принципов построения высокопроизводительных систем многомерной цифровой обработки радиолокационных эхо-сигналов, алгоритмов управления и их программной реализации и создание макета системы многомерной цифровой обработки радиолокационных эхо-сигналов (МЦОРС) Задачи выполнения проекта: 1)Выработка технических решений по построению архитектуры высокопроизводительной системы цифровой обработки радиолокационных сигналов (ЦОРС) 2)Разработка алгоритмов обработки сигналов и методов их программной реализации 3)Разработка макета системы ЦОРС 4)Разработка программы и методики экспериментальных исследований 5)Создание и проведение экспериментальных исследований макета системы ЦОРС

Основные планируемые результаты проекта:
1) Концепция создания системы ЦОРС, пригодной для быстрой обработки потоков данных высокой плотности, технические требования и принципы построения системы ЦОРС
2) Программное обеспечение для системы ЦОРС
3) Эскизная конструкторская документация и макет системы ЦОРС
4) Результаты экспериментальных исследований
5) Заявки на патент и свидетельство на программу для ЭВМ

Аппаратная часть макета системы МЦОРС должна включать в себя в том числе:
- ПЛИС;
- оперативную память;
- интерфейсы для связи с макетом измерительной РЛС и системами ввода-вывода информации в виде линий LVDS и линий общего назначения;
- генератор опорной частоты;
- источник питания.

Требования к аппаратной части макета системы МЦОРС:
- количество портов ввода-вывода общего назначения не менее 50;
- количество LVDS каналов передачи данных с РЛС не менее 24;
- стандарт оперативной памяти не ниже DDR3-1866;
- габариты макета системы МЦОРС не более 20х20х20 см.

Оборудование стенда для проведения исследовательских испытаний должно обеспечивать:
- непрерывное и импульсное излучение;
- девиацию частоты в пределах 750-1000 МГц;
- полосу пропускания, минус 3 дБ не менее 1 ГГц;
- чувствительность приемника не более -80 дБм;

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Современный уровень аналогичных разработок характеризуется следующими основополагающими тенденциями в области цифровой обработки радиолокационных сигналов:
- повышение помехоустойчивости радиолокационных средств в различной сигнально-помеховой обстановке и улучшении их традиционных качественных характеристик при решении задач обнаружения, разрешения и оценки параметров сигналов;
- расширение номенклатуры задач, решаемых радиолокационными средствами;
- решение задач совместной обработки и обмена информацией в многодиапазонных и пространственно-разнесённых радиолокационных комплексах.
Аналогичные разработки мирового уровня – универсальные цифровые системы синтеза и обработки радиолокационных сигналов с прямым синтезом и оцифровкой без промежуточной частоты – применяются в радиолокаторах с шириной полосы несколько сотен мегагерц, что существенно ограничивает области их применения, т.к. разрешающая способность радиолокатора обратно пропорциональна ширине полосы. В рамках проекта разрабатываются принципы построения универсальных цифровых систем обработки радиолокационных сигналов с шириной полосы более одного гигагерца, открывая тем самым возможность применения радиолокаторов для сверхточного восстановления формы зондируемых поверхностей, таким образом ожидаемые результаты проекта соответствуют передовому научному уровню.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработанные технические решения были представлены Индустриальному партнеру, что позволило ему рассмотреть возможность применения МЦОРС в составе интегрированных комплексов бортового оборудования самолета DA-42 и его модификаций (например, в комплексах типа КБО-42Т, разрабатываемых в УКБП). Другим примером практического применения разрабатываемой системы может служить задача обеспечения вертолетов, действующих в условиях Арктики информацией о закабинной обстановке. В этих условиях радиолокатор может обеспечивать обзор рельефа, мониторинг ледовой обстановки, зондирование снежно-ледового покрова, обеспечение посадки в условиях низкой видимости, вызванной снежным вихрем. Специфика применения системы определяет требование высокого пространственного разрешения, т.е. широкой полосы, и одновременно высокой проникающей способности, т.е. низкой несущей частоты, излучаемых сигналов. В связи с этим продемонстрировано применение комбинации излучения Х диапазона и излучения видеоимпульсов в диапазоне 0…1,5 ГГц.

Результаты должны быть использованы в дальнейшем для создания систем МЦОРС. Разработанные алгоритмы и методы их программной реализации должны быть использованы при создании и интеграции программного обеспечения макета системы МЦОРС. Изготовленный макет РЛС, а также дополнительная аппаратная часть для связи МЦОРС с макетом РЛС позволяет осуществлять натурную верификацию алгоритмов обработки радиолокационных эхо-сигналов с целью решения поставленных задач ПНИ, а также может быть использован, например, для отработки алгоритмов управления подсистемами РЛС или протоколов широкополосной связи.

Текущие результаты проекта:
Проведен анализ информационных потоков в высокопроизводительных системах многомерной обработки сигналов. Разработаны технические требования к архитектуре системы, алгоритмам обработки данных, алгоритмам управления (генерации). Произведен сравнительный анализ моделирования работы алгоритмов БПФ на VHDL при использовании различных микросхем ПЛИС из различных семейств. Выработаны технические предложения и требования к архитектуре системы, алгоритмам и методам программной реализации. Также выработаны технические требования к ПЛИС и дополнительной аппаратной части для связи с РЛС.

Изготовлен и введен в эксплуатацию макет измерительной РЛС и проведены исследовательские испытания по сбору радиолокационных эхо сигналов, подтверждающие возможность использования разрабатываемого макета системы МЦОРС в качестве многофункционального универсального программно-аппаратного средства цифровой обработки радиолокационных сигналов с полосой до 1,5 ГГц, а также управления РЛС и генерации сигналов сложной формы с полосой до 1,5 ГГц.

Разработана методика нахождения оптимальных начальных значений при работе регистра сдвига с линейной обратной связью для генерации подпоследовательностей псевдослучайных последовательностей оптимальных с точки зрения уровня боковых лепестков непериодической автокорреляционной функции, опирающаяся на использование ресурсов вычислительного кластера.

По результатам патентных исследований полных аналогов предлагаемого решения проблемы не выявлено, ближайшие аналогом является патент CN 202975317 U от 2013 г, в котором выражена наиболее близкая к разрабатываемому макету системы МЦОРС концепция изобретения. Функционал и характеристики разрабатываемого макета системы МЦОРС опережают описанное в патенте изобретение.

Публикации: 1) S. A. Ermushev, A. G. Balashov, «Implementation of a 1.5GHz-Bandwidth Radar with Digital Signal Synthesis and Processing for Probing in Arctic Area.», International Journal of Applied Engineering Research ISSN 0973-4562 Volume 10, Number 19 (2015) pp 40636-40641
2) И.Ю. Поздняков, Г.И. Турканов, Д.В. Негров, Реконфигурируемая и масштабируемая архитектура системы цифровой обработки широкополосных радиолокационных сигналов, Радиотехника и электроника, Journal of Communications Technology and Electronics ISSN: 0033-8494 (принята в печать)

Подана заявка на патент (полезное изобретение): Радиолокатор для анализа места посадки вертолета, регистрационный номер 2015147704, дата поступления 06.11.2015