МАСШТАБИРОВАНИЕ ЦЕЛОЧИСЛЕННЫХ ДАННЫХ В РВС ПРИ ВЫЧИСЛЕНИИ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ДАЛЬНОСТНО-СКОРОСТНОГО ПОРТРЕТА

  • О.В. Ершова
  • Е. В. Кириченко
  • М.С. Кочерга
  • E.A. Семерников
Ключевые слова: Масштабирование, дальностно-скоростной портрет, быстрое преобразование Фурье, реконфигурируемые вычислительные системы, цифровая обработка сигналов, линейная частотная модуляция

Аннотация

Данная статья посвящена вопросу предотвращения переполнений разрядной сетки в
высокопроизводительных реконфигурируемых вычислительных системах (РВС) на основе
ПЛИС, приводящих к фатальным ошибкам обработки данных в процессе получения
радиолокационного дальностно-скоростного портрета (ДСП) цели. Кратко рассмотрены
существующие способы решения данной проблемы, и предложена методика априорного оп-
ределения количества точек масштабирования в конвейерно-параллельных вычислительных
структурах, формирующих радиолокационный ДСП цели. Данная методика позволяет зара-
нее определить необходимое количество масштабирований на всех этапах обработки цело-
численных данных и предотвратить переполнения при вычислении БПФ (ОБПФ) во всех
возможных ситуациях. Рассмотрен алгоритм получения ДСП из исходной сигнальной мат-
рицы (ИСМ) на примере радиолокационной системы (РЛС) непрерывного излучения с
линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Приведены формулы, позволяющие рассчитать
максимально допустимое значение (в используемой разрядной сетке) амплитуды
преобразумых сигналов на всех этапах получения ДСП и количество итераций с
масштабированием в процедурах БПФ (ОБПФ). Представлен численный пример расчета
количества масштабирований для всех этапов алгоритма формирования ДСП, в котором
определено необходимое число итераций с масштабированием при вычислении быстрой
свертки и доплеровской скорости (с учетом умножения на оконную функцию), позволяющее
предотвратить возможный выход значений сигнала за пределы разрядной сетки. В резуль-
тате установлено, что предлагаемый способ расчета количества масштабирований
позволяет избежать чрезмерного падения уровня сигнала на выходе обработки и снизить
отношение ошибок цифровой обработки к уровню сигнала дальностно-скоростной матрицы

Литература

1. Kalyaev I.A., Levin I.I. Mnogoprotsessornye vychislitel'nye sistemy (superkomp'yutery):
sostoyanie i perspektivy [Multiprocessor computing systems (supercomputers): state and prospects],
Vestnik komp'yuternykh i informatsionnykh tekhnologiy [Bulletin of computer and information
technologies], 2004, No. 6, pp. 25-44.
2. Dmitrenko N.N., Kalyaev I.A., Levin I.I., Semernikov E.A. Razvitie apparaturnoy platformy
rekonfiguriruemykh vychislitel'nykh sistem [Development of a hardware platform for reconfigurable
computing systems], Tr. Mezhdunarodnoy super-komp'yuternoy konferentsii:
Nauchnyy servis v seti Internet: superkomp'yuternye tsentry i zadachi. (Novorossiysk, 20-25
sentyabrya 2010 g.) [Proceedings of the International Supercomputer Conference: Scientific
service on the Internet: supercomputer centers and tasks (Novorossiysk, September 20-25,
2010)]. Mosow: Izd-vo MGU, 2010, pp. 315-320.
3. Kalyaev I.A., Levin I.I., Semernikov E.A., SHmoylov V.I. Rekonfiguriruemye
mul'tikonveyernye vychislitel'nye struktury [Reconfigurable multicore computational structures].
Rostov-on-Don: Izd-vo YuNTS RAN, 2009, 320 p.
4. Dordopulo A.I., Kalyaev I.A., Levin I.I., Semernikov E.A. Vysokoproizvoditel'nye
rekonfiguriruemye vychislitel'nye sistemy novogo pokoleniya [High-performance reconfigurable
computing systems of a new generation], Tr. 13-y Mezhdunarodnoy superkomp'yuternoy
konferentsii: Nauchnyy servis v seti Internet: ekzaflopsnoe budushchee. (Novorossiysk, 19-24
sentyabrya 2011 g.) [Proceedings of the 13th International Supercomputer Conference: Scientific
Service on the Internet: Exaflops Future. (Novorossiysk, September 19-24, 2011)]. Moscow:
Izd-vo MGU, 2011, pp. 42-49.
5. Radiolokatsionnye signaly dlya aerokosmicheskikh, oboronnykh i avtomobil'nykh RLS: sayt
[Radar signals for aerospace, defense and automotive radars: website]. Available at:
https://www.astrosoft.ru/articles/radar/radiolokatsionnye-signaly-dlya-aerokosmicheskikhoboronnykh-
i-avtomobilnykh-rls/ (accessed 20 October 2020).
6. Asuzu P., Thompson C. A more exact linear FMCW radar signal model for simultaneous
range-velocity estimation, IEEE Radar Conference (RadarConf18), 2018, pp. 7-11.
7. Skolnik, Merrill I. Introduction of Radar Systems, McGraw-Hill Inc. ISBN - 978007118189,
1962.
8. Stove A.G. Linear FMCW radar techniquesб Radar and Signal Processing, IEE Proceedings
F, Oct. 1992, Vol. 139, Issue 5, pp. 343-350.
9. Dal'nostno-skorostnoy portret (obnaruzhenie) v avtomobil'nykh RLS s nepreryvnym LCHMsignalom:
sayt [Range-velocity portrait in car radars with continuous chirp signal: website]. Available
at: https://www.astrosoft.ru/articles/radar/ dalnostno-skorostnoy-portret-obnaruzhenie-vavtomobilnykh-
rls-s-nepreryvnym-lchm-signalom/ (accessed 08 November 2020).
10. Folster F., Rohling H., Lubbert U. An Automotive radar network based on 77GHz FMCW
sensors, Radar Conference, 2005 IEEE International, 9-12 May 2005, pp. 871-876.
11. Mende R., Rohling H. A High-Performance AICC radar and results with an experimental vehicle,
Radar 97 (Conf. Publ. No. 449), 14.-16.Oct 1997, pp. 21-25.
12. Geroleo F.G., Brandt-Pearce M. Detection and Estimation of Multi-Pulse LFMCW Radar
Signals, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Jan. 2012, Vol. 48, Issue 1,
pp. 405-418.
13. Titov D.A., Vasilevskiy V.V., Kosykh A.V. TSifrovaya obrabotka signalov: Metodicheskie
ukazaniya k laboratornym rabotam (Omsk-2011) [Digital signal processing: Methodological
instructions for laboratory work. (Omsk-2011)]. Available at: https://omgtu.ru/general_ information/
faculties/radio_engineering_department/department_quot_radio_devices_and_diagnost
ic_systems_quot/educational-materials/Digital_signal_processing/Methodical_instructions_to_
laboratory_works.pdf. (accessed 08 November 2020).
14. Realizatsiya tselochislennogo BPF na PLIS: sayt [Implementation of integer FFT on FPGA:
website]. Available at: https://habr.com/ru/post/420517/ (accessed 08 November 2020).
15. Rabiner L., Gould B. Teoriya i primenenie tsifrovoy obrabotki signalov [Theory and application
of digital signal processing]. Moscow: Mir, 1978, 848 p.
16. Layons R. Tsifrovaya obrabotka signalov [Digital signal processing]. Moscow: Binom-Press,
2011, 654 p.
17. Oppengeym A., Shafer R. TSifrovaya obrabotka signalov [Digital signal processing]. Moscow:
Tekhnosfera, 2012, 1048 p.
18. Ayficher E.S., Dzhervis B.U. TSifrovaya obrabotka signalov: prakticheskiy podkhod [Digital
signal processing: a practical approach]. 2nd ed. Moscow: Vil'yams, 2016, 992 p.
19. Smit S. Tsifrovaya obrabotka signalov. Prakticheskoe rukovodstvo dlya inzhenerov i
nauchnykh rabotnikov [Digital signal processing. A Practical Guide for Engineers and Scientists]:
transl. from engl. Moscow: Dodeka XXI, 2008, 720 p.
20. LogiCORE IP Fast Fourier Transform v9.0. Product Guide. Vivado Design Suite. PG109,
October 4, 2017. Available at: http://www.xilinx.com/support/documentation/ip_ documentation/
xfft/v9_0/pg109-xfft.pdf. (accessed 08 November 2020).
21. Ershova O.V., Kirichenko E.V., Semernikov E.A., Chkan A.V. Upravlenie masshtabirovaniem
dannykh v protsedure soglasovannoy fil'tratsii v zavisimosti ot energii signala [Data scaling
control in the matched filtering procedure depending on the signal energy], Mater. 8-y
Vserossiyskoy mul'tikonferentsii po problemam upravleniya MKPU [Proceedings of the 8th
All-Russian multiconference on management problems of the MCPU]. Rostov-on-Don: Izd-vo
YuFU, 2015, Vol 3, pp. 92-96.
22. Ershova O.V., Kirichenko E.V., Semernikov E.A., Chkan A.V. Masshtabirovanie dannykh s
fiksirovannoy tochkoy v protsedure bystroy svertki [Scaling of fixed-point data in a fast convolution
procedure], Radiotekhnika [Radio engineering], 2015, No. 4, pp. 66-72.
Опубликован
2021-02-25
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ IV. ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ И ВСТРАИВАЕМЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ