Реализация адаптивной  пространственно-временной обработки в ПЛИС ALtera (Intel)

В компании ALtera (Intel) было создан пример разработки радиолокатора с адаптивной пространственно-временной обработкой, который иллюстрирует как реализовать этот алгоритм в ПЛИС семейства Stratix. Этот пример разработки  демонстрирует как реализуется высокопроизводительная векторная обработка и вычисления в плавающей запятой. Предоставляются  следующая поддержка для эффективной реализации адаптивной пространственно-временной обработки с использованием вычислений с плавающей запятой:

• операции с плавающей запятой поддерживаются низкоуровневой аппаратной структурой
• библиотека производительных элементов для вычислений с плавающей запятой доступна разработчикам
• инструменты для ввода проекта демонстрирует поддержку вычислений с плавающей запятой в ПЛИС компании Altera (Intel). Пример разработки сравним с реалистичным набором параметров, включая 16  антенн, 16 допплеровских ячеек, 64 вектора для целевого управления и повторитель частоты 1 кГц. Это переохладится в скорость обработки в 80 ГФЛОП/с. Пример может быть реализован в EP4SGX230 — ПЛИС средней плотности семейства Stratix IV.

Пример создан с помощью MATLAB и расширенного набора вычислительных блоков программы DSP Builder компании ALetra (Intel). Это стандартный процесс разработки, включающий следующие шаги:

• ввод вычислительной цепочки адаптивной пространственно-временной обработки  реализуется в MATLAB, включая генерацию тестовых векторов и печати результатов
• цепочка обработки данных  реализуется с использованием расширенного набора вычислительных блоков DSP Builder
• взаимная симуляция в MATLAB/DSP Builder верифицирует корректность операций

Рисунок 12

На рисунке 12 изображен график, сгенерированный примером разработки. Верхний график изображает сигналы, принятые линейной антенной до применения адаптивной пространственно-временной обработки. Синяя линия изображает положение цели. Этот график показывает, что цель не может быть распознана, если присутствует значительный процент помех в системе.

На рисунке 13 изображен срез данных, которые доминирует при помехах на 60 градусах. Второй подграфик изображает веса, которые вычислены с помощью адаптивной пространственно-временной обработки. Диаграмма показывает, что вес в -80 дБ применяется на 60 градусах, подавляя помехи. Желтая линия  поверх ребра помех изображает веса около диапазона от -30 дБ до -40 дБ подавления помех. Подавление помех на рисунке 13 расположен точно там же где расположены помехи на рисунке 11. Помеха, которая была изображена как зеленая диагональ на рисунке 11,  соответствует жёлтой линии подавления помех с рисунка 13, а также прямой диагональной линии с соответствующим масштабом.

Рисунок 13

На рисунке 13 изображено увеличение порядка чувствительности для определения цели за счет использования ПЛИС Startix с широким динамическим диапазоном и настоящими операциями с плавающей запятой. Радиолокационные системы, которые построены на базе ПЛИС семейства Startix, имеют низкую задержку и могут быстро адаптироваться к изменяющимся условиям среды, увеличивая встроенную память и плотность элементов  цифровой обработки сигналов для параллельных вычислений.

Подводя итог, пример реализации адаптивной пространственно-временной обработки сигналов — это хороший пример перехода от сложного алгоритма к аппаратной реализации. Пример использует метод ввода с помощью Simulink, что позволяет полностью использовать потенциал низкоуровневых аппаратных структур. Этот метод даёт доступ разработчика радиолокационных систем доступ к сотням  ГФЛОП производительности в одной ПЛИС, которые переводят производительность радиолокационных систем на новый уровень.

Ссылки

1. Bores Signal Processing, Introduction to DSP—DSP Processors: Data Formats, December, 2010. http://www.bores.com/courses/intro/chips/6_data.htm
2. Jeffs, Brian D. Beamforming: A Brief Introduction, Presentation, (Brigham Young University, October, 2004).
3. Harris, Fredric J. Multirate Signal Processing for Communication Systems, Chapter 6,(Prentice Hall, ISBN 0-13-146511-2).
4. Richards, Mark A. Fundamentals of Radar Signal Processing, Chapter 9, (McGrawHill, ISBN 0-07-144474-2).
5. Worsham, Richard. Northrop Grumman Radar Notes, et al, Presented at Radar 2010 Conference, May, 2010

Источники

• https://www.intel.com/content/dam/www/programmable/us/en/pdfs/literature/wp/wp-01156-dsp-radar.pdf

Материал предназначен для использования в образовательных целях