Диссертации - Проектирование системы безопасности объекта на основе геопозиционирования с возможностью удаленного контроля в режиме реального временинного контроля в режиме реального времени

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ОБНАРУЖИТЕЛЯ СПУТНИКОВЫХ СИГНАЛОВ ДЛЯ ПОДКОНТРОЛЬНОГО ОБЪЕКТА - Построение алгоритма обнаружителя сигналов спутника

Одним из основных элементов пользовательского интерфейса является обнаружитель сигналов навигационной космической аппаратуры системы GPS. Обнаружение требуется в каждом логическом канале, поэтому реализация обнаружителя во многом будет играть определяющую роль в определении требуемых ресурсов FPGA.

В качестве обнаружителя могут выступать, как коррелятор, так и согласованный фильтр (СФ). В обоих случаях качество работы обнаружителя будет зависеть от величины ошибки в определении момента прихода полезного сигнала, однако при использовании СФ эта процедура упрощается т.к. максимум выходного напряжения СФ, соответствующий моменту прихода, всегда с некоторой задержкой будет присутствовать на выходе.

Реализация согласованного фильтра предполагает осуществление свертки входного сигнала с инвертированной копией искомого сигнала. Свертка может выполняться как напрямую, так и методом быстрой свертки. Метод быстрой свертки заключается в том, что последовательности – аргументы свертки подвергаются сначала быстрому преобразованию Фурье, затем перемножаются, а конечный результат получается путем обратного преобразования произведения.

При этом метод быстрой линейно свертки предполагает меньшую вычислительную сложность по сравнению с прямым подходом в случае, если число значений, подлежащих свертке, достаточно велико. В этом случае уменьшается и требование к ресурсам FPGA, что немало важно.

Ниже сравнивается число умножений, требуемых для выполнения свертки с помощью прямого и быстрого методов, выбранное в качестве меры их относительной вычислительной эффективности.

Известно, что для выполнения линейной свертки двух последовательностей длины требуется произвести умножений. Выполнение той же линейной свертки, но с помощью быстрого метода потребует число умножений .

Ниже приведена таблица 3.1, представляющая число требуемых умножений в зависимости от .

Таблица 3.1 – Число действительных умножений, требуемых для выполнения свертки двух N–точечных последовательностей.

Одним из основных элементов пользовательского интерфейса является обнаружитель сигналов навигационной космической аппаратуры системы GPS. Обнаружение требуется в каждом логическом канале, поэтому реализация обнаружителя во многом будет играть определяющую роль в определении требуемых ресурсов FPGA.

В качестве обнаружителя могут выступать, как коррелятор, так и согласованный фильтр (СФ). В обоих случаях качество работы обнаружителя будет зависеть от величины ошибки в определении момента прихода полезного сигнала, однако при использовании СФ эта процедура упрощается т.к. максимум выходного напряжения СФ, соответствующий моменту прихода, всегда с некоторой задержкой будет присутствовать на выходе.

Реализация согласованного фильтра предполагает осуществление свертки входного сигнала с инвертированной копией искомого сигнала. Свертка может выполняться как напрямую, так и методом быстрой свертки. Метод быстрой свертки заключается в том, что последовательности – аргументы свертки подвергаются сначала быстрому преобразованию Фурье, затем перемножаются, а конечный результат получается путем обратного преобразования произведения.

При этом метод быстрой линейно свертки предполагает меньшую вычислительную сложность по сравнению с прямым подходом в случае, если число значений, подлежащих свертке, достаточно велико. В этом случае уменьшается и требование к ресурсам FPGA, что немало важно.

Ниже сравнивается число умножений, требуемых для выполнения свертки с помощью прямого и быстрого методов, выбранное в качестве меры их относительной вычислительной эффективности.

Известно, что для выполнения линейной свертки двух последовательностей длины требуется произвести умножений. Выполнение той же линейной свертки, но с помощью быстрого метода потребует число умножений .

Ниже приведена таблица 3.1, представляющая число требуемых умножений в зависимости от .

Таблица 3.1 – Число действительных умножений, требуемых для выполнения свертки двух N–точечных последовательностей.

N

Прямой метод

Быстрая свертка

8

64

448

16

256

1088

32

1024

2560

64

4096

5888

128

16384

13312

256

65536

29696

512

262144

65536

1024

1048576

143360

2048

4194304

311296

 

Из таблицы 3.1 видно, что начиная с N=128, выгоднее использовать быструю свертку, и с дальнейшим ростом размерности преимущество в вычислительных затратах становится все более заметным. С учетом того, что длина C\A-кода равна 1023, а на каждый элемент кода берется два отсчета, требуется свертка двух последовательностей длины 2046. Но для реализации быстрого метода длина должна быть кратна степени двойки. Дополнение нулями в данном случае исказит результат, поэтому следует взять в качестве исходной последовательности – последовательность отсчетов сигнала длиной = 4096, а опорную последовательность с дополнить нулями до этой же длительности.

Работа обнаружителя начинается с накопления 4096 отсчетов входного сигнала. В результате быстрой свертки будут получены 1 отсчетов, т.е. 2051 отсчет, соответствующий линейной свертке. После завершения расчета самые старые 2051 отсчета отбрасываются и заменяются очередными отсчетами сигнала, накопленными за время вычисления.

   
     
     
     
     
     
     
     
     
     

 

Из таблицы 3.1 видно, что начиная с N=128, выгоднее использовать быструю свертку, и с дальнейшим ростом размерности преимущество в вычислительных затратах становится все более заметным. С учетом того, что длина C\A-кода равна 1023, а на каждый элемент кода берется два отсчета, требуется свертка двух последовательностей длины 2046. Но для реализации быстрого метода длина должна быть кратна степени двойки. Дополнение нулями в данном случае исказит результат, поэтому следует взять в качестве исходной последовательности – последовательность отсчетов сигнала длиной = 4096, а опорную последовательность с дополнить нулями до этой же длительности.

Работа обнаружителя начинается с накопления 4096 отсчетов входного сигнала. В результате быстрой свертки будут получены 1 отсчетов, т.е. 2051 отсчет, соответствующий линейной свертке. После завершения расчета самые старые 2051 отсчета отбрасываются и заменяются очередными отсчетами сигнала, накопленными за время вычисления.

Количество комментариев: 0

Для того, чтобы оставить коментарий необходимо зарегистрироваться