автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.14, диссертация на тему:Исследование и разработка методов цифровой согласованной фильтрации радиолокационных сигналов в гетерогенных системах на кристалле

003485260

На правах рукописи

ш

Янакова Елена Сергеевна

Исследование н разработка методов цифровой согласованной фильтрации радиолокационных сигналов в гетерогенных системах на кристалле

05.12.14 - Радио локация и радионавигация

26 НОЯ 2009

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2009

003485260

Работа выполнена на Государственном унитарном предприятии «Научно-производственный центр «Электронные вычислительно-информационные системы».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

кандидат технических наук, Александров Юрий Николаевич

доктор технических наук, Широ Георгий Эдуардович

кандидат технических наук, Чистюхин Виктов Васильевич

Ведущая организация:

Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский

институт «Субмикрон», г. Москва

Защита состоится 11 декабря 2009 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 850.012.01 ГУЛ НПЦ "СПУРТ" по адресу: 124460, г. Москва, Зеленоград. 1 -й Западный проезд, д. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП НПЦ «СПУРТ». 1 Автореферат разослан "11" ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 850.012.01, к. т. н., с.н.с.

Петров В.Г.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы

В современных радиолокационных станциях (РЛС) для увеличения разрешающей способности по дальности при сохранении импульсной мощности широко применяются сигналы достаточно большой длительности с внутриимпульсной модуляцией. Согласованная фильтрация (СФ) обеспечивает временное сжатие такого импульса и является одним из критически важных и наиболее ресурсоемких этапов в цифровой обработке радиолокационных сигналов. От качества и эффективности выполнения данного этапа зависят дальнейшие результаты обработки, в РЛС - это обнаружение и распознавание целей.

Многие теоретические и алгоритмические разработки в области цифровой согласованной фильтрации долго не были реализованы в связи с ограничениями требуемых вычислительных ресурсов или представляли узкоспециализированные комплексы, не удовлетворяющие современным производственным и потребительским требованиям. Основные проблемы связаны со сложностью и требуемой высокой точностью реализации СФ. Поэтому разработка методов и алгоритмов СФ, позволяющих в реальном времени производить высокоскоростную согласованную обработку на универсальных, полностью программируемых вычислителях..jjyjeT способствовать модернизации существующих и разработке новых радиолокационных систем с улучшенными характеристиками.

Несмотря на то, что лидирующее положение в развитии процессорной элементной базы занимают такие зарубежные компании, как Intel, Texas Instruments, ..Analog Devices, большой вклад в область практической реализации новых микроэлектронных изделий в виде интегральных схем внесли российские компании: ИТМ ВТ им. С.А.Лебедева, ОАО «Ангстрем», НИИСИ РАН, НТЦ «Модуль», ЗАО «МЦСТ», ГУП НПЦ «ЭЛВИС». Построение систем цифровой согласованной фильтрации радиолокационных сигналов на отечественной элементной базе является критически важным аспектом для применения таких устройств в средствах противовоздушной защиты и оборонных комплексах страны, поэтому актуальными являются исследования, направленные на создание устройства согласованной фильтрации (УСФ), решающего задачи СФ радиолокационных сигналов с использованием универсальных СБИС с программируемой многоядерной архитектурой. Многоядерные процессоры, объединяющие в себе несколько процессорных ядер с одинаковыми архитектурами, называются гомогенными, с разными архитектурами -гетерогенными.

Исходя из анализа методов и средств, используемых для обработки данных в современных радиолокационных системах, были сформулированы следующие цели и задачи диссертационной работы.

Цель диссертационной работы - исследование и разработка методов и алгоритмов высокоскоростной согласованной фильтрации широкополосных сигналов в реальном времени на основе гетерогенных систем на кристалле, теоретическая и экспериментальная оценка производительности разработанных методов и алгоритмов СФ применительно к современным РЛС.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• исследовать существующие методы и алгоритмы согласованной фильтрации, используемые в современных радиолокационных системах реального времени;

• разработать алгоритмы согласованной фильтрации для сигналов с фазо-кодовой манипуляцией (ФКМ) и линейно-частотной модуляцией (ЛЧМ) с минимальными временными задержками;

• разработать алгоритмы формирования опорной функции согласованного фильтра, исходя из особенностей формирования сигнала в цифровом синтезаторе сигнала и выполнения арифметических операций в микропроцессорах, с целью достичь наилучшего качества фильтрации;

• разработать методы и алгоритмы программно-аппаратной конвейеризации согласованной фильтрации радиолокационных сигналов на уровне процессорных ядер в гетерогенных многоядерных системах на кристалле (СнК);

• разработать алгоритмы управления устройством согласованной фильтрации на основе гетерогенных многоядерных СнК.

Методы исследования

Теоретическое и практическое решение поставленных задач выполнено с применением методов цифровой обработки сигналов, методов дискретной математики, теории множеств, теории параллельных вычислительных систем, теории информационных систем, теории ошибок. Повсеместно использовались методы математического моделирования.

Научная новизна работы состоит в разработке и исследовании методов и алгоритмов согласованной фильтрации широкополосных сигналов, специально адаптированных к требованиям современных локаторов. При этом получены следующие новые научные результаты:

• предложен метод согласованной фильтрации сигналов с линейно-частотной модуляцией - метод подапертур, который на 85% эффективнее по быстродействию (количеству арифметических операций) и на 0.2дБ уступает по качественным характеристикам прямому методу согласованной фильтрации радиолокационных сигналов;

• предложен метод согласованной фильтрации радиолокационных сигналов с фазо-кодовой манипуляцией - метод кодовых скользящих сумм, который в Nh°^$ раз эффективнее прямого метода согласованной фильтрации (Л^ -длина опорной функции фильтра);

• разработан алгоритм формирования опорной функции согласованного фильтра ЛЧМ-сигнала, учитывающий особенности его формирования в цифровом стандартном синтезаторе сигналов и особенности вычисления тригонометрических функций на вычислительных ядрах, выполняющих арифметические операции с усечением мантиссы. Полученная ошибка для функции /(.*) = б^о) на интервале [0,2л] не превышает 5.1*10*, при этом качественные характеристики согласованного фильтра улучшились на 1.7дБ;

• предложен алгоритм конвейеризации согласованной фильтрации радиолокационных сигналов на уровне процессорных ядер с параллелизмом по SIMD-типам (Single Instruction Multiple Data - один поток инструкций, множественные потоки данных) и MIMD-типам (Multiple Instruction Multiple Data

множественные потоки инструкций, множественные потоки данных), позволяющий получить производительность 95% от теоретически достижимой производительности вычислительного ядра;

• в терминах сетей Петри разработана модель системы с приоритетным доступом к общим системным ресурсам, которая позволяет имитировать штатные и нештатные ситуации работы многоядерной системы и ликвидировать или минимизировать информационные потери при цифровой согласованной фильтрации радиолокационных сигналов в реальном времени.

Достоверность результатов работы подтверждена теоретическими расчетами и моделированием, а также результатами экспериментальных исследований и испытаний в составе действующего охранного локатора.

Практическая значимость работы заключается в следующих результатах:

- разработано специализированное программное обеспечение на языках ассемблера и Си, обеспечивающее эффективное выполнение цифровой согласованной фильтрации на гетерогенных СнК;

- разработанная прикладная библиотека элементарных функции в формате плавающей точки (стандарт IEEE 754) для IP-ядер «ELcore-xx» (название «LibEMF») позволяет с высокой точностью вычислять тригонометрические, логарифмические, экспоненциальные функции;

- разработанная прикладная библиотека спектрального анализа действительных и комплексных сигналов в формате плавающей точки (стандарт IEEE 754) и блочной плавающей точки (fractional, 16+jl6) (название «LibFFT») позволяет эффективно выполнять спектральный анализ, свертку и корреляцию на сигнальных гетерогенных процессорах с разменом быстродействие-точность;

- разработанные программно-алгоритмические средства позволили создать на базе отечественной универсальной программируемой многоядерной архитектуры компоненты PJ1C, осуществляющие согласованную фильтрацию сигналов в реальном времени;

- разработанные программно-алгоритмические средства внедрены в подсистему сигнальной обработки охранного радиолокатора метрового разрешения «ORWELL-R» на основе отечественных импортозамещающих СнК «Мультикор».

Внедрение результатов работы. С использованием выполненных в диссертационной работе разработок была создана серия PJIC ЛЦКБ.464412.001 («ORWELL-R» s/n:080001 - 080010, 080013) на основе отечественной платформы проектирования систем на кристалле «Мультикор» (ГУП НПЦ «ЭЛВИС»), что подтверждено актами о внедрении соответствующих изделий на предприятии ГУП НПЦ «ЭЛВИС» г. Москва. Серия РЛС «ORWELL-R» предназначена для

круглосуточного наблюдения и охраны объектов в угловом секторе обзора до 360° и на дальности до 1 км с разрешением по дальности 1,5 - 2 м. По результатам государственных испытаний РЛС рекомендована для оснащения объектов Минобороны России и подлежит принятию на снабжение Вооруженных Сил Российской Федерации. По результатам испытаний ОАО «Аэропорт Сургут» РЛС рекомендована для применения в системах обеспечения безопасности полётов для обзора летного поля аэропортов и для создания автоматизированных систем безопасности в качестве системы обнаружения целей (человек, автомобиль, животное).

Новизна разработанного программного обеспечения зарегистрирована в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ): свидетельство № 2008613850 от 12.08.2008.

На защиту выносятся:

1. Метод согласованной фильтрации сигналов с линейно-частотной модуляцией -метод подапертур, который на 85% эффективнее по количеству арифметических операций и на 0.2дБ уступает по качественным характеристикам прямому методу согласованной фильтрации радиолокационных сигналов.

2. Метод согласованной фильтрации радиолокационных сигналов с фазо-кодовой манипуляцией: метод кодовых скользящих сумм, который в /V,,"5 раз эффективнее прямого метода согласованной фильтрации (ТУ,-длина опорной функции фильтра).

3. Алгоритм формирования опорной функции согласованного фильтра ЛЧМ-сигнала, учитывающий особенности его формирования в цифровом стандартном синтезаторе сигналов и особенности вычисления тригонометрических функций на вычислительных ядрах, выполняющих арифметические операции с усечением мантиссы. Полученная ошибка для функции Г(х)=5ш(х) на интервале [0,2л:] не превышает 5.1 *10~8, при этом качественные характеристики согласованной фильтрации улучшились на 1.7дБ.

4. Алгоритм конвейеризации согласованной фильтрации на уровне процессорных ядер с параллелизмом по 81МБ- и М1МО-типам, позволяющий получить 95% от теоретически достижимой производительности вычислительного ядра в гетерогенных многоядерных СнК.

5. Модель системы с приоритетным доступом к общим системным ресурсам на основе сетей Петри, которая позволяет имитировать штатные и нештатные ситуации работы многоядерной системы и ликвидировать или минимизировать информационные потери при цифровой согласованной фильтрации радиолокационных сигналов в реальном времени.

6. Результаты внедрения исследования на предприятии ГУП НПЦ «ЭЛВИС».

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: 12-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2005», Москва, МИЭТ; 13-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2006», Москва, МИЭТ; 2-ой Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы разработки перспективных микроэлектронных систем-2006(МЭС-2006)», Истра, ИППМ РАН; Международной конференции "Авиация и космонавтика-2007», Москва, МАИ; 14-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2007», Москва, МИЭТ; Всероссийской межвузовской научно-практической конференции «Акту&тьные проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры, технологий и систем 2007», Москва, МИЭТ; Всероссийской конференции молодых ученых и студентов «Информационные технологии в авиационной и космической технике-2008», Москва, МАИ; Международной молодежной научной конференции XXXIV "Гагаринские чтения", Москва, МАТИ; 3-ей Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы разработки перспективных микроэлектронных систем-2006(МЭС-2006)», Истра, ИППМ РАН; Всероссийской межвузовской конференции «Актуальные проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры, технологий и систем 2008», Москва, МИЭТ; Международной конференции "Авиация и космонавтика-2008», Москва, МАИ; 16-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2009».

Личный вклад. Все выносимые на защиту результаты, составляющие основное

содержание диссертационной работы, получены лично автором или при его

непосредственном участии. Интерпретация основных научных результатов осуществлялась вместе с соавторами публикаций.

По теме диссертации опубликовано 16 научных работ. Из них в ведущих рецензируемых журналах, входящих в перечень, утвержденный ВАК - 2, тезисов докладов всероссийских и международных конференций -12,1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ. Без соавторов опубликовано 13 работ.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируются цели и задачи работы, перечисляются элементы научной новизны и практической значимости, дается краткое содержание глав работы.

В первой главе анализ предметной области сжатия радиолокационных сигналов позволил выделить ряд задач фильтрации, которые заключаются в СФ действительных и комплексных радиолокационных сигналов произвольной длины, СФ «особо длинных» сигналов с минимальными временными задержками. Для решения задачи согласованной фильтрации требуются значительные

вычислительные ресурсы: удельный вес арифметических операций согласованного фильтра составляет 61% от основных алгоритмов цифровой обработки сигналов.

В качестве вычислительных средств реализации цифровой согласованной фильтрации были проанализированы современные изделия микроэлектроники. В работе показано, что в качестве аппаратной основы целесообразно рассматривать гетерогенные многоядерные системы на кристалле. Они обладают высокой производительностью и масштабируемой архитектурой, отвечают требованиям к устройствам реального времени, соответствуют экономическим показателям и климатическим условиям эксплуатации.

Приведенный обзор методов и алгоритмов СФ, методов декомпозиции задачи показал, что существующие методы СФ радиолокационных сигналов ориентированы на использование одноядерных систем. Для организации последовательно-параллельной обработки на нескольких процессорных ядрах требуются новые подходы. Кроме того, недостаточно исследованы методы СФ сигналов с минимальными временными задержками, которые позволяют сократить время реакции радиолокационной системы на изменение помехово-целевой обстановки, в частности, обеспечить устойчивое сопровождение высокоскоростных и маневрирующих целей. Поэтому одной из важных характеристик СФ является малая задержка получения результата свертки, что особенно важно в многофункциональных PJIC. Таким образом, актуальна разработка комплекса методов и алгоритмов, позволяющих выполнить СФ в реальном времени и с минимальными временными задержками.

Во второй главе рассмотрены теоретические вопросы, связанные с построением согласованного фильтра для широкополосных радиолокационных сигналов (формирование опорной функции СФ, СФ с минимальными временным задержками для ФКМ и ЛЧМ сигналов).

Для задачи СФ с минимальными временными задержками при ЛЧМ-модуляции разработан метод подапертур. В этом методе отклик (апертура) согласованного фильтра представляется в виде Q подапертур с разделением частотной полосы сигнала на Q равных интервалов (рис.1). Отсчеты сигнала последовательно поступают на каждую подапертуру, начиная с номера i = Q-1 (рис.2). Далее, согласно отклику фильтра h(ri), Na отсчетов (Na - длина подапертуры) умножаются (поворачиваются на фазу подапертуры е,) и накапливаются в накопителе Ssr На последнем этапе все значения подапертур складываются с учетом начальных фаз подапертур с,.

Одной из главных характеристик метода является количество подапертур Q фильтра, которая напрямую зависит от допустимой фазовой ошибки. При фазовой ошибке количество подапертур СФ определяется формулой (1):

Q=JiiZ (1)

111

о 20 ¡0 со 03 100 120 1 40 160 100

1000 ко

о 20 ад 60 83 103 1» 140 160 130

о 2! <13 аз 83 100 120 140 160 180

Апертура фильтра

Рис. 1. Опорная функция СФ: а) график ЛЧМ-сигнала /г; б) график изменения фазы ЛЧМ-сигнала <р; в) график изменение частоты /

Рис. 2. Структурная схема вычисления СФ методом подапертур

К преимуществам метода подапертур можно отнести минимальное время задержки получения результатов согласованной фильтрации; количество арифметических операций в ^-раз меньше, чем в методе прямой свертки; минимальное взаимное

влияние отсчетов сигнала, что повышает качественные характеристики фильтра, особенно при использовании целочисленной арифметики.

Для задачи СФ с минимальными временными задержками при ФКМ-модуляции разработан метод кодовых скользящих сумм. В ФКМ-сигнале фаза несущего колебания принимает Л^ псевдослучайных значений, уравнение прямой свертки (2) преобразуется к виду (3):

у(п)=^(к)х(п-к),

к=О

1-1 к,

у{") = )£х(п-к),

где I - количество областей в псевдослучайной последовательности, в которых опорная функция фильтра не меняет знак, К, -длина сой области.

Структурная схема вычисления СФ с помощью метода кодовых скользящих сумм представлена на рис. 3. Отсчеты сигнала последовательно поступают на каждую /'-ю область длины К„ начиная с номера ¡ = /-1. Далее, учитывая знак области (-1)', накапливаются в накопителе На последнем этапе все значения областей складываются.

¡=0 ¡=1 ¡=1-1

___ i

: ^ : ¿и» |---->фч- ;

I ГАн

/' /

У(п>

Рис.3. Структурная схема СФ ФКМ-сигналов методом кодовых скользящих сумм

Преимущества метода кодовых скользящих сумм: результат согласованной фильтрации получается с минимальными временными задержками; количество арифметических операций в раз меньше, чем в методе прямой свертки;

минимальное взаимное влияние отсчетов сигнала, равное длине опорной функции фильтра Л^, а также отсутствие операций умножения, повышает качественные характеристики фильтра, особенно при использовании целочисленной арифметики.

Для оценки характеристик разработанных методов кодовых скользящих сумм и подапертур проведен сравнительный анализ методов СФ радиолокационных сигналов (рис.4). Для корректной оценки использовались методы, позволяющие выполнить комплексную СФ с приблизительно одинаковой точностью. Помимо разработанных методов для сравнения были взяты метод прямой свертки и метод быстрой свертки на основе БПФ. Расчетные формулы количества арифметических операций на один выходной дискретный отсчет сигнала представлены ниже (4)-(7), БПФ и ОБПФ - это алгоритмы прямого и обратного быстрого преобразования Фурье. Согласно рис.4, метод подапертур является эффективным по количеству арифметических операций для СФ сигнала, база которого не превышает = 256, метод кодовых скользящих сумм - для сигнала с базой не выше Л1,, = 4096.

Количество операций для СФ методом прямой свертки:

1+4 )N,=8Nk. (4)

комплексное умножение и с.

Количество операций для СФ на основе БПФ:

S*\o%1(2Nh)*2Nh + 6*2 N, +54og1(2Nl,)*2Ni

хг БПФ комплексное умножение ОП1Ф ,, ч , ^ /С\

Ыор=-—-= 201оё2(2Л'к) + 12. (5)

Количество операций для СФ методом подапертур:

2 2 Ж+ ( 4 + 4 = 12^. (6)

г сложение Ке/1ш умножении сложении 4 ' еко.1ЬТ с\лыиро ванне гетердин+когерент11ое_еложец[|е_1шода11ертр

Количество операций для СФ методом кодовых скользящих сумм:

= (7)

Nh

Рис.4. Сравнительная характеристика методов СФ радиолокационных сигналов

Для формирования опорной функции СФ разработан алгоритм вычисления тригонометрических преобразований (синус f(x) = sinf*), косинус /(*) = cos(;c)) (рис.5) для вычислительных ядер с арифметико-логическим устройством (АЛУ), выполняющим вычислительные операции с усечением мантиссы. Математическая реализация формата представления чисел двойной точности (double) в формуле приведения (8) разложением числа л на два перекрывающихся слагаемых позволили значительно снизить арифметическую погрешность вычисления тригонометрических функций (рис.6), которая на интервале jcе[0,2л] составляет тах(г-(*)) = 5.173г-8, что соответствует 23-битной точности представления мантиссы в формате float(IEEE 754).

дг=и-[-]п, -[-]Я2

71 7г

где л = п1+п2, л, = 3.14062500,п2 = 9.67 6 5 3 5 89793е-4. /' = ^4(л:2) = ^((((а4х2 +а,)х2 +а2)х2 + а,)хг +а„),

где а0=1.0; о, =-1.6666657e-i; а2 =8.3330255е-3; а, =-1.9807418е-4 ; я, = 2.6019031е-6.

(8) (9)

а)

з ■ 2.5 2

, 1.5 ' 1 D.5 0 ■ -0.6. ■

-pi=3,141 592 653 539 793 - pi=3,141 592 65_

X: 830 6 Y: 4 699e-008

100 200 300 400 500 Б00 700 BOO SCO 1000

- pi=3.141 592 653 589 793 -pj=3.141 592 65

X; 6

Y: 1.826e-007

Рис.5. Схема алгоритма вычисления функции Рис.6, а) Абсолютная ошибка е(х) аргумента X при приведении f(x) = Sin(x) для IP-ядер «ELcore-хх» _

к интервалу [0, —] • б)Абсолютная ошибка аппроксимирующей

функции f(x) = sin(jc) на интервале X е [0,2 п] . Число 71 представляется в формате float и double

В третьей главе для построения УСФ на основе многоядерных гетерогенных СнК предлагается следующая схема функционирования (рис.7). Ее принципиальной отличительной особенностью является применение модели взаимодействия «ведущего и ведомого устройства»; объединение в «ведомом устройстве» множества гомогенных процессорных ядер (выполняющих алгоритмы СФ); использование для задач приема, передачи и сортировки данных контроллера прямого доступа к памяти (DMA).

Для эффективного использования внутренних узлов многоядерной системы проведена теоретико-множественная формализация задачи эффективного управления УСФ на основе гетерогенных СнК. К функциям системы управления (СУ) /су относятся (10): функции принятия решений {/, }, функции обработки информации [fp}.

функции обмена информацией {/„}. Для эффективного управления УСФ необходимо минимизировать дисбаланс времени загрузки вычислительных ядер (11), где выполняется СФ, и внутренних информационных обменов (12) - прием и передача радиолокационных сигналов.

г____________г

Система внутренних и внешних прерывании

I ОМА I

Общи« регистры

Ведомые ядра

Г--------! I

Рис.7. Схема функционирования СнК при согласованной фильтрации радиолокационных сигналов

/су = {{/Л, {/"„}, {Го}},

/су «/.}.{/,}):—7-»*,

/су«/}):

(10) (П) (12)

где Тт,ш,- время внутренних информационных обменов в одном цикле СФ, Ттх -время цикла СФ, Г,(1) - время выполнения задания I на одном процессорном ядре, Тч(I)- время выполнения задания I на д процессорных ядрах.

С учетом критериев эффективного управления (11)-(12) разработаны алгоритмы конвейеризации СФ с параллелизмом по В1МО- и М1МО-типам на уровне процессорных ядер (рис. 8). Преимущества алгоритмов: детерминированное поведение системы, что особенно важно в системах реального времени; отсутствие накладных расходов процессорных ядер на сортировку данных. К недостаткам следует отнести задержку получения результатов, которая определяется глубиной конвейера и в общем случае определяется числом вычислительных ядер д. Результаты работы алгоритмов конвейеризации СФ представлены в таблице 2.

а)

б)

Начало

"Период поступления .„сигналов Тща, истек?^.

Определение номера вычислительного ядра =(№3 +1)то<1<?

Назначение задания для приема п-ого сигнала

Назначение задания I ¡-ому процессорному ядру

Получение результатов обработки (п-д)-сигнала

Конец

"Период поступления -.„сигналов Ттаж истек'

Назначение задания для приема п-ого сигнала

Назначение задания I всем процессорнь1м ядрам

Получение результатов обработки (п-1 )-сигнала

Конец

''Период поступления „.сигналов Тта, истек? „

""Г,,.

Определение номера вычислительного ядра $,

; Назначение задания

I для приема п-ого сигнала

_____

,,-^бходные данные"---^ ^ готовы для обработки """"\SIMD секцией

Назначение задания I ¡-ому процессорному ядру

Получение результатов обработки (п-ч)- и (п-д+1) сигналов

Конец

Рис. 8. а-б) Схемы алгоритмов конвейеризации СФ на уровне процессорных ядер с параллелизмом по МШЭ-типу(а), по 81МО-типу(б);в) схема алгоритма секционной

конвейеризации СФ

Таблица 2. Результаты работы алгоритма конвейеризации СФ радиолокационных

сигналов на СнК серии «Мультикор»

СнК серии «Мультикор» Тактовая частота, МГц Количество вычислительных ядер Уровень параллелизма Время выполнения СФ, мкс

N=1024 N=512 N=256

1892ВМЗЯ 80 1 SISD 577 288 116

1892ВМ2Т 80 2 SIMD 288 144 58

1892ВМ5Я 100 4 2SIMD 116 72 24

MCF-0428 200 4 MIMD 29 15 6

Для определения взаимного влияния задач, выполняющихся на разных узлах многоядерной системы, в терминах сети Петри разработана модель приоритетного доступа к общим системным ресурсам для многоядерных вычислительных узлов. Структура графа сетевой модели приведена на рисунке 9. Граф отражает структуру внутренних транзакций УСФ. Данная сетевая модель интерпретируется следующим образом: в УСФ сигнал поступает через порт ввода/вывода, который моделируется фрагментом {/72,p3,/;4,p5}u{/],i2,(,} с внутренним FIFO (First In, First Out - первый вошел, первый вышел) на ^„элементов. Маркировка M(p1) = Nn означает, что внутренний FIFO порта полностью заполнен, и новые данные от внешнего устройства не могут быть приняты. Достижение такой маркировки является первым признаком неправильного проектирования устройства.

Рис. 9. Сетевая модель внутренних транзакций в УСФ с учетом приоритетного доступа к общему системному ресурсу: внутренней шины данных

Для того чтобы сигнал попал во внутренний буфер-накопитель, то есть во внутреннюю память процессорных ядер. DMA-канал должен захватить внутреннюю шину данных и передать отсчеты сигнала. Шина данных с коммутатором и с системой приоритетов представляется следующим фрагментом: {p6,pn,pl6}и{/5,/4,Захват шины данных возможен при маркировке M(pl2) = 1, M{pt) = 1 и М(р7)Ф0. Если одновременно возникла маркировка М(р|4)>1 и М(рг„)*0. тогда срабатывает переход i с наибольшим приоритетом. i

Переход и является составным компонентом и моделирует задержку, которая необходима для обработки сигнала ведомыми ядрами. На вход системы обработки поступают N, отсчетов сигнала, на выходе формируются отсчетов и заполняется выходной буфер.

Выходной порт ввода/вывода работает так же как входной, передача осуществляется при наличии данных в буфере-накопителе, свободной внутренней шины данных и свободного места в FIFO порта.

Данный подход к моделированию сложных систем с приоритетным доступом к | общим ресурсам позволяет наблюдать работу системы в штатном и нештатном

режимах, ликвидировать или минимизировать потери информации в исключительных ситуациях. Предложенная динамическая сеть Петри является имитационной моделью | УСФ, для которой применены все виды анализа теории сетей Петри.

В четвертой главе проведена экспериментальная оценка эффективности разработанных методов и алгоритмов, рассмотрены практические аспекты реализации СФ в серии РЛС «ORWELL-R» ЛЦКБ.464412.001 (рис. 10,11). На основе результатов внедрения разработанных алгоритмов в прикладные библиотеки элементарных функций «LibEMF», спектрального анализа «LibFFT» и серии РЛС «ORWELL-R» показано преимущество программируемой многоядерной архитектуры СнК.

Для практической апробации разработанных программно-алгоритмических средств, а также для подтверждения полученных теоретических результатов был проведен сравнительный анализ характеристик наиболее производительных многоядерных СнК отечественных и зарубежных фирм с точки зрения вычисления тригонометрической -функции sin(x) и выполнения комплексного БПФ-1024 в формате плавающей точки одинарной точности (24е8, IEEE 754), как наиболее часто используемых для оценки ! производительности сигнальных процессоров (таблица 3). 1

Рис.10. Устройство согласованной фильтрации в РЛС «ORWELL-R» на основе гетерогенной СнК 1892ВМ5Я

Рис.11. Радиолокационная система «(Ж\УЕЬЬ-ГЪ>

Таблица 3.Сравнительная характеристика наиболее производительных многоядерных систем на кристалле

I

I

! |

Фирма-производитель Техаэ 1п5йгитеп15 1пс ГУП НПЦ «ЭЛВИС» Апа^ Веукев

Ьерия СнК ОМАР-Ы37 1892ВМ2Т 1892ВМ5Я А08Р-Т82018

Частота 300 80 100 600

вычислительных

ядер, МГц

Управляющее ядро АЯМ9 М1Р832 114000 -

Конфигурация ТМ5320С674х ЕЬсоге-24 2 х 2 х Бирег

вычислительных ЕЬсоге-26 8са1аг

ядер "^ейНАЛС

Производительность, МРЬОРв 1800 480 800 3600

БПФ-1024, циклы 14464 11599 5799 9384

БПФ-1024. мкс 48.21 144.98 57.99 15.64

Г(х)—51п(х).циклы 73 20 20 25

Г(х)=зт(х),мкс 0.24 0.25 0.2 0.042

Одним из показателей качества СФ является точность представления опорной функции фильтра (ОФФ), поэтому методы формирования сигнала в цифровых синтезаторах сигнала ЭОЗ должны быть максимально учтены в программной реализации при формировании опорной функции СФ. Согласно аппаратным особенностям предлагается алгоритм формирования опорной функции фильтра «ступенчатого» ЛЧМ-сигнала с шириной ОРЛЯХУ и высотой ОРТХЯ' (рис. 12, 13). В

качестве входных параметров используются количество дискретных отсчетов «ступеньки» ЛЧМ-сигнала N„, длина ОФФ Nh и отношение частоты дискретизации к системной частоте DDS NJF. Начальная фаза PW принимается равной нулю, начальная частота сигнала равна FW - FTW. Далее, фаза переводится в формат плавающей точки одинарной точности (IEEE 24е8), и выполняется расчет ОФФ средствами разработанных библиотечных функций sin(jc), cos(jc) .

Рис.12. Особенности формирования ЛЧМ-сигнала в устройстве DDS

В а од N„. Ч, 1U. PW=0; FW=FTW; i=0;

k=L

■4

i<Nh

____у Да__ _

<f= (PW»1)-2IT/2";

tlW=COS(ip)+j Ь|Гпф)

n=0; k=k+1; i=i+1

PW=PW+FW; n=n»1;

FW=FW+DFTW; k=0;

Рис.13. Схема алгоритма формирования опорной функции СФ ЛЧМ-сигнала

Предложенный алгоритм программного формирования опорной функции согласованного фильтра, в котором с максимальной точностью отражены цифровые аппаратные методы формирования сигнала в устройстве ООБ, позволил на 1.7 дБ

повысить уровень главного лепестка по отношению к боковым после выполнения СФ.

Для повышения эффективности согласованной фильтрации ЛЧМ-сигнала предложена дополнительная модификация метода подапертур к параметрам радиолокационного сигнала. Число отсчетов подапертуры ¡V,, и число подапертур <2 выбираются таким образом, чтобы фаза сигнала <р в пределах одной подапертуры изменилась на угол, кратный п. Зависимость фазы от длины подапертуры выражается равенством (13). Следует отметить, что фазовая ошибка £(ф) не зависит от выбора точки аппроксимации в пределах подапертуры (14), поэтому выбирается нулевое начальное значение фазы (рис.14).

„ |5(2 п 2 пАП2

ф = 2п-— = лВг =-= -

2 Г

где / = 0,..,Л'(1 -1, 1 = 0....,Т.

ж&РТ1г __ л N,,1 2

Т2 ~ „, 2 т '

N.

Я(ф) = тс(г2 + / + 0.5) - л(0.5 + /)2 = -где /'- номер подапертуры.

N..

(13)

(14)

Фаза ЛЧМ-сигнала

тт(2М)

¡Т (¡+05)Т (¡+1)Т 1

Рис.14. Аппроксимация фазы в пределах подапертуры

¡=0

2(160:1411

ШШЪг

т.

Г-*-,

25,

¡=1 г[140:1211

------.т.

г'20Л

г

х(п)

у(п)

Рис.15. Структурная схема СФ методом подапертур с дополнительной модификацией

Согласно принятым особенностям разделения сигнала на подапертуры, предлагается следующая модификация схемы СФ для ЛЧМ-сигналов (рис.15). В схеме представлено восемь подапертур. Линия задержки длиной Na = 20 для каждой подапертуры сохраняет предыдущие значения отсчетов сигнала. Так как сигнал циклически умножается на фазу подапертуры без сохранения результатов умножения (отсутствует вторая линия задержки по сравнению со схемой на рис. 2), и фаза в пределах подапертуры изменяется на л, то для компенсации циклического дополнительного накопления фазы на л отсчеты сигнала умножаются на коэффициент е'1', что эквивалентно умножению на "-1". Разница фаз между подапертурами компенсируется умножением на с, = ±1 на выходе каждой подапертуры. Модифицированный метод подапертур увеличивает быстродействие согласованной фильтрации на 85% по сравнению с методом прямой свертки и на 17% по сравнению с СФ на основе БПФ, ухудшая качественные характеристики фильтра всего на 0.2 дБ.

Разработанные методы и алгоритмы СФ на основе гетерогенных многоядерных СнК, а также программно-алгоритмические средства высокоскоростной обработки сигналов и управления реализованы в УСФ охранной радиолокационной системы «ORWELL-R».

В заключении сформулированы основные результаты работы. Приложения содержат акты о внедрении проведенных в диссертации исследований, акты и результаты испытаний РЛС серии «ORWELL-R» ЛЦКБ.464412.001, сведения об апробации материалов диссертационной работы и интеллектуальной собственности автора диссертации, а также листинги фрагментов программ.

Основные результаты и выводы:

— предложен метод согласованной фильтрации ЛЧМ-сигналов: метод подапертур, который на 85% эффективнее по быстродействию (количеству арифметических операций) и на 0.2 дБ уступает по качественным характеристикам прямому методу согласованной фильтрации радиолокационных сигналов;

— предложен метод согласованной фильтрации ФКМ-сигналов: метод кодовых скользящих сумм, который в N„" раз эффективнее прямого метода согласованной фильтрации радиолокационных сигналов (Nh-длина опорной функции фильтра);

— разработан алгоритм формирования опорной функции согласованного фильтра, учитывающий особенности формирования сигнала в цифровом синтезаторе и особенности вычисления тригонометрических функций на вычислительных ядрах, выполняющих арифметические операции с усечением мантиссы. Максимальная арифметическая ошибка для функции f(x)=sin(x) на интервале [0, 2л] составляет 5.1*1(Г8, качественные характеристики согласованного фильтра увеличились на 1.7дБ;

— обосновано построение УСФ на базе гетерогенных многоядерных систем на кристалле, аналитически сформулирован критерий эффективного управления цифровой согласованной фильтрацией на основе гетерогенных СнК в виде

минимизации времени простоев вычислительных ядер при минимизации общего числа заданий обработки;

— предложен алгоритм конвейеризации согласованной фильтрации на уровне процессорных ядер с параллелизмом по SIMD- и MIMD-типам, позволяющий получить производительность 95% от теоретических возможностей вычислительного ядра в гетерогенных многоядерных СнК;

— в терминах сетей Петри разработана модель системы с приоритетным доступом к общим системным ресурсам, которая позволяет имитировать штатные и нештатные ситуации работы многоядерной системы и ликвидировать или минимизировать информационные потери при цифровой согласованной фильтрации в реальном времени;

— внедрение разработанных программно-алгоритмических средств в PJ1C серии «ORWELL-R» ЛЦКБ.464412.001, предназначенных для круглосуточного наблюдения и охраны объектов показало, что они могут быть использованы на объектах военного и гражданского назначения (аэропорта, стоянки, гидро-, электростанции и др.).

Основные публикации по теме диссертации

(в 2006 году автор сменила фамилию с Колобаиова на Янакова)

1. Ю. Н. Александров, О.Н. Зинченко, Е.С. Колобанова. Цифровой охранный радиолокатор Ku-диапазона. //Вопросы радиоэлектроники, №2, 2006, с 115-126.

2. Колобанова Е.С. Алгоритм первичной обработки радиолокационного сигнала для стационарной радиолокационной станции. //12-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2005» : Тез. докл. - М., МИЭТ, 2005.-310с.

3. Колобанова Е.С. Моделирование голограммы радиолокационного сигнала движущейся цели. //13-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2006» : Тез. докл. - М., МИЭТ, 2006.-156с.

4. Ю.Н. Александров, A.C. Кучинский, О.Н.Зинченко, Е.С.Колобанова, Т.В. Солохона. Характеристики сигнальных контроллеров серии «Мультикор» по выполнению алгоритмов БПФ в реальном времени и их применение в радиолокации. //II Всероссийская научно-техническая конференция «Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем». Истра. ИППМ РАН. 2006. с 408-411.

5. Янакова Е.С. Оценка вычислительной эффективности алгоритмов одномерных и многомерных сверток применительно к сигнальным процессорам серии «Мультикор». //14-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2007»: Тез. докл. - М., МИЭТ, 2007.-284с.

6. Янакова Е.С. Эффективное применение методов многомерных сверток на сигнальных процессорах для сжатия радиолокационных импульсов. //6-я

международная конференция «Авиация и космонавтика-2007»: Тез. докл. - М.: МАИ, 2007.-53С.

7. Янакова Е.С. Перспективы использования гетерогенных многоядерных систем на кристалле для обработки радиолокационных сигналов. //Всероссийская межвузовская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры, технологий и систем 2007»: Тез. докл. - М., МИЭТ, 2007.-181с.

8. Янакова Е.С. Особенности применения многоядерных процессоров в многофункциональных PJ1C. // Всероссийская конференция молодых ученых и студентов «Информационные технологии в авиационной и космической технике-2008»: Тез. докл. - М.: МАИ, 2008.-57с.

9. Янакова Е.С. Формализация критерия эффективности алгоритмов обработки радиолокационных сигналов для процессоров серии «Мультикор». // Труды XXXIV Международной научной конференции «Гагаринские чтения». М.:МАТИ.2008.Том 4. с. 114-116.

10. Янакова Е.С. Особенности цифровой обработки сигналов на процессорах серии «Мультикор» в современных многофункциональных PJIC. //Ш Всероссийская научно-техническая конференция «Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем». Истра. ИППМ РАН. 2008. с 486-489.

11. Янакова Е.С. Многомерный подход в одномерных свертках для обработки радиолокационных сигналов на процессорах серии «Мультикор» //Вопросы радиоэлектроники, №3,2008. с.70-76.

12. Янакова Е.С. Метод подапертур и его применение для согласованной фильтрации широкополосных сигналов на гетерогенных СнК. //Всероссийская межвузовская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры, технологий и систем 2008»: Тез. докл. - М., МИЭТ, 2008.-161с.

13. Янакова Е.С. Разработка алгоритмов БПФ для гетерогенных сигнальных контроллеров серии «Мультикор». //Техника и технология, № 5. М.: Спутник-Плюс, 2008. с. 44-45.

14. Янакова Е.С. Секционный метод согласованной фильтрации для цифровой обработки длинных линейно частотно модулированных сигналов. //7-я международная конференция «Авиация и космонавтика-2008»: Тез. докл. - М.: МАИ, 2008. с.74-75.

15. Янакова Е.С. Методы аппроксимации тригонометрических преобразований согласованной фильтрации для гетерогенных «систем-на-кристалле». //16-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2009»: Тез. докл. - М., МИЭТ, 2009.-231с.

16. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ №2008613850 от 12 августа 2008г. Правообладатели: ЗАО «ЭЛВИИС». Авторы: Петричкович Я. Я., Сомиков В. П., Солохина Т.В., Никольский В. Ф., Крымов A.A., Янакова Е.С., Кучинский A.C.

Подписано в печать.

Заказ № . Уч.-изд. л. Тираж 100 экз. Формат 60484 1/16.

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ.

124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, д. 5, МИЭТ.

введение.

глава i . цифровые методы и алгоритмы согласованной фильтрации радиолокационных сигналов. архитектурные особенности гетерогенных систем на кристалле.

1.1. Особенности цифровой согласованной фильтрации сигналов.

1.2. Обзор методов и алгоритмов согласованной фильтрации ШПС.

1.3. Анализ вычислительной сложности алгоритмов согласованной фильтрации—

1.4. Анализ современных аппаратных решений для построения устройств ЦОС реального времени.

1.5. Анализ функциональных возможностей и архитектуры гетерогенных СнК для реализации алгоритмов согласованной фильтрации сигналов.

1.6. Анализ методов и алгоритмов СФ для организации последовательно-параллельной программной реализации на гетерогенных СнК. Цели и задачи диссертационной работы.

Выводы.

глава 2 . исследование и разработка цифровых согласованных фильтров для широкополосных сигналов.

2.1. Подход к построению цифрового согласованного фильтра.

2.2. Методы аппроксимации тригонометрических функций согласованной фильтрации и оценка точности для IP-ядер «ELcore-хх».

2.3. Расчет основания быстрых алгоритмов Фурье и Хартли для реализации на сигнальных процессорах.

2.4. Модификация алгоритмов СФ для J14M- и ФКМ- сигналов.

2.4.1.Модификация метода прямой свертки для ЛЧМ-сигналов: метод под апертур.

2.4.2.Модификация метода прямой свертки для ФКМ-сигналов: метод кодовых скользящих сумм.

2.5. Синтез алгоритмов согласованной фильтрации для построения фильтра произвольной длины.

2.6. Оценка эффективности методов и алгоритмов согласованной фильтрации для IP-ядер «ELcore-хх».".

Выводы.

глава 3 . формализация и разработка методов управления по следов ate лыюпараллельной согласованной фильтрации широкополосных сигналов в гетерогенных системах на кристалле.

3.1. Постановка задачи эффективного управления гетерогенной системой на кристалле для решения задач согласованной фильтрации в реальном времени.

3.2. Теоретико-множественная формализация задачи управления гетерогенными многоядерными системами реального времени.

3.3. Анализ методов конвейеризации и управления программно-аппаратной

СФ сигналов в параллельных вычислительных системах.

3.4. Разработка алгоритма конвейеризации СФ на уровне процессорных ядер.

3.5. Разработка модели приоритетного доступа к общим системным ресурсам.

3.6. Анализ требований к показателям производительности УСФ.

Выводы.

глава 4 . экспериментальная оценка эффективности разработанных методов и алгоритмов сф, анализ результатов внедрения.

4.1. Апробация и результаты внедрения.

4.2. Описание программно-аппаратной охранной радиолокационной системы KU-диапазона.

4.3. Практические аспекты формирования опорной функции СФ.

4.4. Разработка алгоритма адаптации метода подапертур к параметрам сигнала с увеличением быстродействия.

4.5. Результаты экспериментального исследования эффективности методов и алгоритмов управления СФ на гетерогенных СнК.

Выводы.

Диссертационная работа посвящена исследованию и решению алгоритмических и аппаратных задач цифровой обработки широкополосных сигналов на гетерогенных многоядерных системах на кристалле.

Актуальность проблемы

Одной из важнейших тенденций развития современной радиолокации является применение быстро развивающихся цифровых технологий в системах сигнальной обработки, реализованных на основе универсальных полностью программируемых вычислителей (процессорных элементов). Это связано, прежде всего, с известными преимуществами применения цифровых сигналов: высокой потенциальной помехоустойчивостью, возможностями оптимизации использования частотного спектра, перспективами применения в различных радиолокационных и информационных системах универсальных аппаратных и программных решений и т.д.

Одним из ключевых факторов развития в этом направлении выступает технологический прогресс. Как отмечалось в [1], «Растущая производительность микропроцессоров, появление мощных сигнальных процессоров, создание высокоэффективных методов компрессии и транспортировки информации - это только часть списка технологических инноваций, ведущих к ускорению развития сетевых технологий . к увеличению числа услуг связи и снижению их стоимости». Наиболее общую форму оценки прогресса в области микроэлектроники дает закон Мура [1, 2]: производительность интегральных схем, измеряемая операциями/сек, и объем памяти в единице площади удваиваются каждые 18 месяцев, а стоимость микросхем при этом уменьшается на 50 %.

Существующий уровень систем обработки сигналов, разработок микроэлектронной элементной базы очень высок, так как достижения таких лидеров в области средств обработки информации, как компании: Intel, Texas Instruments, Analog Devices обеспечивают практически любые потребности в обработке информации. В разработку теории и практики обработки сигналов и построения новых вычислительных систем существенный вклад внесли и российские ученые, например: В.А.Котельников, Ю.В.Гуляев, С.А.Лебедев, В.С.Бурцев, А.Я.Хетагуров, ЛН.Преснухин, А.И.Галушкин.

В создание новейших архитектур высокопроизводительных процессоров для обработки информации, сигналов и изображений, теории и практики использования процессоров, а также в области практической реализации новых процессоров в виде интегральных схем большой вклад внесли российские компании: ИТМ ВТ им. С.А.Лебедева, НИИСИ РАН, НТЦ «Модуль», ЗАО МЦСТ, ГУЛ НПЦ «ЭЛВИС» и труды таких ученых, как: В.Б.Бетелин, Б.А.Бабаян.

Однако, повышение интеграции микросхем, уменьшение технологических ограничений привело к возникновению новых классов процессоров и систем обработки информации, таких как: «системы на кристалле», «сети на кристалле», гетерогенные и гомогенные многоядерные процессоры. Технические и экономические свойства таких элементов обработки информации, как правило, исследованы недостаточно, либо известны только для относительно узких областей применения, для которых они создавались. Исследование системных свойств новейшего класса микроэлектронных изделий — многоядерных «систем на кристалле» позволяет получить принципиально новый подход к построению систем цифровой обработки радиолокационных сигналов, сочетающих новые функциональные свойства, технические и экономические преимущества по отношению к существующим на рынке системам.

Успешное воплощение перспектив развития микроэлектроники во многом базируется на достижениях цифровой обработки сигналов (ЦОС), призванной решать задачи приема, формирования, обработки и передачи информации в реальном масштабе времени [3]. Осуществление сложных алгоритмов ЦОС требует, в свою очередь, применения эффективных базовых алгоритмов ЦОС (фильтрации, спектрального анализа и синтеза сигналов), экономично использующих соответствующие технические ресурсы.

Привлекательность цифровой обработки сигнала обусловлена следующими преимуществами:

• Гарантированная точность. Точность определяется только числом задействованных битов. .

• Совершенная воспроизводимость. Можно идентично воспроизвести каждый элемент, поскольку отсутствуют отклонения, обусловленные устойчивостью отдельных составляющих.

• Отсутствуют искажения характеристик из-за температуры или старости.

• Полупроводниковые технологии позволяют повысить надежность, уменьшить размеры, снизить стоимость, понизить энергопотребление и увеличить скорость работы.

• Большая гибкость. Системы ЦОС можно запрограммировать и перепрограммировать на выполнение различных функций без изменения оборудования.

• Превосходная производительность. ЦОС можно использовать для выполнения функций, которые невозможны при аналоговой обработке сигналов.

В ЦОС есть и свои недостатки. Однако благодаря новым технологиям значение этих недостатков постоянно уменьшается.

• Скорость и затраты. Проекты ЦОС могут быть дорогими, особенно при большой ширине полосы сигнала. В настоящее время скоростные аналого-цифровые/цифро-аналоговые преобразователи либо слишком дорога, либо не обладают достаточным разрешением для большой ширины полосы.

• Время на разработку. Острая нехватка специалистов в этой области.

• Проблема конечной разрядности. В реальных ситуациях экономические соображения предписывают использовать в алгоритмах ЦОС ограниченное число битов. Если для представления переменной задействуется недостаточное число битов, в некоторых системах ЦОС это приведет к существенному снижению качества работы системы.

В редакционной программной статье [3] подробно рассмотрены этапы становления теории ЦОС, как научного направления, со своим собственным кругом проблем и задач и отмечено, что: «.В теории ЦОС основная задача традиционно формируется в достижении заданных технических требований к устройству при минимизации вычислительных и аппаратных затрат». Основная научная проблематика в области ЦОС заключена в разработке путей преодоления ограничений обусловленных имеющимися ресурсами: возможностями элементной базы, допустимой величиной программно-аппаратных затрат.

Теория цифровой обработки радиолокационных сигналов характеризуется многими научными достижениями. Вопросы передачи и обработки дискретных сигналов, включая построение эффективных алгоритмов обработки, рассматривались в работах М. Беланже, Б. Голда, А. Константинидеса, Г. Лэма, Дж. Макклелана, А. Оппенгейма, Т. Паркса, Л. Рабинера, А. Феттвейса, Р. Хемминга [4-7]. Заметный вклад в развитие ЦОС внесли отечественные ученые В.В. Витязев, Л.М. Гольденберг, В.П. Дворкович, В.Г. Карташевский, Д.Д. Кловский, А.А. Ланнэ, Б.Д. Митюшкин, А.И. Тяжев, Л.М. Финк [3, 8-10].

Публикация работ, посвященных глубокому исследованию отдельных способов сокращения сложности алгоритмов ЦОС [11-14], свидетельствует о насущной необходимости развития в этом направлении. Результаты новых исследований в данной области показывают [15-17], что они могут быть сгруппированы по следующим основным направлениям:

- исследование и синтез новых структурных схем ЦФ, обеспечивающих низкую чувствительность характеристик к изменениям коэффициентов ЦФ;

- разработка новых типов ЦФ, для реализации которых требуется выполнение уменьшенного объема арифметических операций;

- развитие новых методов аппроксимации, постановка и решение новых аппроксимационных задач.

Эффективная реализация ЦФ, требующая уменьшенной величины объема выполняемых арифметических операций, возможна не только за счет уменьшения чувствительности, но и за счет нового подхода к построению ЦФ. Поэтому задача синтеза эффективных алгоритмов и устройств цифровой фильтрации, базирующаяся на последних достижениях теории цифровой обработки сигналов, является весьма актуальной. Таким образом, в настоящее время существует актуальная научно-техническая проблема совершенствования алгоритмов ЦФ и исследования свойств новых цифровых систем на кристалле для обработки радиолокационных сигналов.

Исходя из анализа современных задач радиолокационных систем и аппаратных средств, для их реализации были сформулированы следующие цели и задачи работы.

Цель диссертационной работы - исследование и разработка методов и алгоритмов высокоскоростной согласованной фильтрации широкополосных сигналов в реальном времени на основе гетерогенных систем на кристалле, теоретическая и экспериментальная оценка производительности разработанных методов и алгоритмов СФ применительно к современным PJIC.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• исследовать современные методы и алгоритмы согласованной фильтрации для применения в радиолокационных системах реального времени;

• разработать алгоритмы согласованной фильтрации для сигналов с фазо-кодовой манипуляцией (ФКМ) и линейно-частотной модуляцией (JI4M) с минимальными временными задержками;

• разработать алгоритмы формирования опорной функции согласованного фильтра, исходя из особенностей формирования радиолокационного сигнала в цифровом синтезаторе сигнала и выполнения арифметических операций на вычислительных устройствах, для достижения наилучшего качества устройства согласованной фильтрации;

• разработать методы и алгоритмы программно-аппаратной конвейеризации согласованной фильтрации радиолокационных сигналов на уровне процессорных ядер в гетерогенных многоядерных системах на кристалле (СнК);

• разработать алгоритмы управления устройством согласованной фильтрации на основе гетерогенных многоядерных СнК.

Методы исследования

Теоретическое и практическое решения поставленных задач выполнены с применением методов цифровой обработки сигналов, методов дискретной математики, теории множеств, теории параллельных вычислительных систем, теории информационных систем, теории ошибок.

Научная новизна работы состоит в разработке и исследовании методов и алгоритмов согласованной фильтрации широкополосных сигналов, специально адаптированных к требованиям современных локаторов. При этом получены следующие новые научные результаты:

• предложен метод согласованной фильтрации линейно-частотно модулированных сигналов: метод подапертур, который на 85% эффективнее по быстродействию (количеству арифметических операций) и на 0.2дБ уступает по качественным характеристикам прямому методу согласованной фильтрации радиолокационных сигналов.

• предложен метод согласованной фильтрации радиолокационных сигналов с фазо-кодовой манипуляцией: метод кодовых скользящих сумм, который в Nh05 раз эффективнее прямого метода согласованной фильтрации (Nh -длина опорной функции фильтра).

• разработан алгоритм формирования опорной функции согласованного фильтра, учитывающий особенности формирования сигнала в цифровом синтезаторе и особенности вычисления тригонометрических функций на вычислительных ядрах, выполняющих арифметические операции с усечением мантиссы. Максимальная арифметическая ошибка для функции /(х) = sin(.x) на интервале [0,2тг] составляет 5.1 *10~8, качественные характеристики согласованного фильтра увеличились на 1.7дБ.

• предложен алгоритм конвейеризации согласованной фильтрации радиолокационных сигналов на уровне процессорных ядер с параллелизмом по SlMD-(Single Instruction Multiple Data - один поток инструкций, множественные потоки данных) MIMD-типам (Multiple Instruction Multiple Data множественные потоки инструкций, множественные потоки данных), позволяющий получить производительность 95% от теоретических возможностей вычислительного ядра в гетерогенных многоядерных СнК.

• в терминах сетей Петри разработана модель системы с приоритетным доступом к общим системным ресурсам, которая позволяет имитировать штатные и нештатные ситуации работы многоядерной системы и ликвидировать или минимизировать информационные потери при цифровой согласованной фильтрации радиолокационных сигналов в реальном времени.

Практическая значимость на основе исследований и разработок методов и алгоритмов согласованной фильтрации широкополосных сигналов заключается в следующих результатах:

- разработанное специализированное программное обеспечение на основе языков ассемблера и Си обеспечивает эффективное управление устройством согласованной фильтрации на основе гетерогенных СнК.

- прикладная библиотека элементарных функции в формате плавающей точки (стандарт IEEE 754) для IP-ядер «ELcore-хх» под названием «LibEMF» позволяет с высокой точностью вычислять тригонометрические, логарифмические, экспоненциальные функции.

- прикладная библиотека спектрального анализа действительных и комплексных сигналов в формате плавающей точки (стандарт ЕЕЕЕ 754) и блочной плавающей точки (fractional, I6+jl6) под названием «LibFFT» позволяет осуществлять спектральный анализ, свертку и корреляцию сигнала.

- разработанные программно-алгоритмические средства позволили создать на базе отечественной универсальной программируемой многоядерной архитектуры компоненты PJIC, осуществляющие согласованную фильтрацию сигналов в реальном времени с характеристиками производительности, соответствующими современным мировым требованиям.

- разработанные программно-алгоритмические средства внедрены в подсистему сигнальной обработки системы «ORWELL-R» на основе отечественных импортозамещающих СнК «Мультикор».

Анализ результатов внедрения показал, что современный уровень развития программируемых гетерогенных многоядерных систем на кристалле соответствует требованиям задач согласованной фильтрации широкополосных сигналов.

Достоверность результатов работы подтверждены теоретическими расчетами и моделированием, а также хорошей сходимостью теоретических оценок с результатами экспериментальных исследований и испытаний.

Внедрение результатов работы. С использованием проведенных в диссертации разработок была создана серия PJIC ЛЦКБ.464412.001 («ORWELL-R» s/n:080001 - 080010, 080013) на основе отечественной платформы проектирования i f систем на кристалле «Мультикор» (ГУП НПЦ «ЭЛВИС»), что подтверждено актами о внедрении соответствующих изделий на предприятии ГУП НПЦ «ЭЛВИС» г. Москва. Серия РЛС «ORWELL-R» предназначена для круглосуточного наблюдения и охраны объектов в угловом секторе обзора до 360° и на дальности до 1км. По результатам государственных испытаний РЛС рекомендована для оснащения объектов Минобороны России и подлежит принятию на снабжение Вооруженных Сил Российской Федерации. По результатам испытаний ОАО «Аэропорт Сургут» РЛС рекомендована для применения в системах обеспечения безопасности полётов, для обзора летного поля аэропортов и для создания автоматизированных систем безопасности в качестве системы обнаружения целей (человек, автомобиль, животное).

Новизна разработанного программного обеспечения зарегистрирована в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (РОСПАТЕНТ): свидетельство № 2008613850 от 12.08.2008. (см. приложение 4).

В рамках диссертационной работы лично автором были решены следующие задачи.

1. Предложен метод согласованной фильтрации линейно-частотно модулированных сигналов: метод подапертур, который на 85% эффективнее по быстродействию (количеству арифметических операций) и на 0.2дБ уступает по качественным характеристикам прямому методу согласованной фильтрации.

2. Предложен метод согласованной фильтрации фазо-кодоманипулированных сигналов: метод кодовых скользящих сумм, который в Nhos раз эффективнее прямого метода согласованной фильтрации (Nh-длина опорной функции фильтра).

3. Разработан алгоритм формирования опорной функции согласованного фильтра, учитывающий особенности формирования сигнала в цифровом синтезаторе сигнала и особенности вычисления тригонометрических функций на вычислительных ядрах, выполняющих арифметические операции с усечением мантиссы. Максимальная арифметическая ошибка для функции /(х) = sin(x) на интервале [0,2л] составляет 5.1*10"8, качественные характеристики согласованного фильтра увеличились на 1.7дБ.

4. Аналитически сформулирован критерий эффективного управления цифровой согласованной фильтрацией на основе гетерогенных многоядерных СнК.

5. Предложен алгоритм конвейеризации согласованной фильтрации на уровне процессорных ядер с параллелизмом по SIMD- МПУГО-типам, позволяющий получить производительность 95% от теоретических возможностей вычислительного ядра.

6. В терминах сетей Петри разработана модель системы с приоритетным доступом к общим системным ресурсам, которая позволяет имитировать штатные и нештатные ситуации работы многоядерной системы и ликвидировать или минимизировать информационные потери при цифровой согласованной фильтрации в реальном времени.

7. Проведено внедрение результатов исследования в охранную PJIC серии «ORWELL-R» на предприятии ГУП НПЦ «ЭЛВИС».

8. Автор участвовал в разработке программной, текстовой и конструкторской документации, а также непосредственно проводил инсталляционные и сопроводительные работы в местах эксплуатации созданных изделий.

На защиту выносятся:

1. метод согласованной фильтрации линейно-частотно модулированных сигналов: метод подапертур, который на 85% эффективнее по быстродействию (количеству арифметических операций) и на 0.2дБ уступает по качественным характеристикам прямому методу согласованной фильтрации радиолокационных сигналов;

2. метод согласованной фильтрации радиолокационных сигналов с фазо-кодовой манипуляцией: метод кодовых скользящих сумм, который в Nh0,5 раз эффективнее прямого метода согласованной фильтрации (Nh-длина опорной функции фильтра);

3. алгоритм формирования опорной функции согласованного фильтра, учитывающий особенности формирования сигнала в цифровом синтезаторе сигнала и особенности вычисления тригонометрических функций на вычислительных ядрах, выполняющих арифметические операции с усечением мантиссы. Максимальная арифметическая ошибка для функции /(х) = sin(,t) на интервале [0,2л] составляет 5.1*10 8, качественные характеристики согласованного фильтра увеличились на 1.7дБ;

4. алгоритм конвейеризации согласованной фильтрации на уровне процессорных ядер с параллелизмом по SIMD- и MIMD-типам, позволяющий получить производительность 95% от теоретических возможностей вычислительного ядра в гетерогенных многоядерных СнК;

5. модель системы с приоритетным доступом к общим системным ресурсам на основе сетей Петри, которая позволяет имитировать штатные и нештатные ситуации работы многоядерной системы и ликвидировать или минимизировать информационные потери при цифровой согласованной фильтрации радиолокационных сигналов в реальном времени;

6. результаты внедрения исследования на предприятии ГУЛ НПЦ «ЭЛВИС».

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: 12-й

Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2005», Москва, МИЭТ; 13-й

Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2006», Москва, МИЭТ; 2-ой

Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы разработки перспективных микроэлектронных систем-200б(МЭС-2006)», Истра, ИППМ РАН;

Международной конференции "Авиация и космонавтика-2007», Москва, МАИ; 14й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2007», Москва, МИЭТ;

Всероссийской межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры, технологий и систем 2007», Москва, МИЭТ; Всероссийской конференции молодых ученых и студентов «Информационные технологии в авиационной и космической» технике-2008», Москва, МАИ; Международной молодежной научной конференции

XXXIV "Гагаринские чтения", Москва, МАТИ; 3-ей Всероссийской научнотехнической конференции «Проблемы разработки перспективных микроэлектронных систем-2006(МЭС-2006)», Истра, ИППМ РАН; Всероссийской межвузовской конференции «Актуальные проблемы информатизации. Развитие

13 информационной инфраструктуры, технологий и систем», Москва, МИЭТ; Международной конференции "Авиация и космонавтика-2008», Москва, МАИ; 16-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2009».

По теме диссертации опубликовано 16 научных работ. Из них в ведущих рецензируемых журналах, входящих в перечень, утвержденный ВАК - 2, тезисов докладов всероссийских и международных конференций - 12, 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ (см. приложение 4). Без соавторов опубликовано 13 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Объем основного текста диссертации - 141 страницы. В работе содержится 63 рисунков и 19 таблиц. Список литературы содержит 102 наименований.

Выводы

• Разработана специализированная прикладная библиотека элементарных функций «LibEMF» на основе языка ассемблера, позволяющая выполнять тригонометрические функции для методов и алгоритмов согласованной фильтрации широкополосных сигналов и генерации опорных функций фильтров.

• Разработана прикладная библиотека спектрального анализа действительных и комплексных сигналов в формате плавающей точки (стандарт IEEE 754) и блочной плавающей точки (fractional, 16+jl6) под названием «LibFFT», позволяющая осуществлять спектральный анализ, свертку и корреляцию сигнала.

• Результаты экспериментальных исследований и испытаний показали, что пропускная способность согласованного фильтра для дальностно-допплеровской РЛС с дальностью действия 1000м на СнК 1892ВМ2Я составляет 72Мбит/с с загрузкой DSP-ядра на 62%, время обработки одного кадра составляет 308мкс, что больше теоретической оценки на 5%. Однако, несоответствие теоретическим расчетам объясняется не включением в расчеты этапа инициализации и преобразования форматов.

• Предложен алгоритм программного формирования опорной функции фильтра, где с максимальной точностью отражены цифровые аппаратные методы формирования сигнала в устройстве DDS, что позволяет на 1.7Д6 повысить уровень главного лепестка по отношению к боковым после выполнения СФ.

• Предложена модификация метода подапертур к параметрам сигнала системы «ORWELL-R», которая позволяет увеличить быстродействие СФ на 85% по сравнению с методом прямой свертки и на 17% по сравнению с алгоритмами СФ, основанными на быстром преобразовании Фурье. Качественные характеристики фильтра уменьшаются на 1.5%.

• Результаты экспериментального исследования эффективности методов и алгоритмов управления СФ на гетерогенных многоядерных СнК полностью соответствуют закону Амдала о предельных значениях ускорения при параллельной реализации алгоритмов обработки данных. Загруженность вычислительных ядер при параллельной обработке составляет 82-95%.

• Представленный в работе подход к построению УСФ на основе гетерогенных многоядерных СнК, а также разработанные программно-алгоритмические средства высокоскоростной обработки сигналов и управления были реализованы в УСФ охранной радиолокационной системы «ORWELL-R». РЛС рекомендована для применения в качестве автоматизированной системы безопасности для обнаружения целей (человек, автомобиль, животное) в аэропортах, на стоянках, на военных объектах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе изложен комплекс научно обоснованных методов и алгоритмов, направленных на решение современных задач согласованной фильтрации широкополосных сигналов. Разработаны новые программно-алгоритмические средства для управления и высокоскоростной согласованной фильтрации широкополосных сигналов на гетерогенных многоядерных СнК. Совокупность разработанных алгоритмов, методов, предложенной архитектуры ПО направлена на развитие современных вычислительных систем, а также средств обработки радиолокационных сигналов.

Наиболее значимые результаты работы состоят в следующем: предложен метод согласованной фильтрации ЛЧМ-сигналов: метод подапертур, который на 85% эффективнее по быстродействию (количеству арифметических операций) и на 0.2дБ уступает по качественным характеристикам прямому методу согласованной фильтрации радиолокационных сигналов; предложен метод согласованной фильтрации ФКМ-сигналов: метод кодовых скользящих сумм, который в Nhos раз эффективнее прямого метода согласованной фильтрации (Nh -длина опорной функции фильтра); разработан алгоритм формирования опорной функции согласованного фильтра, учитывающий особенности формирования сигнала в цифровом синтезаторе и особенности вычисления тригонометрических функций на вычислительных ядрах, выполняющих арифметические операции с усечением мантиссы. Максимальная арифметическая ошибка для функции f(x)=sin(x) на интервале [0,27г] составляет 5.1* 10"8, качественные характеристики согласованного фильтра увеличились на 1.7дБ; обосновано построение УСФ радиолокационных сигналов на базе гетерогенных многоядерных систем на кристалле, аналитически сформулирован критерий эффективного управления цифровой согласованной фильтрацией на основе гетерогенных СнК в виде минимизации времени простоев вычислительных ядер при минимизации общего числа заданий обработки; предложен алгоритм конвейеризации согласованной фильтрации на уровне процессорных ядер с параллелизмом по SIMD- MIMD-типам, позволяющий получить производительность 95% от теоретических возможностей вычислительного ядра; в терминах сетей Петри разработана модель системы с приоритетным доступом к общим системным ресурсам, которая позволяет имитировать штатные и нештатные ситуации работы многоядерной системы и ликвидировать или минимизировать информационные потери при цифровой согласованной фильтрации радиолокационных сигналов в реальном времени; внедрение разработанных программно-алгоритмических средств в РЛС серии «ORWELL-R» ЛЦКБ.464412.001, предназначенных для круглосуточного наблюдения и охраны объектов показало, что они могут быть использованы на объектах военного и гражданского назначения (аэропорта, стоянки, гидро-, электростанции и др.).

1. Концепция развития отрасли «Связь и информатизация» Российской Федерации. / Под ред. Л.Д. Реймана и Л.Е. Варакина М. MAC, 2001 г. 340 с.

2. Кох Р., Яновский Г.Г. Эволюция и конвергенция в электросвязи. М: Радио и связь 2001 г. 280с.

3. Зубарев Ю.Б., Витязев В.В., Дворкович В.П. Цифровая обработка сигналов -информатика реального времени. Цифровая обработка сигналов. №1, 1999г., с.5-17.

4. Хемминг Р.И. Цифровые фильтры: Пер. с англ./Под ред. A.M. Трахтмана. М.: «Советское радио», 1980. 224с.

5. Дж. Г. Макклелан, Ч.М. Рейдер. Применение теории чисел в цифровой обработке сигналов: Пер. с англ./Под ред. Ю.И. Манина. М.: «Радио и связь», 1983. 264с.

6. А.В. Оппенгейм, Р.В. Шафер. Цифровая обработка сигналов: Пер. с англ./Под ред. С.Я.Шаца. М.: «Связь», 1979. 416с.

7. Рабинер Л., Голд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов./Под редакцией Ю.Н.Александрова- М.: Мир 1978 г. 848 с.

8. Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов: Справочник. -М.: Радио и связь 1985 г. 312 с.

9. Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов: учебное пособие для вузов. М.: «Радио и связь», 1990. 252с.

10. Ю.В.В.Витязев. Цифровая частотная селекция сигналов.- М.: Радио и связь, 1993. 240с.

11. Н.Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. М.: «Мир», 1989. 448с.

12. J. Johnson, R. W. Johnson, D. Rodriguez, and R. Tolimieri, A methodology for designing, modifying, and implementing Fourier transform algorithms on various architectures // Circuits, Systems and Signal Processing, Vol. 9, No. 4, 1990, pp. 449-500.

13. S. Winograd, On computing the discrete Fourier transform // Math. Comput., Vol. 32, jan. 1978, pp. 175-199.

14. М.Лезин Ю.С. Оптимальные фильтры и накопители импульсных сигналов. М.: Сов. Радио, 1969. 448с.

15. Пяткин А.К. Синтез вычислительных ядер цифровой согласованной фильтрации радиолокационных сигналов на современной элементной базе. Дисс. кандидата техн. наук, Москва, 2003. 109с.

16. Eyre J., Bier J. The Evolution of DSP Processor/ IEEE Signal Processing magazine, 2000, March.19.0лссон Г., Пиани Д. Цифровые системы автоматизации и управления. СПб.: «Невский Диалект», 2001. 556с.

17. С.З. Кузьмин. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. М.: Радио и связь, 1986. 352 с.

18. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокационные сигналы. Теория и применение. М.: Сов. радио, 1971. 568с.

19. Агеев Д.В. Новый метод многоканального телеграфирования: Дисс. доктора техн. наук. 1940.

20. Л.Е. Варакин. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: «Радио и связь», 1985. 384с.

21. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: «Радио и связь», 1986. 513с.

22. Бобров Д.Ю, Доброжанский А.П., Зайцев Г.В., Маликов Ю.В., Цыпин И.Б. Цифровая обработка сигналов в многофункциональных РЛС. Часть 1 // Цифровая обработка сигналов, 2001. №4.

23. Бобров Д.Ю, Доброжанский А.П., Зайцев Г.В., Маликов Ю.В., Цыпин И.Б. Цифровая обработка сигналов в многофункциональных РЛС. Часть 2 // Цифровая обработка сигналов, 2002. №1.

24. Бобров Д.Ю, Доброжанский А.П., Зайцев Г.В., Маликов Ю.В., Цыпин И.Б. Цифровая обработка сигналов в многофункциональных РЛС. Часть 3 // Цифровая обработка сигналов, 2002. №2.

25. Введение в цифровую фильтрацию. // Под ред. Р. Богнера и А. Константинидиса. М.: Мир, 1976г. 216с.

26. А.Б. Сергиенко. Цифровая обработка сигналов. СПб.: Питер, 2002 (608с.).

27. Оппенгейм А., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов. Изд. 2-е, испр. М.: «Техносфера», 2007. 856с.

28. J. W. Cooley and J. W. Tukey, An algorithm for the machine calculation of complex Fourier series // Math. Comput., Vol. 19, No. 90, 1965, pp. 297-301.

29. Марпл С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1990. 584с.

30. Henri J. Nussbaumer. Fast Fuorier Transform and Convolution Algorithms. Second Corrected and Updated Edition.Spring-Verlag Berlin Heidelberg 1981 and 1982.

31. Садыхов P.X., Чеголин П.М., Шмерко В.П. Методы и средства обработки сигналов в дискретных базисах. — Минск: Паука и техника, 1987. 296с.

32. С.Л.Злобин, А.Я.Стальной, «Матричный рекуррентный алгоритм быстрого преобразования Хартли с естественным порядком адресации входной и выходной информации». Радиотехника, № 4, апрель 2000 г.

33. Брейсуэлл Р. Преобразование Хартли: Пер с англ. М.: «Мир», 1990. 175с.

34. Б.Голд, Ч. Рейдер. Цифровая обработка сигналов с приложением работы Д.Кайзера «Цифровые фильтры»: пер. в англ. Под редакцией A.M. Трахтмана. М.: «Советскоерадио», 1973. 367с.

35. Янакова Е.С. Многомерный подход в одномерных свертках для обработки радиолокационных сигналов на процессорах серии «Мультикор» //Вопросы радиоэлектроники, №, 2008. с.70-76.

36. Глухих М. И. Разработка методов синтеза информационно-управляющих систем специального назначения со структурным резервированием. Дисс. канд. техн. наук, Санкт-Петербург. 2006 г.

37. ГОСТ 14254-96. Степени защиты, обеспечиваемые оболочками.

38. Петричкович Я.Я. Электронные системы обеспечения безопасности на основе интегральных интеллектуальных датчиков. Дисс. доктора техн. наук, Москва, 2006. 359 с.

39. ИзерманР. Цифровые системы управление. М.: Мир, 1984. 530с.

40. П.Г. Круг. Процессоры цифровой обработки сигналов: Учебное пособие. М.: Издательство МЭИ, 2001. 128с.

41. Страуструп Б. Язык Си++. 5-е издание, 2005 г. М.:БИНОМ. 1098с.46. http://gcc.gnu.org/47. http://www.ti.com/48. http://www.analog.com/49. «Микросхема интегральная 1892ВМЗТ. Руководство пользователя», ГУП НПЦ «ЭЛВИС», Москва, 2005г.

42. DSP-ядро ELcore-x4. Система инструкций. ГУП НПЦ «ЭЛВИС», Москва. 2006г.51. «Микросхема интегральная 1892ВМЗТ. Руководство пользователя», ГУП НПЦ «ЭЛВИС», Москва, 2005г.52. http://multicore.ru/

43. Гергель В.П. Теория и практика параллельных вычислений. М.: БИНОМ. 2007г. 424с.

44. Валях Е. Последовательно-параллельные вычисления. М.: Мир, 1985. 456 с.

45. Proakis P.G., Manolakis D.G. Digital signal processing: principles, algorithms, and applications, N. J., Prentice-Hall, 1996.

46. Гольденберг Л.М., Левчук Ю.П., Поляк М.П. Цифровые фильтры. М.: Связь, 1974. 160с.

47. Don Morgan. A DSP for Every Application/Embedded Systems Programming (magazine). Vol. 12, 1999, №4, April.

48. Дубовик A.E. Методы и алгоритмы диспетчеризации вычислений с динамически изменяющимися приоритетами. Дисс. канд. техн. наук. Москва, 2004. 123 с.

49. Штойер Р. Многокритериальная оптимизация. Теория, вычисления и приложения: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1992. 504с.

50. Седельников М.С. Методы и алгоритмы организации функционирования распределенных вычислительных систем в мультипрограммных режимах. Дисс. канд. техн. наук. Новосибирск, 2005. 143с.

51. Amdahl G.M. Validity of single-processor approach to achieving large-scale computing capability. In: Proceedings of AFIPS Conference, Reston, VA, 1967. p. 483-485.

52. Кузьмин С.З. Цифровая обработка радиолокационной информации. М.: Сов. радио, 1967. 400с.

53. Мизин И.А., Матвеев А.А. Цифровые фильтры. М.: Связь, 1979. 240с.

54. Богнер Р., Константинидис А. Введение в цифровую фильтрацию. М.: Мир, 1976. 212с.

55. В.В. Вычислительная математика и структура алгоритмов. М.: Издательство МГУ, 2006. 112с.

56. Слока В.К. Вопросы обработки радиолокационных сигналов. — М.:Сов. Радио, 1970. 259с.

57. Welch P.D. A Fixed Point Fast Fourier Transform Error Analysis // IEEE Trans. Audio and Electroacoustics, AU-17. №2.

58. Ширман Я. Д., Манжос В. Н. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М: Радио и связь, 1981. 416с.

59. IEEE 754-2008 Standard for Floating-Point Arithmetic.

60. Теслер Г.С. Интенсификация процессов вычислений // Математичш машини i системи. 1999. № 2. с. 25 - 37.

61. Г. Ш. Рубинштейн, Общее решение конечной системы линейных неравенств// УМН, 9:2(60) 1954. с. 171-177.

62. Е. Я. Ремез, "О средних степенных приближениях и приближениях по принципу наименьших квадратов", Матем. сб., 9(51):2 (1941), с.437-450.

63. М.Я.Выгодский. Справочник по высшей математике. М.: «Большая медведица», 2000. 864с.

64. Б.А. Попов, Г.С, Теслер. Вычисление функций на ЭВМ. Справочник. Киев: Наукова думка, 1984. 598с.

65. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Наука, ГРМФЛ, 1988. 552с.

66. Карташев В.Г. Основы теории дискретных сигналов и цифровых фильтров. М.: Высшая школа, 1982. 109с.

67. Маймоленко С.Н. Разработка и исследование средств организации функционирования распределенных вычислительных систем и сетей. Дисс. канд. техн. наук. Новосибирск, 2004. 140с.

68. Янакова Е.С. Формализация критерия эффективности алгоритмов обработки радиолокационных сигналов для процессоров серии «Мультикор». // Труды XXXIV Международной научной конференции «Гагаринские чтения».М. :МАТИ.2008.Том 4. с. 114-116.

69. Programmable digital signal processors: architecture, programming, and applications. edited by Yu Hen Hu. - NY.: Marcel Dekker, Inc. 2002. 430p.

70. B.M. Амербаев, А. Л. Стемпковский, Г.Э. Широ. Быстродействующий согласованный фильтр, поостренный по модулярному принципу. -Информационные технологии. 2004г.№9 стр. 5-12.

71. Philip Lapsley, Jeff Bier, Amit Shoham, Edward A. Lee. DSP Processor Fundamentals, Architecture and Features. New York: IEEE Press, 1997.

72. Лоусон Ч., Хенсон P. Численное решение задач метода наименьших квадратов. М.: Наука, ГРФМЛ, 1986 . 230с.83.0ртега Дж. Введение в параллельные и векторные методы решения линейных систем. М.: Мир, 1991. 367с.

73. Г.Буч, Д.Рамбо, А. Джекобсон. Язык UML. Руководство пользователя.СПб.: Питер, 2004. 432с.

74. Кулагин В.П. Моделирование структур параллельных вычислительных систем на основе сетевых моделей (учебное пособие). М.: МГИЭМ, 1998. 100 с.

75. Котов В.Е. Сети Петри. М.: Наука, 1984 г, 160с.

76. Philip Lapsley, Jeff Bier, Amit Shoham, Edward A. Lee. DSP Processor Fundamentals, Architecture and Features. New York: IEEE Press, 1997.

77. Лукошкин А.П. Каринский C.C. Шаталов A.A и др. Обработка сигналов в многоканальных РЛС. М.: Радио и связь, 1983. 328с.

78. Rabiner, L. R.: "On the Use of Autocorrelation Analysis for Pitch Detection", IEEE Trans. Acoust., Speech and Signal Processing, vol. ASSP-25, pp. 24-33, Feb. 1977.

79. Ю. H. Александров, O.H. Зинченко, E.C. Колобанова. Цифровой охранный радиолокатор Ku-диапазона. //Вопросы радиоэлектроники, №2, 2006, с 115-126.

80. Колобанова Е.С. Моделирование голограммы радиолокационного сигнала движущейся цели. //13-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2006» : Тез. докл. -М., МИЭТ, 2006. 156с.

81. Янакова Е.С. Эффективное применение методов многомерных сверток на сигнальных процессорах для сжатия радиолокационных импульсов. //6-ямеждународная конференция "Авиация и космонавтика-2007» »: Тез. докл. -М.: МАИ, 2007. 53с.

82. Янакова Е.С. Особенности применения многоядерных процессоров в многофункциональных РЛС. // Всероссийская конференция молодых ученых и студентов «Информационные технологии в авиационной и космической технике-2008». »: Тез. докл. М.: МАИ, 2008.

83. Янакова Е.С. Разработка алгоритмов БПФ для гетерогенных сигнальных контроллеров серии «Мультикор». //Техника и технология, № 5. М.: Спутник-Плюс, 2008. с. 44-45.

84. Янакова Е.С. Секционный метод согласованной фильтрации для цифровой обработки длинных линейно частотно модулированных сигналов. //7-я международная конференция "Авиация и космонавтика-2008» »: Тез. докл. -М.: МАИ, 2008. с.74-75.