суббота, 20 сентября 2014 г.

Формирователь ФКМ сигнала (Баркера) на ПЛИС

В такой области как радиолокация, использование сложных сигналов вроде ЛЧМ или фазо-кодо-манипулированных последовательностей (ФКМ) является классикой. Одним из типичных ФКМ, пожалуй, можно назвать - код Баркера, примечательный тем, что его автокорреляционная функция имеет минимальный уровень боковых лепестков, что положительно сказывается на результатах обнаружения полезного сигнала на фоне помех и, конечно же, точности определения координат цели. Последовательность Баркера в математике — это числовая последовательность, где каждый элемент равен +1 или -1. Сам код может быть 2-х, 3-х, 4-х, 5-ти, 7-ми, 11-ти и 13-ти позиционным.

Краткий экскурс...

Сегодня мы с вами сформируем на ПЛИС псевдо-радиосигнал на основе самого длинного из ФКМ: 13-ти позиционного прямого кода Баркера: 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1. Как? Достаточно просто. Пусть мы имеем сигнал с тактового генератора, частота которого равна промежуточной частоте канала обработки (АЦП, с переносом или без переноса спектра, не будем вдаваться в подробности) или отличается от нее некоторую величину (количество дискретов), что выражается известным эффектом Допплера (сдвигом частоты). Но не суть. Каждая позиция в последовательности Баркера будет иметь заданную длительность (минимальное количество дискретов, тактов генератора). Положительное значение позиции (+1) будем задавать прямой фазой тактовых импульсов с генератора, а отрицательное (-1) в противофазе. Таким образом, вся последовательность будет представлять собой нарезки импульсов сигнала тактовой частоты и заданной длительности. Для имитации же конечного радиосигнала, т.е. дальнейшей подачи его на вход АЦП, достаточно на соответствующий сконфигурированный выход ПЛИС навесить обычный резистивный делитель напряжения и далее нагрузить на коаксиальный кабель. Делитель будет ослаблять логические уровни до допустимого уровня по входу канала приема-обработки, а емкость коаксиала будет своего рода сглаживающим фильтром. Рассмотрим подробнее...

Структурно основной модуль 'FK-BARKER' (см. схему) включает следующие блоки:
  1. Генератор заданной длительности позиции в последовательности Баркера - NTI.
  2. Триггер-защелка на D-триггере.
  3. Схема задержки начала выдачи последовательности Баркера.
  4. Формирователь кодограммы на счетчике и умножителях.
  5. Смеситель сигнала тактовой частоты на '2-И'.
  6. Формирователь фазы тактов (обычные инверторы).


ОПИСАНИЕ РАБОТЫ

По приходу импульса запуска IZ положительной полярности защелкивается триггер, разрешающий счет тактовых импульсов схемой задержки начала выдачи Баркера. Схема задержки начала выдачи последовательности Баркера осуществляет сдвиг начала кодограммы от импульса запуска на заданный интервал, и реализована на классическом счетчике и Flip-Flop триггере c асинхронным сбросом. По срабатыванию триггера дается разрешение на работу формирователя кодограммы, который формирует длительность каждого импульса (бита) в кодограмме по приходу (фронту) тактовых импульсов NTI. Период тактовых импульсов NTI подобран в расчете на длительность одной позиции в коде Баркера равной 834 ns, и привязан по сбросу к сигналу запуска IZ для синхронности.

Формирователь кодограммы представляет собой не что иное, как преобразователь параллельного кода в последовательный. Принцип работы данного преобразователя очень прост - по заданной комбинации со счетчика производится логическое умножение заданного кода на заданный сигнал (единичный бит), т.е. для каждого из 0...12 битов задана соответствующая комбинация кода со счетчика, далее все сигналы складываются по ИЛИ. Таким образом, для каждого момента времени на выходе схемы сложения будет присутствовать "свой бит" из параллельного кода. Фраза "свой бит" в кавычках потому, что на самом деле на смеситель подается сфазированный или расфазированный сигнал тактовой частоты согласно 13-позиционного кода Баркера. Для того, чтобы в остальные моменты времени за пределами начала и конца кодограммы на выходе формирователя кодограммы присутствовал нулевой уровень, разрешение прохождения реализуется схемой "И" по разрешению счета с выхода макроблока DIV-SUM. По коду 13 = 00001101 схемой дешифратора по "И" формируется общий сброс всех макроблоков и счетчика для окончания (запрета) кодограммы, и перекидывающий триггер в начальное состояние до прихода следующего импульса запуска. Для переключения между прямым 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 и обратным 13-ти позиционным кодом Баркера 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 использованы буферники BUFT, с возможностью перевода в Z-состояние, коммутирующие фазу по 1,3,7 и 5,9 и 11 битам последовательности.

Видеодемонстрация


ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ
  1. Для уменьшения влияния помех трассировка печатной платы должна выполняться с одним сплошным слоем металлизации. Все незадействованные пользовательские пины I/O посажены внутри ПЛИС на землю и сконфигурированы как входы.
  2. Все счетчики и триггеры асинхронные.
Визуализация и анализ дампа FCM с цифрового осциллографа Tektronix MSO-4052 (бенчмарк)


Прием БАРКЕРА (выход АЦП, зафиксирован как пролаз из-за недостаточной развязки каналов)


Комментариев нет:

Отправить комментарий

В комментариях уважайте собеседника, внимательно читайте посты и не додумывайте. Просьбы и предложения из разряда: «можно ваш Skype/Viber/телефон», «напишите мне в vk/FB», а также другие им подобные — игнорируются. Выход новых версий ПО, внешняя ссылка, переставшая работать с течением времени и т.п. не является основанием для претензий. Желающие спокойно подискутировать и высказаться — Welcome. Желающие спонсировать блог — Donate. Нарушение этих простых правил ведет к бану и удалению комментариев без предупреждения.