Илья Владимирович Пешков, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры агроинженерии, мехатронных и радиоэлектронных систем,  Елецкий государственный университет имени И. А. Бунина (Россия, Липецкая обл., г. Елец, ул. Коммунаров, 28) E-mail: ilvpeshkov@gmail.com
Владимир Александрович Жигулин, аспирант, Елецкий государственный университет имени И. А. Бунина (Россия, Липецкая обл., г. Елец, ул. Коммунаров, 28) E-mail: obi4n@yandex.ru
Наталия Александровна Фортунова, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой агроинженерии, мехатронных и радиоэлектронных систем, Елецкий государственный университет имени И. А. Бунина (Россия, Липецкая обл., г. Елец, ул. Коммунаров, 28) E-mail: fortunova.nata@mail.ru

Аннотация

Актуальность и цели. Одним из передовых направлений развития систем пеленгации является применение цифровых антенных решеток и алгоритмов со сверхразрешением. Задача реализации на программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) системы калибровки эффекта взаимного влияния и интеграции ее в общий вычислительный блок пеленгатора слабо освещена в литературе и является актуальной. Цель данной работы – создание модели цифрового блока пеленгатора на базе ПЛИС, а также интеграция в полученную систему блока калибровки эффекта взаимного влияния. Материалы и методы. Представлены общие принципы работы алгоритмов пеленгации. Рассмотрен эффект взаимного влияния элементов антенных решеток, а также приведена методика учета эффекта при моделировании принимаемого сигнала. Также рассмотрен метод калибровки взаимного влияния по принципу «восстановления» диаграмм направленности. Разработка модели осуществлялась по совмещенному программно-аппаратному методу. Подготовка осуществлялась в среде Simulink, обмен данными между компьютером и отладочной платой осуществлялся за счет технологии FPGA-in-the-loop. Результаты. Разработана совмещенная аппаратно-программная модель цифрового блока пеленгатора с калибровкой. Для оценки их работы было проведено сравнение полностью программных и совмещенных моделей. Испытания проводились в несколько циклов при разных начальных условиях. Были получены графики псевдоспектров для обеих разработанных моделей, согласно которым определялась корректность работы систем. Был изучен сгенерированный HDL-код. Проведена оценка потребляемых ресурсов микросхемы ПЛИС. Выводы. Полученные результаты демонстрируют корректность работы полученных аппаратно-программных моделей, а также свидетельствуют об эффективности примененного метода калибровки – на графиках наблюдается увеличение разрешающей способности алгоритмов пеленгации. Это улучшение сохраняется при разных углах прихода сигнала и при изменении отношения сигнал/шум (ОСШ). Выигрыш в разрешающей способности при значениях ОСШ не меньше 20 дБ составляет от 3 до 10 дБ. Проводится анализ подхода к построению вычислительного блока. Предлагается способ уменьшения потребления ресурсов ПЛИС за счет применения параллельно-последовательной структуры.

Ключевые слова

цифровые алгоритмы пеленгации, взаимное влияние антенных элементов, цифровые антенные решетки, ПЛИС, калибровка взаимного влияния

 Скачать статью в формате PDF

Для цитирования:

Пешков И. В., Жигулин В. А., Фортунова Н. А. Разработка аппаратно-программной модели пеленгатора с системой калибровки взаимного влияния на базе ПЛИС // Надежность и качество сложных систем. 2024. № 4. С. 41–56. doi: 10.21685/2307-4205-2024-4-5