Реализация комплексной цифровой системы ФАПЧ для фазового детектирования в программно определяемом радаре

Автор(и)

  • Амритакар Мандал журнал "Известия вузов. Радиоэлектроника", Індія https://orcid.org/0000-0002-4696-9437
  • Раджеш Мишра Университет Гаутамма Будды, Індія
  • М. Р. Нагар Университет Гаутамма Будды, Індія

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347016040014

Ключові слова:

программно определяемый радар, SDR, цифровая фазовая автоподстройка частоты, ФАПЧ, алгоритм CORDIC, фильтр BOXCAR, демодуляция

Анотація

Программно определяемый радар SDR (software defined radar) представляет собой новейшее направление в разработке расширенных методик обработки сигнала радара для современных радиолокационных систем. SDR обеспечивает высокую гибкость перестройки структуры и быстрое макетирование на платформе FPGA (программируемая логическая интегральная схема, ПЛИС). Для осуществления обработки данных в реальном времени быстродействующего радара используется цифровой компьютер координационного вращения CORDIC (COordinate Rotation Digital Computer) в качестве основного процессорного элемента в комплексной цифровой системе фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) для цифровой демодуляции принятого сигнала. Поскольку системы реального времени работают с высокими частотами дискретизации, выбрана конвейерная архитектура процессорного элемента CORDIC для обеспечения высокой скорости обработки (пропускной способности). Эта архитектура оптимизирована в отношении битовой длины для лучшей сходимости и повышения качества работы контура комплексной ФАПЧ первого порядка во время демодуляции. Узкополосный фильтр типа BOXCAR использован в качестве фильтра нижних частот в выходном каскаде детектора для улучшения извлечения информации из узких выборок при малой энергии сигнала без необходимости дополнительных затрат аппаратных средств. Приведены результаты моделирования в среде MATLAB для демонстрации эффективности этой конструкции интегральной схемы применительно к фазовому детектированию в радаре.

Посилання

High resolution software defined radar system for target detection / Sandra Costanzo, Francesco Spadafora, Antonio Borgia, Oswaldo Hugo Moreno, Antonio Costanzo, Giuseppe Di Massa // Advances in Information Systems and Tech. — 2013. — Vol. 206. — P. 997–1005. — DOI : http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-36981-0_94.

Software defined radar platform testbed for micro-Doppler detection / In-Sang Woo, Jung-Soo Jung, Myeong-Seok Park, Young-Kil Kwag // Synthetic Aperture Radar : IEEE 5th Asia-Pacific Conf. APSAR, 1–4 Sept. 2015, Singapore : proc. — IEEE, 2015. — P. 50–53. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/APSAR.2015.7306152.

Glance B. Digital phase demodulator / Bernard Glance // Bell System Tech. J. — Mar. 1971. — Vol. 50, No. 3. — P. 933–949. — DOI : http://dx.doi.org/10.1002/j.1538-7305.1971.tb01890.x.

Kelly C. The digital phase-locked loop as a near-optimum FM demodulator / C. Kelly, S. Gupta // IEEE Trans. Commun. — Jun. 1972. — Vol. 20, No. 3. — P. 406–411. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/TCOM.1972.1091166.

SQNR estimation of fixed-point DSP algorithms / Gabriel Caffarena, Carlos Carreras, Juan A. Lуpez, Бngel Fernбndez // EURASIP J. Advances Signal Process. — 2010. — DOI : http://dx.doi.org/10.1155/2010/171027.

Volder J. E. The CORDIC trigonometric computing technique / Jack E. Volder // IRE Trans. Electronic Computers. — 1959. — Vol. EC-8, No. 3. — P. 330–334. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/TEC.1959.5222693.

Hu Y. H. CORDIC-based VLSI architectures for digital signal processing / Y. H. Hu // IEEE Signal Processing Mag. — Jul. 1992. — Vol. 9, No. 3. — P. 16–35. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/79.143467.

The use of CORDIC in software defined radios: a tutorial / J. Valls, T. Sansaloni, A. Perez-Pascual, V. Torres, V. Almenar // IEEE Commun. Magazine. — Sept. 2006. — Vol. 44, No. 9. — P. 46–50. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/79.143467.

Hatai I. A new high-performance digital FM modulator and demodulator for software-defined radio and its FPGA implementation / Indranil Hatai, Indrajit Chakrabarti // Int. J. Reconfigurable Computing. — 2011. — Vol. 2011, No. 2. — P. 1–10. — DOI : http://dx.doi.org/10.1155/2011/342532.

Zhang H. Software-defined six-port radar technique for precision range measurements / Hui Zhang, Lin Li, Ke Wu // IEEE Sensors J. — Oct. 2008. — Vol. 8, No. 10. — P. 1745–1751. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/JSEN.2008.2003304.

Post correction of pipelined analog-digital converters based on input-dependent integral nonlinearity modeling / S. Medawar, P. Handel, N. Bjorsell, M. Jansson // IEEE Trans. Instrum., Meas. — Oct. 2011. — Vol. 60, No. 10. — P. 3342–3350. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/TIM.2011.2126870.

Farina A. Effect of ADC and receiver saturation on adaptive spatial filtering of directional interference / A. Farina, L. Ortenzi // Signal Processing. — May 2003. — Vol. 83, No. 5. — P. 1065–1078. — DOI : http://dx.doi.org/10.1016/S0165-1684(02)00507-8.

Liu Y. A modified CORDIC FPGA implementation for wave generation / Yidong Liu, Lihang Fan, Tieying Ma // Circuits, Syst. Signal Process. — 2014. — Vol. 33, No. 1. — P. 321–329. — DOI : http://dx.doi.org/10.1007/s00034-013-9638-8.

Mandal A. Design of complex non-linear adaptive equalizer in mitigating severe intersymbol interferences / A. Mandal, R. Mishra // J. Signal Processing Systems. — 2015. — P. 1–12. — DOI : http://dx.doi.org/10.1007/s11265-015-1047-8.

Mandal A. FPGA implementation of pipelined CORDIC for digital demodulation in FMCW radar / Amritakar Mandal, Rajesh Mishra // Infocommunications J. — 2013. — Vol. 5, No. 2. — P. 17–23. — URL : http://www.infocommunications.hu/documents/169298/393371/2013_2_3_Mandal.pdf.

Hu Y. H. The quantization effects of the CORDIC algorithm / Y. H. Hu // IEEE Trans. Signal Processing. — Apr. 1992. — Vol. 40, No. 4. — P. 834–844. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/78.127956.

Sung T.-Y. Fixed-point error analysis of CORDIC arithmetic for special-purpose signal processor / Tze-Yun Sung, Hsi-Chin Hsin // IEICE Trans. Fund. Elec., Commun. Computer Sci. — 2007. — Vol. E90-A, No. 9. — P. 2006–2013. — URL : http://search.ieice.org/bin/summary.php?id=e90-a_9_2006&category=A&year=2007&lang=E&abst=.

Karimi-Ghartemani M. A magnitude/phase- locked loop system based on estimation of frequency and in-phase/quadrature-phase amplitudes / M. Karimi-Ghartemani, H. Karimi, M. R. Iravani // IEEE Trans. Ind. Electron. — Apr. 2004. — Vol. 51, No. 2. — P. 511–517. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/TIE.2004.825282.

Нахмансон Г. С. Обнаружение фазоманипулированных сигналов с плавным изменением фазы при приеме на фоне шума / Г. С. Нахмансон, А. В. Суслин // Известия вузов. Радиоэлектроника. — 2012. — Т. 55, № 1. — С. 55–60. — Режим доступа : http://radio.kpi.ua/article/view/S0021347012010074.

Vuori J. Implementation of a digital phase-locked loop using CORDIC algorithm / J. Vuori // Circuit and Systems : IEEE Int. Symp. ISCAS, 12–15 May 1996, Atlanta, USA : proc. — IEEE, 1996. — Vol. 4. — P. 164–167. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/ISCAS.1996.541925.

Kumm M. An FPGA-based linear all-digital phase-locked loop / M. Kumm, H. Klingbeil, P. Zipf // IEEE Trans. Circuits Syst. I: Regular Papers. — Sept. 2010. — Vol. 57, No. 9. — P. 2487–2497. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/TCSI.2010.2046237.

Mandal A. Design and implementation of digital demodulator for frequency modulated CW RADAR / A. Mandal, R. Mishra // IJE Trans. A: Basics. — Otc. 2014. — Vol. 27, No. 10. — P. 1581–1590. — URL : http://www.ije.ir/Vol27/No10/A/12.pdf.

Babu B. S. Analogue-to-digital converter effects on airborne radar performance / B. S. Babu, C. M. Sorrentino // IEEE Radar Conf., 29–30 Mar. 1989, Dallas, TX : proc. — IEEE, 1989. — P. 56–61. — DOI : http://dx.doi.org/10.1109/NRC.1989.47615.

##submission.downloads##

Опубліковано

2016-04-20

Як цитувати

Мандал, А., Мишра, Р., & Нагар, М. Р. (2016). Реализация комплексной цифровой системы ФАПЧ для фазового детектирования в программно определяемом радаре. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 59(4), 3–18. https://doi.org/10.20535/S0021347016040014

Номер

Том 59 № 4 (2016)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2016 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.