10.14489/vkit.2022.03.pp.042-050

DOI: 10.14489/vkit.2022.03.pp.042-050

Левин И. И., Семерников Е. А., Буряков Д. С.
СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ НА ОСНОВЕ ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ В УСТРОЙСТВАХ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ С ФАЗИРОВАННЫМИ АНТЕННЫМИ РЕШЕТКАМИ
(с. 42-50)

Аннотация. Предложены технические решения для обеспечения когерентности и когерентной передачи данных в системах радиолокации и связи с фазированными антенными решетками (ФАР), вычислительные узлы которых построены на принципах реконфигурируемых вычислительных систем с использованием программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Разработаны методы когерентного сбора оцифрованных данных от антенных элементов ФАР и передачи информации между распределенными узлами, выполняющими цифровую обработку сигналов. В качестве каналов передачи данных предлагается использовать скоростные оптические линии как более устойчивые к условиям внешней среды. Для передачи оцифрованных данных от антенных элементов ФАР предложено использовать пакетную форму с контролем целостности информации и привязкой ко времени оцифрованных данных. Введен механизм мониторинга рассогласования задержек пакетов в различных каналах и их выравнивания в приемниках данных. Рассмотрены наиболее вероятные аварийные ситуации для системы передачи данных, предложены способы их парирования и минимизации влияния ошибок на формирование результата. Разработанные технические решения апробированы в реальном устройстве формирования диаграмм направленности, построенном на ПЛИС, с имитациями аварийных ситуаций. Многочасовые тесты и прогоны показали, что все аварийные ситуации успешно были парированы системой передачи данных.

Ключевые слова: фазированная антенная решетка; программируемая логическая интегральная схема; когерентная обработка данных; транспортировка данных; мониторинг каналов передачи данных.

Levin I. I., Semernikov E. A., Buriakov D. S.
FPGA-BASED DATA COMMUNICATION SYSTEM IN DIGITAL SIGNAL PROCESSING DEVICES WITH PHASED ANTENNA ARRAYS
(pp. 42-50)

Abstract. The paper represents some engineering solutions which provide coherence and coherent data transmission in radar and communication systems with phased array with computing components designed on the principles of FPGA-based reconfigurable computer systems. We developed the coherent gathering methods of digitized data from the phased array antenna elements, and data transmission among the distributed components that perform coherent digital signal processing. To provide coherent data processing and transmission, we use the signal of clock reference signal and the CPU-time, centrally generated and transmitted into all nodes with the same delay. Generation of all control signals in the processing nodes are based on these two signals. For data transmission, we suggest to use high-speed optical links, which are the most reliable in environmental conditions. To transmit the digitized data from phased array antenna elements, we suggested using packet data transmission with data integrity control and time-linked digitized data. Also, we applied a mechanism to monitor the delay mismatch of packets transmitted via different links and to synchronize them in data receivers. The most probable emergency situations for the data transmission system are considered and methods of parrying and minimizing the impact of transmission errors on the formation of the result are proposed. The developed engineering solutions were tested on a real FPGA-based beam-forming device with simulation of emergency situations. Many hours of tests and runs showed that all emergency situations were successfully solved by the data communication system.

Keywords: Phased antenna array; Field-programmable gate array; Coherent processing; Data transfer; Data channel monitoring.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

И. И. Левин (Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия)
Е. А. Семерников, Д. С. Буряков (ООО «Научно-исследовательский центр супер-ЭВМ и нейрокомпьютеров», Таганрог, Россия) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Eng

I. I. Levin (Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia) E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript
E. A. Semernikov, D. S. Buriakov (Supercomputers and Neurocomputers Research Center, Co Ltd., Taganrog, Russia)

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Каляев И. А., Левин И. И., Семерников Е. А. Высокопроизводительные реконфигурируемые вычислительные системы для цифровой обработки сигналов // Тр. Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А. С. Попова. Сер. Цифровая обработка сигналов и ее применение. 2010. Вып. ХII – 1. С. 13 – 18.
2. Дордопуло А. И., Каляев И. А., Левин И. И., Семерников Е. А. Высокопроизводительные многопроцессорные системы с реконфигурируемой архитектурой для цифровой обработки сигналов // Вестник Концерна ПВО «Алмаз-Антей» 2011. № 2(6). С. 88 – 104.
3. Григорьев Л. Н. Цифровое формирование диаграммы направленности в фазированных антенных решетках. М.: Радиотехника, 2010. 144 с.
4. Гостюхин В. Л., Трусов В. Н., Гостюхин А. В. Активные фазированные антенные решетки / под ред. В. Л. Гостюхина. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Радиотехника, 2011. 304 с.
5. Пятибратов А. П., Гудыно Л. П., Кириченко А. А. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учеб. / под ред. А. П. Пятибратова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Финансы и статистика, 2004. 512 с.
6. Клименко С. В., Яковлев В. В., Благовещенская Е. А. Исследование реализаций алгоритмов контрольной суммы CRC32 // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2018. № 3. С. 471 – 477.

Eng

1. Kalyaev I. A., Levin I. I., Semernikov E. A. (2010). High-performance reconfigurable computing systems for digital signal processing. Proceedings of the Russian Scientific and Technical Society of Radio Engineering, Electronics and Communications named after A. S. Popov. Series: Digital signal processing and its applications, Vol. ХII – 1, pp. 13 – 18. [in Russian language]
2. Dordopulo A. I., Kalyaev I. A., Levin I. I., Semernikov E. A. (2011). High-performance multiprocessor systems with reconfigurable architecture for digital signal processing. Vestnik Kontserna PVO «Almaz-Antey», 6(2), pp. 88 – 104. [in Russian language]
3. Grigor'ev L. N. (2010). Digital beamforming in phased antenna arrays. Moscow: Radiotekhnika. [in Russian language]
4. Gostyuhin V. L. (Ed.), Trusov V. N., Gostyuhin A. V. (2011). Active phased array antennas. 3rd ed. Moscow: Radiotekhnika. [in Russian language]
5. Pyatibratov A. P. (Ed.), Gudyno L. P., Kirichenko A. A. (2004). Computing systems, networks and telecommunications: textbook. 2nd ed. Moscow: Finansy i statistika. [in Russian language]
6. Klimenko S. V., Yakovlev V. V., Blagoveshchenskaya E. A. (2018). Study of implementations of CRC32 checksum algorithms. Izvestiya Peterburgskogo universiteta putey soobshcheniya, (3), pp. 471 – 477. [in Russian language].

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/vkit.2022.03.pp.042-050

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 450 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/vkit.2022.03.pp.042-050

and fill out the form