Введение 5
1 Анализ предметной области 7
1.1 Общие сведения и задачи определения местоположения подвижных объектов 7
1.2 Методы решения навигационных задач 10
1.2.1 Дальномерный метод 11
1.2.2 Псевдодальномерный метод 15
1.2.3 Разностно-дальномерный метод 17
1.2.4 Радиально-скоростной (доплеровский) метод 18
1.2.5 Псевдорадиально-скоростной метод 19
1.2.6 Разностно-радиально-скоростной метод 20
1.2.7 Комбинированные методы 21
2 Алгоритмы первичной обработки сигналов 22
2.1 Алгоритм поиска и обнаружения 22
2.2 Алгоритм работы и схема слежения за фазой сигнала 22
2.3 Алгоритм работы и схема слежения задержкой сигнала 26
2.4 Алгоритм работы и схема слежения за частотой сигнала 28
3 Проектирование схемы слежения 32
3.1 Принципы построения аппаратуры потребителей 32
3.2 Выбор инструментальных средств проектирования 34
3.3 Сумматоры 37
3.3.1 Сумматор с сохранением переноса 39
3.3.2 Сумматор с предварительным расчётом переноса 41
3.3.3 Сумматор с выбором переноса 43
3.4 Коррелятор 45
3.5 Генератор М-последовательности 47
3.6 Схема слежения за задержкой навигационного сигнала с помощью
CORDIC-процессора 47
Заключение 51
Список использованных источников 52
Приложение A 54
Приложение Б 61
Приложение В 65
Методы и средства автоматизации являются неотъемлемой частью технологических процессов и всего производства. При этом нарастает потребность в автоматизации различных технологических объектов, в том числе подвижных. Такие объекты могут перемещаться в достаточно небольшом помещении среди людей, что требует обеспечить необходимость безаварийного такого процесса, а также реализовать достаточно точную систему слежения за местоположением объекта. В таких условиях применение известных методов и средств навигации гражданского назначения с возможным отклонением в 5-15 метров затруднительно.
Задачи автоматизации управления движущимися объектами сводятся к диспетчеризации и мониторингу в тех местах, где это возможно, со сравнительно небольшой точностью (порядка 10 метров). Разработать полностью автономную систему не представляется возможным, но можно сделать шаг навстречу к созданию такой системы посредством внедрения навигации в сферу автоматизации. В данном случае потребуется учесть задержку навигационного сигнала, возникающую за счёт скорости распространения сигнала от источника, также не следует забывать о времени, необходимом сигналу для преодоления препятствий.
Исходя из изложенного, актуальным является разработка схемы слежения за задержкой навигационного сигнала с помощью CORDIC процессора. Такая навигационная технологическая система должна отвечать на вопросы: «Где находится объект?» и «Куда движется объект?». CORDIC- процессор в данном случае позволит вычислять сложные функции посредством простых операций суммирования и сдвига. Сама система в дальнейшем может быть установлена на технику, например, на погрузчик, который сможет в автоматическом режиме доставлять готовые изделия на склад, а также привозить необходимые запчасти со склада в цех.
Предложенный в данной выпускной квалификационной работе метод позволит:
1) Реализовать систему слежения в виде интегральной схемы с архитектурой класса «Система на кристалле».
2) Выбрать направление оптимизации работы системы слежения (по времени или по ресурсам).
3) Провести декомпозицию систему с целью аппаратной оптимизации ресурсов.
Целью работы является разработка технического решения схемы слежения за задержками навигационного сигнала на основе CORDIC процессора.
Для достижения обозначенной цели следует решить задачи:
1) Выполнить анализ и детализировать требований к разрабатываемой системе.
2) Выполнить анализ существующих методов и алгоритмов решения навигационной задачи, провести сравнение с требованиями.
3) Выбрать инструментарий проектирования.
4) Провести проектирование структуры и разработать систему слежения в целом и отдельных её частей.
5) Провести компьютерное моделирование разработанной системы слежения с целью подтверждения корректности и адекватности применения выбранных проектных решений.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы реализована схема слежения за задержкой навигационного сигнала с помощью CORDIC-процессора. При этом выполнен анализ основных известных и обоснование применяемых методов и алгоритмов навигационных определений местоположения, спроектированы различные архитектуры VHDL-описаний технической реализации схемы слежения, проведена их апробация. Моделирование разработанной схемы слежения проведено с использованием программных продуктов MATLAB и ModelSim. Результаты моделирования показали работоспособность выбранных проектных решений и схемы слежения в целом.
Разработанная в ходе выполнения выпускной квалификационной работы схема является универсальной в части ее применения в различных областях: автоматизация позиционирования и управление подвижными объектами, контроль технического состояния и параметров сложных систем автоматизации и т. д. Предложенная схема слежения может быть реализована как на программируемых логических интегральных схемах массового производства, так и на заказных интегральных схемах, специально разработанных для решения навигационных задач. Предлагаемое проектное решение позволит минимизировать затраты по ресурсам или по времени в зависимости от условий задачи путём переключения разных типов архитектур сумматоров.
