Hogy volt akkor? Hogy lenne ma?

Adatátvitel a földi állomásra és a fedélzeti adattárolás kérdései. Dr. Hetényi Tamás 2015 Február 27

Hogy volt akkor? Hogy lenne ma? Projektek • ETMSZ • SSPI • Whistler • VEGA • …egyéb Hetényi Tamás 2015 Február 27

618-as labor • Z80 hőskora. • PDP-12 „személyi számítógép”

Hetényi Tamás 2015 Február 27

Kicsit magamról • 1971-től 85-ig BME (618-as labor) • 85-től 2009-ig USA • 2011 augusztusig:Győr, Széchenyi István Egyetem • Jelenleg: Bonn Hungary Hetényi Tamás 2015 Február 27

Emlékezzünk a Moore törvényre •

Gordon Moore (Intel alapító), 1965: a komponenssűrűség 2 évente megduplázódik.

•

Valóság: 18 hónap.

•

2005-ben megjósolta az exponenciális folyamat telítődését.

•

Másodlagos kihatások: – –

•

Komponens méret csökkenése miatt növekvő (órajel)frekvenciák. Komponensszám architektúrális lehetőségeket nyit.

Shockley 1947-ben fedezte fel a tranzisztort !!! –

(én egy évvel öregebb vagyok nála ☺)


ETMSZ (A/D konverter) • 9 bit • Szukcesszív approximációs • Diszkrét logika


A/D konverterek • Szukcesszív approximációs • Integráló • Flash


Jelfeldolgozó csatorna

• Egycsatornás rendszert vizsgálunk (a legtöbb praktikus rendszer több csatornás). • Jelfeldolgozó „logika” időben és amplitúdóban kvantált (diszkrét) jelet dolgoz fel. • Pontatlanságokat és hatásukat figyelembe kell venni. • Állandó mintavételi frekvenciánál (fs) a feldolgozásra rendelkezésre álló idő a mintavételi idő (Ts = 1/ fs)


Mintavételezés • Mintavevő (tartó) ideális pillanatkapcsoló.

• Mintavevő jel Dirac impulzus sorozat • Forrásjel és a mintavételi pillanatok (pillanat = zéró dimenzió) • Mintavett jel


Mintavételezés fajtái • Állandó mintavételezési frekvencia • Multirate: több bemenet esetén más mintavételi frekvencia a különféle jel sávszélességekhez illesztve. • Adaptív: A mintavételi frekvencia a jel sávszélességének megfelelően változik


Amplitúdó kvantálás • Lépcsős átviteli függvény.

• Kvantálási hiba (6n+1.8dB szinusz jelre)

• Amplitúdó bizonytalanság és • Apertúra idő és bizonytalanság (mintavevő tartóval csökkenthető)


Mintavett jel spektruma •

A természetben előforduló jelek „sávhatároltak”.

•

Jel és spektruma.

•

Mintavevő jel és spektruma.

•

Mintavett jel és spektruma.


Jelvisszaállítás •

Mintavett jel és spektruma.

•

Ideális alul-áteresztő szűrő

•

A megszűrt mintavett jel és spektruma.

Következtetés: az ideális alul áteresztő szűrő visszaállította az eredeti jelet


Nyquist tétel és a bemenő szűrő szükségessége • Nyquist: Ha a mintavételi frekvenciát a jel maximális frekvenciájának kétszeresénél nagyobbra választjuk, a mintavett jelből az eredeti jel pontosan visszaállítható. • Gyakorlatban 3-5szörös faktor követendő. • A rendszer bemenetén anti aliasing szűrő szükséges annak érdekében, hogy olyan parazita jelek (pl. zajok) ne kerülhessenek a rendszerbe melyek frekvenciája nagyobb a jel maximális frekvenciájának kétszeresénél.


Alulmintavételezés • Enyhe alulmintavételezés

• Drasztikus alulmintavételezés


Valós idejű (real-time) rendszerek • Valós idejű rendszer: Eseményekre és bemenőjelekre adott időhatárokon belül kell reagálnia. (Nem csak helyes eredményt kell produkálnia, hanem azokat adott időn belül kell előállítania)

• Beágyazott rendszer: Speciális célú rendszer amely kompakt, gyors és nagy megbízhatóságú operációs rendszerrel vezérli a mikroprocesszort.

• Hibatűrő rendszer: Ideális esetben: teljesíti feladatát hardware és szoftver hibáktól függetlenül Gyakorlatban: csak a valószínűbb meghibásodásokra tudunk koncentrálni


Implementációk

• A cél a „Signal Processing Logic Function” (Jelfeldolgozó egység) műveleti idejének redukálása, mert • Minél rövidebb ez a műveleti idő annál magasabbra választható a mintavételi frekvencia azaz • Rendszerünk annál szélesebb sávú jelek feldolgozására képes.


Gyakorlati implementációk • Említsük meg az analóg vezérlőket, rendszereket hiszen azok is a valós idejű rendszerekhez tartozhatnak. • Számítógépes implementációk. • DSP implementációk. • Célhardver implementációk (FPGA, CPLD, SoC, Custom) • Vegyes implementációk (DSP-FPGA kombináció, neurális hálózatok …)


SSPI • Műholdas adatgyűjtő • Műhold és bóják • 618 csinálta a Z80 alapú rendszer tesztelőt (bójákhoz is)


Whistler kutatás • Fulgúr. • SAS (műholdas változat. • Úrmeteorológia. • http://sas2.elte.hu /hun11.htm


Villámok által keltett jelek áthaladnak az ionoszférán. A vett jel lefutása (alakja) fontos információkat tartalmaz környezetünkről. Hetényi Tamás 2015 Február 27

Jelek előfeldolgozás után


Feldolgozás algoritmusa • Egyezést keresünk referencia whistlerek adatbázisán. • Az ELTE AWA (Automatic Whistler Analyzer) módszere a whistler vonalakat függőleges vonalakká konvertálja. • 2D FFT • Legerősebb vízszintes vonal jelöli a legjobb egyezést.


HPC szoftver keresést végez


VEGA program • A Giotto műhold közelíti a Halley üstökös magját 1986 Március 13án.


Halley üstökös •

• • •

1705-ben az angol Edmund Halley publikálta, hogy az 1531-ben, 1607-ben és 1682-ben látott üstökös ugyanaz az égitest volt és megjósolta visszatértét 1758-ra. Perihelium: 0.586 AU Apohelium: 35.1 AU Keringési idő: 75.3 év

•

1 AU (Astronomical Unit) = 149 598 000 km (átlagos Nap-Föld távolság)


Űrmissziók a Halley üstököshöz (1986)


Digitális labor (618) részvétele • BLISZI – Fedélzeti adatgyűjtő (65kbit és 3 kbit, hármas tartalékolás).

• BUNA – Parancs konverter.

• BLISZI KIA – Z80 alapú ellenőrző mely a teljes rendszer ellenőrzését is elvégezte


Egyéb történetek a hőskorból • • • •

Antenna irányítás. TIROS-N vétele. Meteosat. Magyar űrhajósok


SAR képfeldolgozás


Radar alapelv


Radar jelek


Real-time szoftver • Repülés közben azonnal feldolgozott képet ad. • Manipulálható




Spektrum analízis • Eőszűrők • Adatjelek • Hopping detekció • Fejlesztés alatt: demoduláció Hetényi Tamás 2015 Február 27

A Sze Projekt • • • •

Algoritmusok gyorsítása GPU Parallel multiprocesszor FPGA


Impulse CoDeveloper koncepció • • • • • • •

Programozás sztenderd C eszközökkel Profilírozás és Partícionálás a processzor és az FPGA gyorsító között. Ellenőrzés és hibakeresés a C rendszerek eszközeivel. Application Monitor. C kód automatikus Párhuzamosítása és Pipelineing-je. FPGA hardware automatikus generálása. Szelektált platformhoz host-FPGA interfész automatikus generálása.


Impulse C project


Hardware szimuláció


Generált hardware struktúra analízise


Pico Computing EX 160

• • • •

X8 vagy x16 PCIe. 7 E-16 kártya, vagy 4 E-17 kártya x1 PCIe vonal minden kártyához


Pico Computing E-17 • Xilinx Virtex-5 FX70T / SX50T / LX50T • ExpressCard/54 • 256MB DDR2 • 64MB FLASH • 4 Multi-Gigabit Transceivers


Pico M sorozat (Virtex-6)


Nallatech


Az anyaghoz kapcsolódó kérdések • • • • • • • • •

Mit állított Moore törvénye? Melyek a fontosabb A/D konverter algoritmusok? Melyek az amplitúdó kvantálás hibahatásai? Milyen az ideális mintavett jel spektruma? Milyen eszközzel állítható vissza az eredeti jel a mintavett jelből? Mit állít Nyquist tétel? Miért szüksége a rendszer bemenetén az alul-áteresztő szűrő? Milyen hibát okoz az alul-mintavételezés? Mi a valós idejű (real-time) rendszer definíciója?


Hogy volt akkor? Hogy lenne ma?

Recommend Documents