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談數(shù)字處理技術(shù)
湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 歐陽志紅 2014/8/4 21:18:02
摘要：現(xiàn)代通信、雷達(dá)所處的環(huán)境信號越來越密集，發(fā)射機(jī)的調(diào)制方式也越來越復(fù)雜。這就要求接收機(jī)有更好的接收能力和信號處理能力�，F(xiàn)在和未來的接收系統(tǒng)面臨著接收和處理更多的脈沖信號、低截獲、概率調(diào)制信號、超高速脈沖信號和連續(xù)波信號。由于現(xiàn)在使用的頻段內(nèi)信號大量增加而使接收環(huán)境變得復(fù)雜，這就要求接收系統(tǒng)采用低信噪比處理門限、較大的動(dòng)態(tài)范圍和增加系統(tǒng)的帶寬來對付這種越來越復(fù)雜的環(huán)境，才能正常工作。數(shù)字處理技術(shù)有郊解決了以上問題。
關(guān)鍵詞：分布式結(jié)構(gòu) 快速付里葉變換 并行處理技術(shù)
近幾年來，超大規(guī)模集成電路（VLSIC0）、超高速集成電路（VHSIC）、和砷化鎵集成路都取得了可喜的進(jìn)展。單片硅集成電路已集成了上億個(gè)元件，砷化鎵集成電路的集成度雖然只有硅集成電路的幾千分之一到幾百分之一，但它的時(shí)鐘運(yùn)行速度高于1GHZ。它們的應(yīng)用，大大改變了數(shù)字電路設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)目標(biāo)，從而顯著地改變了硬件的形象。
新的設(shè)計(jì)概念
并行處理技術(shù)、帶有微處理器的分布結(jié)構(gòu)、快速付里葉變換以及計(jì)算機(jī)模擬和輔助設(shè)計(jì)等思想、技術(shù)的使用，對現(xiàn)代數(shù)字信號處理設(shè)備產(chǎn)生十分重大的影響。綜合利用這些思想、技術(shù)更快更好地設(shè)計(jì)出先進(jìn)的數(shù)字信息處理系統(tǒng)。這就意味著要顯著地改進(jìn)人機(jī)接口、機(jī)內(nèi)測試設(shè)備和處理信號的能力。新型設(shè)計(jì)手段，加上VLSIC、VHSIC和專用集成電路(ASIC)的發(fā)展，使人們可以研制出高可靠、低成本和低使用維持費(fèi)的數(shù)字處理系統(tǒng)。
并行處理技術(shù)
并行處理技術(shù)是通過處理器的控制作用，將所需處理的信息分給許多處理單元同時(shí)處理。它的使用，可使信號處理速度增加幾個(gè)數(shù)量級。由于速度的提高，就可以處理較多的復(fù)雜信號，及時(shí)完成多種功能的分析處理，使幾年前不能勝任的復(fù)雜信號處理得以實(shí)現(xiàn)，在電子戰(zhàn)系統(tǒng)中，現(xiàn)在每秒鐘可以處理上億個(gè)脈沖信號。
隨著這些信號處理技術(shù)的開發(fā)，并可能利用器件將它們硬化。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，在沒有進(jìn)行試驗(yàn)和試制之前，就可以利用設(shè)計(jì)的模擬，紙上談兵，對大量的系統(tǒng)方案進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證的內(nèi)容包括高分辨率定向、自適應(yīng)濾波、數(shù)據(jù)壓縮、圖形識別、波束成形、頻譜分析和性能參數(shù)的估價(jià)等。
分布式結(jié)構(gòu)
繼并行處理技術(shù)之后，又使用了分布式結(jié)構(gòu)和微處理器。這樣可以將要處理的任務(wù)從中央處理單元（CPU）移送到分散的處理器中進(jìn)行，它不僅可以提高處理速度，CPU可以用來完成其他任務(wù)，例如連續(xù)地監(jiān)視系統(tǒng)自身的運(yùn)行、故障隔離，從而提高系統(tǒng)的可靠性，大量節(jié)省維修用的材料和時(shí)間。
分布式結(jié)構(gòu)可以使用小型終端，較好地解決了人機(jī)接口問題，故障率下降，能自動(dòng)迅速地處理問題。因?yàn)樵谶@種結(jié)構(gòu)方式中，可用專門的處理器來處理特殊類型的信號。在信號密集的環(huán)境條件下，它便能較多地識別確定信號，并實(shí)施無線電干擾等。
快速付里葉變換
實(shí)時(shí)信號處理系統(tǒng)的構(gòu)成是由對它的要求決定的。模擬裝置可以快速而有效地進(jìn)行信號處理，而數(shù)字裝置可以增加分析的精度、處理極為均勻，還可以對信號進(jìn)行重復(fù)處理。數(shù)字處理裝置的核心是快速付里葉變換器（FFT），它能將對應(yīng)于時(shí)域的數(shù)字信息變換成對應(yīng)頻域的函數(shù)，其最大的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)時(shí)輸出相位和幅度信號。別處，加上它的動(dòng)態(tài)范圍、處理增益和線性特性，使FFT處理器可以作為規(guī)范的信號調(diào)整器。隨著新的調(diào)制技術(shù)的研制和應(yīng)用于其他射領(lǐng)域，將要求FFT信號調(diào)整器有更快的處理速度和更大的變換容量。
新的設(shè)計(jì)手段
隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工程（CAE）有了較大的突破，工程師可以坐在電腦顯示器前，從存儲在CPU的：“實(shí)驗(yàn)室”調(diào)出各種“器件”，組成門陳列或定制片。這種設(shè)計(jì)利用計(jì)算機(jī)模擬、定時(shí)分析，完成這些工作可以不使用一點(diǎn)硬件，設(shè)計(jì)出的信號處理器體積小、重量輕、電源功率消耗低，僅是一般信號處理器的幾分之一，信號處理能力還更好。
專用集成電路
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在分立元器件的基礎(chǔ)上和重要進(jìn)展，是硅編譯程序。它是一種能實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模集成電路技術(shù)的一種設(shè)計(jì)算法，使之從晶體管或微電平走向系統(tǒng)級的設(shè)計(jì)，工程技術(shù)人員可以利用它設(shè)計(jì)出大的結(jié)構(gòu)，如存儲器、邏輯單元、寄存器等，最后組成完整的系統(tǒng)。
定制片，也就是所謂專用集成電路，是在一系列先進(jìn)的集成電路設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的基礎(chǔ)之上產(chǎn)生的。它的出現(xiàn)說明研制定制片的費(fèi)用已經(jīng)顯著減少，而設(shè)計(jì)和制造通用數(shù)字集成電路的費(fèi)用卻在增加，所以可根據(jù)用戶的要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)制成專用集成電路。專用集成電路的出現(xiàn)表明，今天在那些體積、重量和功率消耗都是十分重要的條件下，采用定制片是實(shí)現(xiàn)高性系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)而有效的方法。
這種設(shè)計(jì)方法不（未完，下一頁）
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