Reutech Radar Systems разрабатывает радар для морского и воздушного наблюдения на основе Model-Based Design

Команда разработчиков Reutech Radar Systems делится опытом разработки антенной фазированной решетки в Matlab и Simulink на основе Model-Base Design (далее модельно-ориентированное проектирование).

«Завершить этот проект вовремя, не пользуясь подходом на основе модельно-ориентированного проектирования, было бы очень сложно. Возможность генерировать код с помощью HDL Coder и отделять разработку алгоритма обработки сигналов от детальной аппаратной реализации помогла нам сократить трудозатраты на проект на два инженерных года».

- Кевин Вильямс, Reutech Radar Systems

RSR 210N - это многоцелевой двухмерный радар, разработанный и изготовленный Reutech Radar Systems (RRS), который используется для поддержки вертолетов, а также для общего наблюдения и самообороны корабля. Трехканальная импульсно-доплеровская радиолокационная система предназначена для эффективного и точного обнаружения небольших, быстро движущихся целей в сложных погодных условиях как на морских, так и наземных пововерхностях, которые являются источниками помех и, как следствие, нежелательного радиолокационного эха. Инженеры RRS использовали модельно-ориентированное проектирование с MATLAB® и Simulink® для разработки систем адаптивного обнаружения и обработки сигналов и реализации их на ПЛИС.

«Модельно-ориентированное проектирование позволило нам отделить инженерные усилия, необходимые для низкоуровневой архитектуры обработки сигналов - с соответствующими каналами ввода-вывода и передачи данных - от усилий, необходимых для разработки алгоритмов обработки сигналов», - говорит Кевин Уильямс, системный инженер компании RRS. «Такой подход сэкономил время, снизил риски и помог нам получить максимум от команды инженеров, работающих в обеих областях».

Задачи

Радиолокационная система, предназначенная для работы в море, должна быть способна функционировать в жестких метеоусловиях. Команде RRS необходимо было быстро обновить и усовершенствовать устройство на основе данных, собранных во время ходовых испытаний. Эта проблема усугублялась сложностью алгоритмов обработки сигналов, которые должны были рассчитывать статистику помех с течением времени для определения пороговых значений для адаптивных детекторов. В прошлом инженеры RRS разрабатывали аналогичные системы, отдельно проектируя отдельные элементы сигнального процессора и вручную записывая HDL-код. Когда весь проект не мог уместиться на одной ПЛИС, команде пришлось разработать структуру для обмена данными между отдельными кристаллами. Отладка системного уровня не могла начаться, пока элементы не были интегрированы. Инженеры RRS хотели начать проверку на уровне системы на более раннем этапе процесса разработки, чтобы как можно скорее выявить и устранить дефекты. Они также стремились ускорить итерации разработки за счет автоматической генерации кода HDL, вместо того чтобы писать его вручную.

Решения

Инженеры RRS разработали систему обработки сигналов RSR 210N в MATLAB и Simulink и реализовали ее в HDL коде с помощью HDL Coder ™. Работая в MATLAB, команда разработала алгоритмы для основных компонентов сигнального процессора. После отладки и проверки компонентов в MATLAB они смоделировали алгоритмы в Simulink, используя Stateflow® для моделирования элементов управления конечного автомата. Инженеры интегрировали воедино отдельные Simulink-модели таких устройств, как:  цифровой импульсный компрессор сигнального процессора, доплеровские фильтры, видеопроцессор для навигации, а также адаптивную постоянную частоту ложных срабатываний (CFAR) и детоктор мерцающих точек. После проверки точности своих алгоритмов с помощью моделирования в Simulink инженеры преобразовали конструкцию с плавающей точкой в конструкцию с фиксированной точкой с помощью Fixed-Point Designer ™. Инженеры сгенерировали более 75 000 строк HDL кода из своей модели с помощью HDL Coder. Во время тестов ПЛИС команда записывала результаты и другие диагностические данные. Эти данные были подвергнуты постобработке в MATLAB для проверки реализации HDL относительно модели Simulink. Радиолокационная система прошла исследовательские ходовые испытания. Команда использовала эти данные, для уточнения конструкции и оптимизации ключевых параметров в Simulink перед повторной генерацией HDL для подготовки к следующему испытанию.

Результаты

• Время разработки сокращено на два инженерных года. «Модельно-ориентированное проектирование позволило нам сократить время разработки примерно на два инженерных года по сравнению с ручным кодированием. Мы потратили значительно меньше времени на то, чтобы наши алгоритмы работали правильно и были бы переведенены в HDL-код».
• Будущее использование наработок алгоритмов обработки сигналов. «В ходе проекта RSR 210N мы получили передовой опыт параметризации компонентных моделей Simulink, чтобы можно было легко реконфигурировать типы данных, глубину памяти, ширину шины и другие аспекты проекта. В результате мы смогли повторно использовать несколько компонентов в других проектах».
• Поставлена надежная прошивка. «Прошивка сигнального процессора, которую мы разработали с использованием модельно-ориентированного проектирования, оставалась в основном неизменной в течение двух лет с поставки первой системы. Основываясь на нашем опыте работы с прошлыми проектами, в процессе работы мы не ожидали так быстро достичь такого уровня надежности и точности», - говорит Уильямс.