TRABAJO DE MICROPROCESADORES

PARA COMUNICACIONES

RADAR DE DETECCIÓN

Autor: Efrén Pérez Quintana

Fecha: 09 de enero de 2009

Índice:

Introducción Vigilancia fronteriza Seguridad marítima de alta mar Radar de vigilancia del espacio

aéreo PC-RPTM (Procesador de radar basado en entorno

PC)

Rastreador de sistema de radar Consola del operador RDOP Administrador de cámara Sistemas de radares HRR (Indra) Esquema general del Sistema DSP Usados para defensa. Bibliografía

Introducción:España, desde mediados de los ochenta se ha convertido en un

destino importante y país de tránsito para emigrantes del Tercer Mundo, especialmente de África y Latinoamérica. La situación empezó a tornarse crítica a mediados del año 2005, cuando oleadas de africanos subsaharianos comenzaron a saltar las vallas que separan a Ceuta y Melilla. En respuesta, el gobierno español duplicó la altura de

las barreras e instaló un equipo de monitoreo de alta tecnología para crear sistemas electrónicos de vigilancia fronteriza, además se instalaron sistemas de detección por radar.

Acto seguido los inmigrantes y las mafias que los ayudaban trasladaron sus esfuerzos en cruzar el Océano Atlántico, siendo las Islas Canarias el nuevo destino. Lo cual ha obligado al gobierno español, a desarrollar nuevos sistemas de detección de embarcaciones para poder detectar a los intrusos que intentan cruzar el largo trecho entre las costas de Marruecos, Mauritania o Senegal con las costas de las islas canarias. Dentro de estos nuevos sistemas también se encuentran sistemas radar de vigilancia de las costas marítimas.

Esto es sólo uno de los muchos motivos que mueve al gobierno a desarrollar e instalar numerosos sistemas de radar para poder controlar el país, veremos que habrá radares para el tráfico de buques, espacio aéreo, control de fronteras…, aunque actualmente se pueden encontrar infinidad de usos que los estados pueden hacer de tan sofisticada tecnología.

En el trabajo que comienza a continuación no se muestran exactamente los sistemas que usa el estado Español, pero si sistemas semejantes que nos darán una idea de cómo se usan, cómo funcionan y de que están compuestos.

Vigilancia fronteriza.Los procesadores de radar basados en entorno PC (PC-RP) de

SSR pueden instalarse en ubicaciones remotas no asistidas por personal que trasmiten información de radar por medio de enlaces de redes inalámbricas estándar hacia centros de comando para su visualización y análisis.

También se puede utilizar un camión, una camioneta o un vehículo deportivo utilitario para proporcionar un rápido despliegue de Plataformas de radar móvil utilizadas para operaciones especiales

de acciones prohibitivas antidrogas o para vigilancia temporaria costera. En la actualidad, la Armada de los Estados Unidos de América y demás Departamentos de Seguridad Interior utilizan procesadores de radar y sistemas de visualización de SSR Engineering para tal fin.

Seguridad marítima de alta mar.Los sistemas de radares SSR se pueden utilizar para detectar e

identificar buques que ingresan a zonas reguladas no autorizadas alrededor de plataformas de petróleo y gas de altamar a fin de evitar ataques terroristas, vandalismo, robo y colisiones accidentales. Un sistema independiente puede proveer detección y alarmas automáticas a plataformas con personal. Pueden asociarse diversas plataformas con el objeto de proporcionar una red de alertas integrada por la cual se envía información a los centros de seguridad con base en la costa.

Las plataformas de altamar también pueden proporcionar sitios para sensores de radar remotos con el objeto de ampliar el alcance

de los sistemas de vigilancia costeros, proteger el hábitat pesquero e identificar buques que ingresan a las zonas de exclusión económicas.

Radar de vigilancia del espacio aéreo.

El Procesador de radar basado en entorno PC (PC-RP™) de SSR cuenta con la funcionalidad de permitir interfaces con radares de identificación de amigo o enemigo (IFF) y de automatizar muchas de las tareas redundantes efectuadas por el operador.

El PC-RP cuenta con la funcionalidad de decodificar y rastrear en forma automática toda la información disponible en modo Tag de identificación de amigo o enemigo (IFF), incluyendo la identificación, la altitud y la velocidad de la aeronave. En modo IFF, un PC-RP decodifica automáticamente la información en modo Tag de IFF y un RDOP en la misma red despliega los códigos de transponedor ("Squawk Codes"). Esto representa una gran mejora respecto de otros sistemas manuales existentes IFF, que requieren de una participación considerable del operador a fin de seleccionar y rastrear en forma manual las aeronaves de su interés.

PC-RPTM.El procesador de radar basado en entorno PC (PC-RP) de SSR

Engineering es un procesador de radar de alto desempeño y con posibilidad de funcionamiento en entorno de red que aumenta las funcionalidades del sistema de transceptores de radar convencional / sistemas de visualización con funcionalidades de procesamiento de señales de radar avanzadas, rastreo y visualización. Cada PC-RP cuenta con una interface a un transceptor de radar único y proporciona una interface de red TCP/IP de alta velocidad. Un único PC-RP puede ser el centro de una estación de rastreo de radar autónoma. Se pueden utilizar en red varios PC-RP con el objeto de cubrir un área geográfica amplia y controlar otros dispositivos de vigilancia y navegación compatibles en red, tales como los Sistemas de Identificación Automáticos (AIS) y el Administrador de cámara.

El procesador da la posibilidad de ser manejado en una red de área local estando conectado a una antena y a un terminal para ser controlado por un usuario o en una estación de red distribuida, como estación de radar remota o un centro de comando.

- Funcionalidades principales

o Procesamiento de radar en tiempo real

o ARPA (Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada) avanzada con capacidad de 500 rastreos.

o Hardware comercial de fácil disponibilidad.

o Interfaz gráfica de usuario (GUI) simple.

o Control de señales parásitas/ganancias automáticas.

o Interfaces con una amplia variedad de transceptores de radar (RT) y sistemas externos.

o Visualización remota en entorno de red.

o Aplicaciones terrestres y abordo.

o Aplicaciones de búsqueda aérea.

o Funcionalidades de grabación y reproducción de información de radares.

- Beneficioso rastreador de alto rendimiento.

o Bajo costo.

o Actualizable.

o Fácil de utilizar.

o Diseño flexible y escalable.

o Distribución de información de radar en entornos LAN/WAN incluidos los de internet.

o Análisis de datos fuera de línea.

o Herramientas de análisis incorporadas.

Red de área local.

Red distribuida.

Rastreador del sistema de radar.El rastreador de sistema de radar de SSR acepta información de

objetivos de radar provenientes de múltiples Procesadores de radar basados en entorno PC (PC-RP) a fin de proporcionar rastreos compuestos que fusionan información proveniente de todos los radares.

Al superponer la cobertura de radar en el mismo objetivo se mejora la detección de señales débiles y se permite que un objetivo se pueda rastrear ininterrumpidamente a medida que pasa de una zona de cobertura de un radar a la siguiente. Si así se desea diversas unidades de Ubicación del operador de visualización remota (RDOP) ubicadas en el centro de comando pueden permitir que diversos operadores aumenten la visualización sobre diferentes áreas de interés.

El uso de rastreadores de sistema de radar de SSR representa la principal mejora respecto a los sistemas de visualización de radar convencional, en los que los operadores deben ejecutar una tarea complicada de rastreos que cruzan áreas de cobertura de radar. Esto no es necesario con el rastreador de sistema de radar que mantiene un rastreo único basado en información de objetivos de radar en crudo proveniente de todos los radares.

Consola del operador RDOP.La ubicación del operador de visualización remota (RDOP) por

SSR Engineering es un visualizador de radar y unidad de control para utilizar en centros de comando de vigilancia de radar. Proporciona al operador una manera de visualizar información de radar proveniente de unidades en red de procesadores de radar basados en entorno PC (PC-RP's) con el objeto de obtener una visualización combinada de la cobertura completa de los radares y poder controlar los dispositivos en red. Los dispositivos ubicados en la red pueden ser locales o remotos, incluyendo unidades PC-RP en estaciones de radar remotas. La RDOP ofrece las mismas funcionalidades de visualización y control en red que las unidades PC-RP. Se proporciona en embalajes de gabinete de montaje en rack de 4 o 2 unidades. A diferencia del PC-RP, la RDOP no incorpora un módulo de control del transceptor de radar. Por lo tanto, es menos costoso que el PC-RP.

Administrador de cámara.El administrador de cámara fabricado por SSR Engineering

mejora considerablemente la capacidad del operador para identificar y rastrear barcos y botes que puedan estar ingresando en zonas de exclusión o estar involucrados en actividades sospechosas. Las aplicaciones principales son Sistema de tráfico de buques, Vigilancia de puertos, y Vigilancia costera.

El administrador de cámara es una unidad de control basada en entorno PC con capacidad de aplicación en red la que se conecta por interfaces a el PC-RP de SSR, por medio de una conexión de red TCP/IP. Un único administrador de cámara puede controlar múltiples videocámaras de modo que éstas se encuentren esclavizadas cada una de ellas a un radar seleccionado.

Sistemas de radares HRR (Indra).

España usa entre sus radares de alta resolución aquellos desarrollados por Indra. Los radares de alta resolución (HRR) se caracterizan porque los blancos detectados son extensos, esto es, ocupan más de una celda de resolución en distancia. La mayoría de las técnicas tradicionales, de detección y extracción de datos, que se están aplicando a los HRR realizan procesados unidimensionales. Las técnicas desarrolladas se han probado con datos reales provenientes del radar ARIES, este es un radar LFMCW (onda continua y frecuencia modulada lineal) marítimo de superficie de alta resolución, desarrollado por Indra Sistemas S. A.

La tecnología desarrollada por Indra está siendo aplicada a los sistemas de vigilancia y defensa electrónica del Buque LHD “Juan Carlos I”, el buque de Aprovisionamiento de Combate “Cantabria” y la fragata F-105

Radar ARIES Fragata F-105

Buque Cantabria Buque Juan Carlos I

Esquema general del sistema.Para sistemas radar tendremos que usar GPS integrado de

orientación para el procesamiento de imágenes y reconocimiento de la trayectoria de blancos en tiempo real. Para ello se usan DSPs de alto rendimiento, que en operaciones de coma flotante pueden llegar a un rendimiento del 1GFLOPS (miles de millones de operaciones de coma flotante por segundo) y DSP de punto fijo con rendimiento con rendimiento de hasta 1600 MIPS (millones de instrucciones por segundo).

Un esquema general de un dispositivo radar y todo lo necesario para recopilar la información, mostrarla al usuario y poder manejarla podría ser el siguiente:

DSP Usados para defensa.Para lograr hacer todo lo explicado anteriormente, lógicamente

tendremos que hacer uso de algún tipo de microprocesador, DSP o FPGA. Si entramos en la página de Texas Instruments podemos encontrar un apartado dedicado exclusivamente a DSP dedicados a la defensa. Damos por supuesto que estos DSP no serán los más actuales en el mercado, pero esperamos que no se alejen mucho a lo que nos podamos encontrar en un sistema de defensa actual

Texas Instruments HiRel Defense & Aerospace fue creado para los requerimientos del servicio especial de uso militar. Impulsado por el desarrollo de algoritmos cada vez más sofisticadas y de alto rendimiento y altamente integrados a la aplicación específica de procesadores, el crecimiento de procesamiento de señales digitales (DSP) sigue siendo explosiva. Texas Instruments es un líder reconocido en el ámbito de la DSP. Texas Instrument abarca nueve

generaciones de productos, con el SMJ320 familia de chips DSP rentables, ofrece soluciones militares para aplicaciones de cálculo intensivo.

Continuando la tradición de proveer siempre lo más actual en capacidad de procesamiento para militares, en 1998 se introducción el C6201, y las versiones C6201B y C6701 fueron puestas en libertad en 1Q00. El C6201B ofrece 1200 MIPS (millones de instrucciones por segundo) de rendimiento de punto fijo. El C6701 admite hasta 1 GFLOPS (Miles de millones de operaciones de punto flotante por segundo). En el tercer trimestre de 2001, lanzamos el VC33 que ofrece hasta 150 MFLOPS rendimiento. El C6203 fue puesto en libertad en 1Q02. Este DSP de punto fijo tiene 1600 MIPS con un rendimiento de 200 MHz en todo el rango de temperaturas posibles en el uso militar y ofrece 7M de bits en el chip de SRAM. Continuando con nuestro compromiso con el mercado DSP, Texas Instrument publicó el cerámico envasado C6415 que proporciona hasta 4.800 MIPS de rendimiento de procesamiento con una tasa de reloj de 600MHz. También ofrecemos un procesador gráfico militar, el 34020A.

En reconocimiento de la continua evolución de las demandas del mercado militar, nuestros DSPs se ofrecen en una variedad de opciones de procesamiento incluyendo MIL-PRF-38535 (QML clase Q), mejora de productos, y QML Clase V para aplicaciones espaciales.

- Procesador de punto fijoUn dispositivo desarrollado por Texas Instrument sobre punto fijo es el 320C6201B Fixed-Point DSP.

Su rendimiento es de 1200MIPS millones de instrucciones por Segundo) a 150MHz dentro de un rango de temperaturas comprendido entre -55º y 115º. Teniendo disponible el chip como un cerámico de 27 x 27 mm.

Características:- Advanced VLIW CPU Core; (1.8V) - 8 Highly Independent Functional Units:

o 6 ALUs (32- / 40-Bit); 2 16-Bit Multipliers (32-Bit Result) - Load-Store Architecture

o 32 32-Bit General Purpose Registers - All Instructions can be Conditional - 3.3 V Peripherals on the Chip - 1 M-Bit SRAM On Chip (1/2M Dual Access Data RAM, 1/2M

Internal Program RAM/Cache)- 32-Bit External Memory Interface (EMIF), Glueless to SDRAM,

SBSRAM, SRAM, EPROM - 4 Channel DMA, Bootloading Direct Memory Access Controller

with an Auxiliary Channel - 2 Multi-Channel Buffered Serial Ports (McBSPs) - 2 32-Bit General Purpose Timers - 16-Bit Flexible Host Port Interface (HPI) - IEEE-1149.1 (JTAG) Boundary Scan Compatible

- Procesador de punto flotanteUn dispositivo desarrollado por Texas Instrument sobre punto

flotante es el 320C6701.

Este DSP está siendo utilizado en diverso tipo de aplicaciones entre otras como:

- Misiles- Radar/Sonar- Comunicación de datos- Sistemas de imagen- Navegación(GPS)- Espacio

Su rendimiento está en torno a los 840 MFOPS (Millones de Operaciones de punto flotante) a 140MHz con un rango de

temperatura entre -55º y 125ºC, llegando a los 1120 MIPS. Hay que destacar su consumo, de 1.6W nominales a los 140MHz.

Su tecnología está basada en 0.18 micron TimelineTM, CMOS y usará 3.3V en I/O y 1.9V en core.

Características del 320VC33: - High-Performance Floating-Point Digital Signal Processor

(DSP): o SMJ320VC33HFGM150 o SM320VC33GNMM150 o 13-ns Instruction Cycle Time o 150 MFLOPS, 75 MIPS

- 32-Bit High-Performance CPU - 16/32-Bit Integer and 32/40-Bit Floating-Point Operations - Four Precoded Page Strobes to Simplify Interface to I/O and

Memory Devices - 32-Bit Instruction Word, 24-Bit Addresses - Two 1K x 32-Bit Single-Cycle Dual-Access On-Chip RAM

Blocks - Two 16K x 32-Bit Single-Cycle Dual-Access On-Chip RAM

Blocks - Total of 1.1-Mbit On-Chip SRAM - Boot-Program Loader - x(TBD) PLL Clock Generator - On-Chip Memory-Mapped Peripherals:

o One Serial Port o Two 32-Bit Timers o One-Channel Direct Memory Access (DMA) Coprocessor

for Concurrent I/O and CPU Operation

- Eight Extended-Precision Registers - Two Address Generators With Eight Auxiliary Registers and

Two Auxiliary Register Arithmetic Units (ARAUs) - Two Low-Power Modes - Two- and Three-Operand Instructions - Parallel Arithmetic/Logic Unit (ALU) and Multiplier Execution

in a Single Cycle - Block-Repeat Capability - Zero-Overhead Loops With Single-Cycle Branches - Conditional Calls and Returns - Interlocked Instructions for Multiprocessing Support - Bus-Control Registers Configure Strobe-Control Wait-State

Generation

- Procesador Multimedia de Video

El SMJ320C80 es un multi-procesador DSP. Integra en un solo circuito integrado cinco más potentes, con procesadores totalmente programables, un sofisticado DMA (acceso directo a memoria) con un controlador de memoria DRAM, SRAM, y la interfaz de memoria VRAM externa, 50 K bytes de SRAM. De los 50 K bytes de SRAM, 32K bytes son compartidos entre los cinco procesadores de apoyo. Esta combinación única de hardware facilita el procesamiento de una

amplia gama de multimedia y otras aplicaciones que requieren una gran cantidad de procesamiento.

Cuatro de los cinco procesadores son idénticos, los procesadores de señal digital avanzada (ADSPs) destinados a hardware para multiplicar el apoyo intensivo de procesamiento de señales, algo manpulación de píxel, y un poco de operaciones. Cada uno de los ADSPs es capaz de realizar múltiples RISC (reducido conjunto de instrucciones de ordenador) para las operaciones en un solo ciclo. El quinto procesador, el capitán del procesador, es uno de 32-bit RISC CPU que incluye un alto rendimiento, IEEE-754-compatible con unidad de punto flotante. Usted puede programar los cinco procesadores en C y lenguaje ensamblador.

Además de los procesadores completamente programables, la transferencia de control (TC) es un controlador DMA inteligente que gestiona toda la memoria del tráfico. El TC realiza transferencias de paquetes de datos entre los que se mueven en y fuera del chip de memoria. Estos incluyen transferencias de paquetes de instrucción y el servicio de caché de datos, así como complejas matrices de bytes programables que pueden incluir transferencias X / Y o lineal para hacer frente a la fuente o el destino de la matriz.

El C80 es capaz de realizar el equivalente de más de dos mil millones-RISC en operaciones por segundo. En algunas aplicaciones, un único C80 puede hacer el trabajo de más de diez de los más poderosos procesadores de propósito general o DSPs disponibles. Durante cada segundo de procesamiento, se pueden mover 2,4 gigabytes de datos y 1,8 gigabytes de instrucciones dentro del chip, además de 400 Mbytes de datos fuera de chips de memoria.

Características:- Over two billion RISC-like operations per second - Four 32-bit advanced DSPs in a multiple-instruction, multiple-

data(MIMD) configuration - A 32-bit RISC(reduced instruction set computer) master

processor with an integrated IEEE-754 floating-point unit; optimized for programming in C

- Byte-addressable machine with big-endian and little-endian byte ordering support

- 50K bytes of on-chip SRAM

- On-chip crossbar that allows five instruction fetches and ten parallel data accesses per cycle

- 64-bit transfer controller capable of up to 400 Mbytes/s on- and off-chip memory transfers

o Dynamic bus sizing for 64, 32, 16, or 8 bits o Access to 64-bit VRAM/DRAM/SRAM memory o 4-Gbyte memory address space

- A video controller that contains dual frame timers for simultaneous image capture and display

- Four external interrupts, edge- and level-triggered - Built-in emulation features accessed via an IEEE 1149.1 test

port - Full-scan design (plus boundary scan), accessed via an IEEE

1149.1 test port - 3.3-volt processor - TI EPIC 0.5-um CMOS technology - Approximately 4 million transistors

Bibliografía.

http://www.ssreng.com http://biblioteca.universia.net http://www.eleconomista.es

http://www.indra.es http://focus.ti.com