Traitement numérique du signal radar

Sapienza Robert, Jean-Jacques Julié

Description

Cet ouvrage cible le domaine particulier du traitement numérique du signal pour les radars aéroportés militaires. Il propose aux ingénieurs et techniciens une approche pour le développement d'applications fortement contraintes. Les solutions proposées s'appuient sur l'expérience concrète acquise lors du développement de radars pour des grands programmes comme Mirage 2000 et Rafale. Les auteurs proposent une démarche progressive puis analysent l'aspect implémentation sur une architecture multi-processeurs pour laquelle le choix des médias de communication joue un rôle très important au niveau de la performance du produit. Après avoir apporté un certain nombre d'éléments permettant d'orienter les choix (COTS ou non, calculs en fixe ou en flottant, etc. ), ils complètent le parcours en fournissant les bases de l'atelier permettant la programmation de tels calculateurs.

Sujets

• Techniques
• Ingénieurie et sciences appliquées
• Ingénieurie et sciences appliquées
• Information Theory
• Computers
• Informatique
• Ordinateur
• Technique
• Radar
• Théorie de l'information

Informations

• Publié par: Hermès - Editions Lavoisier
• Date de parution: 01 septembre 2022
• Nombre de lectures: 1
• EAN13: 9782746217447
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

Traitement numérique du signal radar

© LAVOISIER, 2004 LAVOISIER 11, rue Lavoisier 75008 Paris

Serveur web : www.hermes-science.com

ISBN 2-7462-0956-X

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Traitement numérique du signal radar

architectures parallèles pour applications aéroportées

Jean-Jacques Julié

Robert Sapienza

Table des matières

Préface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . .

9

Remerciements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Avant-Propos13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Position du problème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Le traitement multidimensionnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Le multiprocessing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Comment spécifier un calculateur ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Les contraintes fonctionnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Les contraintes non fonctionnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Les contraintes temporelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Approche déterministe/approche non déterministe . . . . . . . . . . . . 18

Chapitre 1. Parallélisation des traitements. . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.1. Analyse préliminaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.2. Différents types de parallélismes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.2.1. Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.2.2. Le parallélisme de tâches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.2.3. Le parallélisme de données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

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1.2.3.1. Le multiplexage temporel . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.2.3.2. Le parallélisme de données synchrone non coopératif. 33 1.2.3.3. Discussion sur la parallélisation des algorithmes . . . . 35 1.2.3.4. Le parallélisme de données synchrone coopératif . . . 39 1.3. Le concept d’accélération ouspeed up43. . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.1. Rappels théoriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 1.3.2. Approche pratique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 1.4. Comment choisir ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Chapitre 2. Calculateur pour le traitement du signal radar61. . . . . .

2.1. Caractéristiques générales du traitement du signal radar . . . . . . 2.2. Architecture fonctionnelle pour un calculateur embarqué . . . . . 2.2.1. Module de supervision. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2. Module d’interface capteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3. Ressources de calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.4. Mémoire de masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Architecture logicielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.2. Le niveau driver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.3. Le niveau noyau temps réel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.4. Le niveau interface utilisateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.5. Le superviseur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.6. Le debug . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Architecture traitement (modèle de programmation) . . . . . . . . 2.5. Architecture des communications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.1. Modèle ISO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.2. Un exemple de classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.3. Recommandations pour le bus de contrôle et le réseau de communication de données . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.3.1. Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.3.2. Bus de supervision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.3.3. Réseau de communication de données . . . . . . . . . . 2.5.3.4. Commutation de circuits ou commutation de paquets . 2.6. Point de vue sur quelques sujets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.1. Approche COTS ou approche propriétaire ? . . . . . . . . . . 2.6.1.1. Trouver le bon compromis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.1.2. Démarche Model Year . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.2. Quel type de processeur choisir ? . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.2.1. Vision générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6.2.2. Calculs en format fixe ou en format flottant . . . . . . . 2.6.2.3. Processeur élémentaire ou cluster ? . . . . . . . . . . . .

61 64 65 66 66 67 67 67 69 69 72 72 73 73 74 74 78

 82  82  82  83  89  90  90  90  92  93  93  95 106

Table des matières 7

2.6.2.4. Représentation générique d’un nœud de calcul de type processeur élémentaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

Chapitre 3. Atelier de développement logiciel

. . . . . . . . . . . . . . . 111

3.1. Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.1.1. Atelier : une définition s’impose . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.1.2. Atelier, motivation : problématique du traitement du signal radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 3.2. Un atelier adapté au traitement du signal . . . . . . . . . . . . . . . 113 3.2.1. Vers de nouvelles méthodologies . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 3.2.1.1. Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 3.2.1.2. Spécification exécutable : un premier pas nécessaire . 117 3.2.2. Le processus de développement . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 3.2.2.1. Présentation d’ensemble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 3.2.2.2. Le processus en détail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 3.3. Atelier, constitution et conception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 3.3.1. Première approche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 3.3.1.1. Fonctionnalités allouées à l’atelier . . . . . . . . . . . . . 134 3.3.1.2. Impact sur la nature des entrées . . . . . . . . . . . . . . . 137 3.3.2. Deuxième approche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 3.3.2.1. Les différents constituants de l’environnement atelier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 3.3.2.2. Pour chaque constituant, un formalisme . . . . . . . . . 144 3.4. Atelier, mise en œuvre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 3.4.1. Description des différentes étapes du processus et illustration sur un exemple unique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 3.4.2. Placement fonctionnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 3.4.2.1. Placement fonctionnel des tâches. . . . . . . . . . . . . . 149 3.4.2.2. Placement fonctionnel des communications inter-SPMD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 3.4.2.3. Placement fonctionnel des communications intra-PE . 151 3.4.3. Placement logique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 3.4.3.1. Placement logique des macro-tâches SPMD . . . . . . . 153 3.4.3.2. Placement logique des communications intra-PE . . . . 156 3.4.4. Placement physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 3.4.5. Génération de code exécutable pour la cible . . . . . . . . . . 158 3.5. Atelier, ce qu’il faut retenir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

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Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

Bibliographie165. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Glossaire167. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

P RÉFACE

Dans le contexte général dévolution rapide des capacités de traitement de linformation, le radar occupe une place éminente : très gourmand, en nombre dopérations comme en capacité mémoire, et ses concepteurs sont déjà prêts à définir les modes futurs à haute résolution, aux capacités impressionnantes, mais 100 à 1 000 fois plus gourmands que les modes actuels ! soumis à de fortes contraintes de temps réel, qui vont encore saccroître considérablement avec lexploitation plus fine des capacités offertes par le balayage électronique et les antennes actives ; soumis également, en particulier pour les radars aéroportés ou spatiaux, à des contraintes denvironnement, de volume, de consommation extrêmement strictes.

Par ailleurs, la complexité des matériels mis en jeu, et leurs très longs cycles de vie, obligent à faire des choix darchitectures et de principes très en amont de la production, en garantissant le maintien et la capacité dévolution de chaque élément de la chaîne tout au long de la durée de vie du radar.

Une bonne compréhension des enjeux et des limitations des différentes architectures de traitement est donc nécessaire, aussi bien pour le spécialiste du domaine que pour ses coopérants : cest à cette tâche que Jean-Jacques Julié et Robert Sapienza se sont attelés, à leurs heures perdues, avec le beau résultat que voici : un document précis sur les architectures parallèles de traitement numérique du signal,

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bâti avec à chaque page le souci de faire comprendre les enjeux et dexpliquer les choix. Dans ce domaine où les acronymes et les présupposés sont légion, il est particulièrement appréciable de trouver des spécialistes incontestés qui prennent ici le temps dexpliquer, et de faire partager leur expérience.

Cette expérience est apparente dès lintroduction, qui pose au départ les principales contraintes à prendre en compte lors de la spécification. Lanalyse des différents types de parallélisme, exposés de façon précise dans le chapitre suivant, ouvre la voie au chapitre central sur les architectures  fonctionnelle, logicielle, traitement, communications  et se conclut par une intéressante discussion de quelques sujets délicats : COTS ou propriétaire, fixe ou flottant, etc. où lexpérience des auteurs sexprime clairement et librement. Le dernier chapitre est consacré à latelier de développement, avec le même souci de généricité de la démarche et de clarification des choix.

En retrouvant dans ces exposés la précision et la qualité des explications que javais déjà pu apprécier au quotidien chez les auteurs, je suis certain que cet ouvrage contribuera pour beaucoup à lamélioration des démarches mises en uvre dans les différentes équipes, et à la formation des futurs ingénieurs du domaine.

François L E C HEVALIER Directeur Scientifique, Thales Systèmes Aéroportés