Implementazione dell’algoritmo su DSP

A livello di codice possono essere distinte due diverse sezioni:

• La sezione di elaborazione, che si occupa di processare i dati ricevuti al fine di ottenere i parametri necessari per il tracking, ossia SSI e fd.

• La sezione decisionale che valutando i parametri ottenuti dal processing decide se spostare i fasci di riferimento e di misura.

5.5.1 Sezione di elaborazione

Il modulo richiede una lettura della slice di memoria in cui sono contenuti i dati ricevuti relativi al fascio di riferimento; a questi campioni viene applicata una finestra e tramite una FFT viene calcolato lo spettro del segnale.

A partire da questo sono calcolate le potenze per le frequenze positive e negative, P+ e P-, rispettivamente, e il segno della frequenza Doppler; poiché

per l’algoritmo è necessario solamente sapere se fd assume valori positivi o

negativi, viene utilizzata una versione semplificata della formula per calcolarla, in modo da ridurre il carico di lavoro del DSP.

∑

=

k

S

f

Dei valori calcolati viene poi effettuata una media su più spettri e su più profondità in modo da irrobustire il valore calcolato.

P+ e P- vengono presentati alle funzioni per il calcolo di SSI e del segno di fd

attraverso due percorsi distinti; nel caso in cui il sistema sia sganciato, ossia alla ricerca della condizione di simmetria i parametri vengono calcolati direttamente, viceversa nel caso in cui il sistema sia agganciato, ossia il fascio di riferimento sia già orientato perpendicolarmente rispetto al flusso, viene effettuata su P+ e P- un’ulteriore media su 4 valori.

Figura 5.5 - Diagramma a blocchi della sezione di processing

L’ultimo stadio dell’elaborazione consiste quindi nel calcolo dei parametri fondamentali, ossia l’indice di simmetria SSI ed il segno della frequenza Doppler media, sgn(fd), presentandoli poi alla sezione decisionale che li analizza per

5.5.2 Sezione decisionale

Alla base della sezione decisionale c’è una macchina a 3 stati, ognuno dei quali connesso ad una delle possibili condizioni in cui può trovarsi il sistema.

• Non agganciato: SSI inferiore alla soglia dell’80%.

• In aggancio: SSI ha superato la soglia e l’algoritmo sta valutando se il fascio selezionato è il migliore possibile oppure no.

• Agganciato: SSI superiore alla soglia, condizione di perpendicolarità ottenuta.

Figura 5.6 - Diagramma degli stati della macchina decisionale

Durante la ricerca della perpendicolarità il fascio viene spostato ad ogni iterazione del modulo di una quantità, chiamata “passo” che può variare tra 0.5° e 4°; il valore del passo viene calcolato attraverso una funzione inversamente proporzionale al SSI, in modo da ottenere passi tanto più lunghi tanto più il fascio è lontano dalla condizione di simmetria.









−

=

10

2

1

4

)

(SSI

SSI

J

All’avvio del sistema il tracking si trova nello stato “non agganciato”; all’avvio delle prime stime di SSI e del modulo della frequenza Doppler media il modulo decide in base a tali valori se il fascio è lontano dalla condizione di perpendicolarità e va spostato o se entrare nello stato “in aggancio”.

Figura 5.7 - Diagramma di flusso completo dell’algoritmo di tracking

Ad ogni iterazione dell’algoritmo la sezione decisionale valuta il valore di SSI e se questi è inferiore alla soglia dell’80% il fascio di riferimento viene spostato nella direzione indicata dal segno di fd, verso destra se il segno è positivo verso

sinistra se negativo, calcolando il passo con cui variare l’inclinazione di tale fascio.

Superata la soglia il sistema entra nello stato “in aggancio” e l’algoritmo cerca tra le possibili linee generabili quella che offre un indice di simmetria migliore.

In questa fase viene quindi memorizzato lo SSI attuale e viene spostato il fascio di 0.5° nella stessa direzione in cui era stato mosso durante l’ultima iterazione, attendendo dalla sezione di processing una nuova stima del valore di SSI relativa al nuovo fascio; alla ricezione dei nuovi dati la sezione decisionale confronta la nuova stima di SSI con la precedente e nel caso in cui questa sia più elevata l’algoritmo passa nello stato agganciato, viceversa viene prima selezionata la linea precedente che garantiva un maggiore indice di simmetria e successivamente viene cambiato lo stato in “agganciato”.

Nello stato agganciato, l’algoritmo continua a controllare il valore dell’indice di simmetria assicurandosi che resti superiore alla soglia, tornando nello stato sganciato non appena questa condizione viene meno.

La sezione decisionale ha anche lo scopo di decidere quale linea deve essere selezionata per il fascio di misura tra le due possibili, quella a +15° e quella a -15°.

Per massimizzare l’angolo Doppler questa linea deve sempre trovarsi in direzione opposta rispetto a quella di misura, per cui l’implementazione più

semplice di questa strategia consisterebbe nel selezionare il fascio a +15° quando la linea di riferimento scelta dall’algoritmo ha un angolo negativo ed il fascio a -15° nel caso opposto.

Lo svantaggio di tale scelta si verificherebbe nella situazione in cui il vaso sotto indagine si trovi praticamente parallelo alla sonda, cosa che porterebbe a selezionare la linea di riferimento centrale e quelle immediatamente adiacenti durante l’inseguimento e provocando nel fascio di misura una continua oscillazione tra i due possibili orientamenti a +15° e -15°.

Per eliminare questo problema è stata quindi introdotta un’isteresi sullo spostamento del fascio di misura: il fascio di misura viene quindi spostato solamente quando si trova nella stessa direzione del fascio di riferimento e quest’ultimo possiede un angolo in valore assoluto maggiore o uguale a 2°.

Figura 5.8 - Diagramma di flusso per la selezione del fascio di misura