声纳基阵信号模拟器实时软件的开发

　　1 系统需求分析

　　声纳基阵信号模拟器的任务是实时仿真声纳系统的阵元信号,要求能够仿真不同海洋情况下,多种阵型的水听器基阵接收到的运动目标发出或发射的相应信号。声纳基阵信号模拟器的使用将有效缩短数字式声纳的研制周期,大大减少湖试和海试的次数,因此它的研制成为声纳技术发展过程中一个重要组成部分。

　　某型声纳基阵信号模拟器实现了多部声纳基阵信号的仿真任务,其系统构成框图如图1所示。模拟器处理平台以通用信号阵列处理系统为运行环境,实时实现了大量仿真算法,包括仿真来自4个目标的辐射噪声和侦察信号、来自本舰的主动信号、来自环境的背景噪声,以及对传播信道和声纳基阵(最多64个基元)的仿真;模拟器显控平台具有可视化的数据显示、控制和图形输出功能,可以实时控制模拟器处理系统的工作流程;整个系统还提供了多种数据传输接口。

　　要实时完成整个模拟器系统中所有算法的仿真,尤其是同时完成对多种信号的仿真,所需要处理的数据量和存储量都是巨大的。我们最终选择AD-SP21060浮点多DSP处理器平台(以下称为通用信号处理平台,由中国科学院声学研究所研制)来完成某型声纳基阵信号模拟器的信号处理系统,主要原因是ADSP21060芯片具有较强的并行处理能力,为整个系统的硬件设计和软件开发都提供了很高的可靠性和方便性。通用信号处理平台由通用信号处理机(硬件环境)和实时多任务操作系统(软件环境)组成。下面分别介绍通用信号处理机和实时多任务操作系统。

　　2 系统硬件环境

　　通用信号处理机是整个通用信号处理平台的硬件环境,采用开放式模块化结构设计,主要模块有DSP阵列信号处理模块,多通道A/D模块,多通道D/A模块和多功能接口模块等。下面简要介绍声纳基阵信号模拟器所主要涉及的DSP阵列信号处理模块的组成和基本功能。

　　DSP处理板为通用信号处理平台的核心部分,它采用6UCompactPCI(CPCI)总线结构,通常完成通用信号处理平台所需的绝大部分数字信号处理功能。该平台通常由若干块DSP板组成,板与板之间通过Link口连接,形成不同规模的多DSP并行阵列处理系统,以完成不同的信号处理算法。数字信号处理板采用CPCI总线结构,由6片ADI公司的AD-SP21060 DSP组成并行阵列数字信号处理板。主要部件还包括:PCI芯片PLX90801片,512K@32BitSRAM EDI8L32512C17AC两片和EPLD M5-256/160-15YC/I 1片等,如图2所示。

　　3 系统软件环境

　　WindRiver公司的Virtuoso是针对DSP处理器环境设计的嵌入式实时多任务操作系统。它与Visu-alDSP集成开发环境完全兼容,利用ViusalDSP中的编译器,连接器生成最终可执行代码。Virtuoso采用分层的系统结构,支持非常高效应用设计及快速的中断响应,为应用程序提供全面的抢占式实时多任务服务调用接口(API)。Virtuoso有单处理器(SP)和多处理器(VSP)两个版本,分别对应于单处理器和阵列多处理器应用。