Исследование и разработка быстродействующих программно-аппаратных подсистем автоматизированной системы научных исследований "Гидроакустика" Турулин, Игорь Ильич

Введение к работе

Актуальность темы. Совершенствование'-' гидроакустических эмплексов (ГК) ведет к усложнении аппаратной- и программкой астей ГК, в-результате чего при. проектировании ГК возникает -еобходимость применения автоматизированных систем научных ис-. ледовашй (АСШ). АСШ "Гидроакустика" предназначена для ис-ледования -новых алгоритмов, программ-и устройств обработки идроакустической информации, а также для контроля и диагнос-ики готовых аппаратных и программных блоков.

Производительность специализированных вычислительных уст-ойств ГК, необходимая для работы в реальном времени, оценива- тся величиной порядка десятков миллионов операций в секунду, . иногда может на несколько порядков превысить данную оценку. іозтому в общем случае работу программно реализованных подойдем не в состоянии обеспечить даже мультипроцессорные универ-:альные супер-ЭЕМ.Этот факт приводит к необходимости' примене- . ия средств аппаратной поддерзка АСШ. Следовательно, в состав іСНИ "Гидроакустика" должны входить аппаратные, программные и іппаратно-программше подсистемы с приоритетом программной рё-шизации как более гибкой.

Математические модели ГК и радиосистем к настоящему времени достаточно . хорошо разработаны. Однако Зыстродействущи'е алгоритмы' программной реализации подсистем І.СШ разработаны недостаточно, особенно. быстродейст-зувдие алгоритмы формирования сигнально-помеховой обстановки.

Тагам образом, существует проблема оптимизации по быстродействию подсистем АСШ и проблема разработки приближенных МО-целей, отличающихся высоким быстродействием, в связи с чем гема диссертационной работы является актуальной.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка быстродействующих алгоритмов и структур программных, аппаратных и программно-аппаратных подсистем ІСНИ "Гидроакустика", а также оптимизация по быстродействию

ЇЗЕЄСТНМ.Я ро<5 СИСТЕМ АСШ.

ОакАхыь .-.'!«&чи исследования.

I. *чау«* общих вопросов реализации подсистем АСШ. 2~^r<~JL~^v зние и разработка быстродействующих алгоритмов имить^іі. Гидроакустической сигнально-помеховой обстановки. 3.'Исследование и синтез быстродействующих аппаратных и

ашаратно-црограммных имитаторов повышенного быстродействия.

4. Анализ и разработка методов повышения интегрального быстродействия, а также надежности АСШ.

Научная новизна работы.

1. Разработана методика определения оптимальных соотношений- между аппаратной и программной частями АСШ.для различных типов управ лящих ЭШ.

2. Разработана методика решения прямой и'обратной задач распределения погрешностей в АСШ "Гидроакустика" и получены соответствуйте формулы.

3..Показана возможность аппроксимации нормальных случайных процессов равномерно распределенными для повншеїшя быстродействия моделей помеховой обстановки. Получены критерии допустимости такой замены.

4. Синтезирован ряд математических моделей и соответству
ющих им быстродействующих алгоритмов формирования сигнально-
помеховой обстановки с учетом качки и движения носителя
антенны, а также перемещения объектов локации:

формирования массивов эхосигналов от точечных и бликовых объектов с учетом затенения объекта объектом;

моделирования пространственно-коррелированной и пространственно-некоррелированной помеховой обстановки (поверхностной, объемной и донной реверберации).

5. Предложены структурные схемы программно-аппаратных имитаторов сигнально-помеховой обстановки реального времени с учетам качки и движения антенны,перемещения объектов локации.

6. Разработаны методы повышения быстродействия имитационных моделей путем использования табуляции и интерполяции цифровых сигналов и других "медленных" функций.

7. Разработаны способы повышения производительности АСШ путем оптимизации процесса обмена данными между оперативной и внешней памятью ЭЕМ.

8. Предложен способ организации управляшдей программы АСШ со встроенной системой полуавтоматического повторного запуска (рестарта).

Практическая ценность работы заключается в том, что предложенные программные, аппаратные и прстраммно-йппаратдые имитаторы позволяют значительно повысить быстродействие АСНЙ, сказать вычислительные е аппаратурные затраты. Оценка прямой и обратной задач распределения погрешностей,

5 "

а также применение алгоритмов интерполяции .' позво-. ляет исключить избыточность при дискретном- представлении сигналов в имитационной модели. Полученные соотношения между программной и аппаратной частями АСНИ для различных ЭБЫ позволяют выбрать ЭВМ или решить обратную задачу. Разрабо-г тка быстродействующих аппаратных и программно-аппаратных имитаторов входных сигналов обеспечивает возможность исследования ГК с частотами зондирунцих сигналов свыше 200 кГц, что допускает исследование и тестирование аппаратных блоков ГК. Разработка подсистемы полуавтоматического рестарта на языке моделирования обеспечивает надежное функционирование АСНИ в условиях сбоев. Кроме того, подсистема может применяться самостоятельно в любых других программах. Оптимизация по быстродействию процесса обмена данными между-оперативной и внешней памятью ЭВМ значительно повышает производительность АСНИ.

Таким образом, применение перечисленных подсистем, а также соответствующих методик в АСНИ "Гидроакустика" сокращает сроки и стоимость разработки ГК.

Использование результатов работы. Результаты диссертационной работы были использованы при-выполнении двух хоздоговорных и одной госбюджетной работы, что подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. По основным результатам диссертационной работы делались доклады на: Республиканском совещании-семинаре "Использование ЭВМ в учебной и научно-исследовательской работе студентов", Новосибирск, 1988; Ростовской областной научно-технической конференции, посвященной Дню радио, Ростов-на-Дону, 1989; Ы всесоюзной школе-семинаре "Методы гидрофизических исследований", Калшин--град, IS89; IX всесоюзной конференции "Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях", Москва, 1989; Всесоюзной конференции "Проблемы разработки'и внед-" рения микропроцессорных комплексов с сетевой архитектурой", Севастополь, 1990; УИ межотраслевой научно-технической" конференции -по цифровой обработке информации,- Таганрог, 1990; Всероссийской научно-технической конференции "Экологические моннторпяги", Таганрог, I99J; Всесоюзной научно-технической конференции "Надежность-машин. Математическое моделирование задач динамики.»"оделирование-ЭГ', Кишинев, 1991. Результаты .работы" также. докладывались в течение ряда лет-на научко-техни-

ческих конференциях профессорско-преподавательского состава Таганрогского радиотехнического института.

'.Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 16.печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, перечня попользованных ' источников, а также приложений. Основная часть (кроме приложений и перечня использованных источников) содержит 146 страниц машинописного текста, иллюстрируется рисунками и таблицами на 36 страницах. Перечень использованных источников включает 119 наименований. Автор защищает:

1. Методику определения соотношения-между аппаратной и программной частями АСНИ для различных типов управлящих ЭЕ".!.

2. Методику решения прямой и обратной задач распределения погрешностей в ACIffl "Гидроакустика".

3. Метод повышения быстродействия имитационных моделей .путем замени случайных процессов с нормальным распределением случайкы.'.31 процессами с равномерным распределением на основе полученных критериев допустимости такой замены.

4. Математические модели и соответствующие им быстродействующие алгорлтш моделирования пространственно-некоррелированной іюі.ієховой и пространственно-коррелированной сигналь-но-ломеховоп обстановки с учетом качки и двпхешш антенны, перемещения объектов локации, взаимного затенешш объектов.

5. Принципы построения программно-аппаратных имлтато-ров сигнально-помехоБоц обстановки реального времени с учетом качки и движения.

6. Методы повышения быстродействия имитацлощшх моделей, основанные на использовании табуляции и интерполяции.

7. Методы оптимизации процесса обмена данным между оперативной и внешней памятью ЭВ'.!.

8. Алгоритм встроенного полуавтоматического рестарта.