CC BY
118
В заключение статьи хотелось бы отметить, как формировалось основное научное направление кафедры «НЕЛИНЕЙНАЯ ГИДРОАКУСТИКА» и как в этом процессе участвовал завод «Прибой», его ОКБ (в дальнейшем НИИ «Бриз»). Кафедра отсчитывает рождение «Нелинейной гидроакустики» в ТРТИ с первых исследований, начатых в 1965 г. Уже в 1974 и 1976 гг. в Таганроге были проведены 1-я и 2-я Всесоюзные научно-технические совещания под девизом «Нелинейная гидроакустика». Появились первые макеты приборов и первые кандидатские диссертации. Кстати, к настоящему моменту из 10 докторских диссертаций кафедры 6 защищены за последние 6 лет (В. А. Воронин, С.П. Тарасов, Н.П. Заграй, С. А. Борисов, А.И. Марколия и
Н.Н. Чернов). Последняя защита состоялась в октябре 2004г.
Акустики ТРТУ в этом достигли абсолютного рекорда. Еще 2 докторские диссертации по этой тематике сейчас в стадии подготовки. Первый заказ на выполнение хоздоговорной работы по нелинейной гидроакустике поступил от ОКБ «Бриз». Мы создали первый в стране измерительный параметрический излучатель для гидроакустического бассейна. После этого создали на кафедре первые макеты параметрических гидролокаторов. С ними мы ходили в многочисленные научные и поисковые (иногда авантюрные) экспедиции. Мы выходили в море иногда на научноисследовательских судах завода «Прибой» и НИИ «Бриз». О внедрениях параметрического режима в рыбопоисковые станции «Пескарь» и «Сарган-М», а также в «Кабаргу» таганрогские акустики осведомлены. С нашими параметрическими приборами мы побывали в 60 научных экспедициях во всех регионах Мирового океана. В 1985 г. работы ТРТУ в области нелинейной гидроакустики отмечены Государственной премией СССР в области науки.
О научных результатах лучше всего прочесть в ряде книг, особенно в монографии «Акустические океанологические исследования и экспедиции» (авторы В.П. Кузнецов, Б.Г. Мордвинов, В.И. Тимошенко. Ростов-на-Дону: Ростиздат, 2003). В этой же книге приведены технические параметры всех созданных на кафедре параметрических гидролокаторов, эхолотов и гидролокаторов бокового обзора. Последние разработки наших приборов прошли государственные испытания («заказчик» -МИНРЫБХОЗ). Все решения выполнены в цифровом виде, представление результатов на мониторе, есть мощное программное обеспечение, комплекс снабжен электронными картами и спутниковой навигацией. Гидроакустические антенны выполнены в стеклопластиковом обтекателе. Кафедра по гидроакустике выполняет крупные заказы разных ведомств. Кафедральный кадровый потенциал (много докторов и кандидатов наук), наша измерительная и технологическая база позволяют выполнять для завода «Прибой», нашего давнего и надежного партнера, крупные необходимые для флота работы.
БАЗОВЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГАС И ГАК А. Р. Лисс, Н. В. Мальцева, А. В. Рыжиков, Г. Ц. Селеджи
ФГУП «ЦНИИ "Морфизприбор"», г. Санкт-Петербург
Приведён обзор современных и перспективных сигнальных и универсальных процессоров. Приводятся характеристики изготовленного в ЗАО «МЦСТ» по заказу ФГУП “ЦНИИ “Морфизприбор” вычислительного комплекса ВК-27. Предложена структура базовых вычислительных средств для перспективных гидроакустических станций и комплексов на основе универсальных процессоров МЦСТ 150/500 разра-
ботки ЗАО «МЦСТ» (г. Москва) и сигнальных процессоров КМ6403/04 разработки НТЦ «Модуль» (г. Москва) ЦВК.
ЦВК современных ГАС и ГАК - это многофункциональная, многопроцессорная, аппаратно-программная вычислительная система, обеспечивающая прием и обработку цифровых сигналов, выделение полезной информации, предъявление ее оператору, а также управление гидроакустической системой, автоматизированный контроль ее работы, поиск неисправностей и взаимодействие с другими системами корабля.
В работе [1] определена конфигурация ЦВК, реализующая задачи современных ГАС и ГАК. Она включает в себя программируемые процессоры сигналов (ППС), обеспечивающие первичную обработку сигналов, универсальные ЭВМ (УЭВМ), обеспечивающие вторичную обработку информации, и пульты, содержащие УЭВМ, мониторы, клавиатуру и манипулятор.
Базовая конфигурация, по которой строятся ЦВК современных ГАК и ГАС, включает в себя программируемые процессоры сигналов (ППС), выполненные на сигнальных микропроцессорах и обеспечивающие первичную обработку сигналов, универсальные ЭВМ (УЭВМ), обеспечивающие вторичную обработку информации, и пульты, содержащие УЭВМ, мониторы, клавиатуру и манипулятор. Число ППС, УЭВМ и пультов в конкретной системе определяется объемом и содержанием решаемых задач, характеристиками вычислительных средств, а ЦВК, соответственно, может иметь от 3-х уровней приборов до 1-го уровня, когда УЭВМ пульта включает в себя ППС - в виде акселератора, обеспечивающего первичную обработку сигналов, а вторичная обработка и задачи СОРД реализуются той же УЭВМ. При этом в зависимости от архитектурных особенностей и загрузки ППС и УЭВМ возможно оптимизирующее перераспределение задач между ними.
Приведенная на рисунке конфигурация ЦВК защищена совместным патентом ЦНИИ «Морфизприбор» и НИИСИ РАН и реализована более чем в 10-ти проектируемых и модернизируемых ЦНИИ «Морфизприбор» ГАС и ГАК, многие из которых уже переданы заказчику.
Базовыми (составляющими основу таких ЦВК) стали отечественные вычислительные средства серии «Багет», разрабатываемые НИИСИ РАН.
Наряду с разработками НИИСИ РАН в последние годы серьезные успехи в создании отечественных микропроцессоров и вычислительных средств на их основе достигнуты в ЗАО «МЦСТ» и НТЦ «Модуль», что позволяет ориентироваться на эти средства при создании ЦВК следующего поколения ГАС и ГАК.
В табл. 1 приведены характеристики современных 32-разрядных сигнальных процессоров, которые являются основой программируемых процессоров сигналов (ППС). Сигнальные микропроцессоры предприятий НТЦ «Модуль» и НПЦ «ЭЛВИС» по характеристикам, представляющим наибольший интерес для гидроакустических систем, приближаются к лучшим зарубежным микропроцессорам, а по такому показателю, как производительность при выполнении умножения с накоплением комплексных чисел, широко применяемому при формировании характеристик направленности, процессоры КМ6404 превосходят все зарубежные образцы.
Таким образом, для систем первичной обработки сигналов, где требуется высокая производительность на операциях БПФ и МАС (умножение с накоплением), в России появляется сигнальный микропроцессор, не уступающий по характеристикам лучшим зарубежным образцам.
В табл. 2 приведены характеристики лучших отечественных и зарубежных универсальных микропроцессоров. Из таблицы видно, что микропроцессор МЦСТ-Я500, серийный выпуск которого планировался в 2004г., по своим характеристикам сопоставим с лучшими зарубежными образцами.
Таким образом, состояние отечественной элементной базы позволяет, оставаясь в рамках ограничений директивных документов и международных соглашений, проектировать ЦВК для систем 2005 - 2007гг. на самом современном уровне.
Таблица 1
Характеристики современных 32-разрядных сигнальных микропроцессоров
Микро- процессор Фирма Бт (МГц) Пиковая производи- тельность (Мflops) Объем ОЗУ (Кбайт) Время выполнения БПФ 1К комплексных отсчетов (мсек) Производительность для МАС над компл. числами (ММАС)
TMS 320C6701 Texas Instruments 150 1000 128 0,078 75
ADSP TS001M Analog Devices 250 1500 750 0,07 125
NM6403/04 НТЦ «Модуль» 40/150 120/225 (МОРС) 0,256/256 0,5/0,04* 80,300*
1В577/1В577М НИИСИ РАН 40/150 60,220 8,140 1,1/0,25 5/20
Мультикор-02 НПЦ «ЭЛВИС» 100 1200 128 0,05 100
с фиксированной точкой
Таблица 2
Характеристики лучших отечественных и зарубежных универсальных микропроцессоров
Страна Микропроцессор Фирма Разрядность Бт, МГц Производительность SPEC 95 int/fp
США Ultra SPARC-III Sun 64 600 30/60
Itanium (IA-64) 64 800 50/75
Alpha 21364 Compag 64 1000 70/120
Mc Kinley (Itanium 2) Intel 64 1000 100/150
Россия 1B812 НИИСИ РАН 32 40 Нет оценки
МЦСТ^150 МЦСТ 32 150 4,4/5
МЦСТ^500 МЦСТ 32 500 15/17
Е2К МЦСТ, ИВТ РАН 64 1200 135/350
ЦНИИ «Морфизприбор» совместно с ЗАО «МЦСТ» было проведено тестирование ВК «Эльбрус - 90 микро», выполненного на базе микропроцессоров МЦСТ-R150, на характерных задачах для вторичной обработки и СОРД. Полученные результаты подтвердили высокую вычислительную производительность этих средств на задачах гидроакустики (на порядок выше, чем на ЭВМ «Багет-23»).
На базе аналога ВК «Эльбрус - 90 микро» и ППС, реализованного на сигнальных микропроцессорах NM6404, был создан макет ЦВК активно-пассивной ГАС с ГПБА, который успешно прошел морские испытания на базе ГАС «Кентавр» и был передан в эксплуатацию флоту.
Выполненные проработки и результаты испытаний макета подтвердили возможность создания на этих средствах вычислительного комплекса, обеспечивающего требования к ЦВК большинства ГАС и ГАК нового поколения.
Такой вычислительный комплекс «Эльбрус - 90 микро» «ВК-27» в настоящее время разработан по техническому заданию ЦНИИ «Морфизприбор» в ЗАО «МЦСТ» с участием НТЦ «Модуль».
В состав «ВК-27» входят:
- 4 процессора МЦСТ R150 с тактовой частотой 150 МГц (с заменой в перспективе на микропроцессоры МЦСТ R500 с тактовой частотой 500 МГц). Все процессоры, а также оперативная память объёмом до 1Гб располагаются на общей системной шине. Кроме того, каждый процессор обладает собственной оперативной памятью объёмом 1 Мб;
- три четырехпроцессорных модуля МЦ4.04, расположенные на шине PCI, доступной ЦП. Модули МЦ4.04 выполнены на микропроцессорах NM6403 с тактовой частотой 40 МГц (с заменой в перспективе на микропроцессоры NM6404 с тактовой частотой 150 Мгц), общей памятью объемом 128 Мб, локальной памятью -4 Мб, СППЗУ -1 Мб. На каждом модуле может быть установлен мезонин, обеспечивающий двусторонний обмен с другими приборами и системами со скоростью 80 Мб/сек на канал;
- необходимое количество видеоадаптеров (1 или 2), каналы «Манчестер», Ethernet, RS-232, Centronics, два съемных запоминающих устройств общей емкостью 36 Гбайт.
Многофункциональная операционная система, входящая в состав общего программного обеспечения, обеспечивает прозрачное для программиста распределение программ по имеющимся в составе ЭВМ универсальным процессорам и производительность ВК, близкую к производительности однопроцессорной ЭВМ с учетверенной тактовой частотой - 16/18 SPEC 95 int/fp (в перспективе 50/60). Производительность ППС ВК на одной из основных операций первичной обработки сигналов (умножение с накоплением) может меняться от 40 до 138х103 ММАС в зависимости от разрядности операндов (в перспективе от 150 до 518х103 ММАС), время выполнения БПФ на 1024 точки в одном процессоре - 0,5 мс (в перспективе - 0,04мс).
Увеличение производительности ЦВК ГАК может быть достигнуто за счет объединения нескольких ВК типа «ВК-27», структура которого предусматривает такую возможность. При этом каждый из ВК может иметь различное количество модулей МЦ.04 и различный набор интерфейсных модулей. Все модули разработаны в конструктиве Евромеханика 6U. Конструкторские проработки показывают, что такой ВК занимает один этаж унифицированной стойки и может быть установлен внутри пультового прибора ГАС или ГАК.
Выполненные проработки, подтверждённые результатами испытаний макета, показывают, что вычислительный комплекс «ВК-27» обеспечивает возлагаемые на ЦВК задачи: первичную обработку сигналов, вторичную обработку информации, отображение информации на двух индикаторах и управление изделием, может быть базовым ЦВК для широкого класса ГАС и ГАК и имеет хорошие перспективы развития на основе перехода на микропроцессоры «МЦСТ R500» и NM6404.
Для больших ГАК с антенной сложной формы и числом элементарных каналов 5х103 и более, где общая вычислительная производительность ППС должна составлять 1011 - 1012 операций в секунду, необходим прибор с существенно более развитой сигнальной частью. Создание такого прибора на базе микропроцессоров КМ6404 и универсальной ЭВМ на микропроцессоре МЦСТ Я500 с условным названием «Прибор-16Д» прорабатывается совместно ЦНИИ «Морфизприбор», НТЦ «Модуль» и ЗАО «МЦСТ».
Таким образом, базовые вычислительные средства для ЦВК ГАК и ГАС нового поколения можно представить как приборы ППС и УЭВМ для больших комплексов и ВК-27 для широкого класса ГАС и ГАК, где задачи ППС и УЭВМ, решаемые на перспективной элементной базе, могут быть размещены в одном приборе.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лисс А.Р., Рыжиков А.В., Челпанов А.В. Цифровой вычислительный комплекс современных гидроакустических систем // Научно-технический сборник «Гидроакустика». В.2. - СПб, 2000.
2. Лисс А.Р., Рыжиков А.В. Базовые вычислительные средства для цифровой обработки сигналов в системах реального времени // «Информатика, управление и компьютерные технологии». Известия СПбГЭТУ. Вып.1. - СПб, 2003.
3. Мальцева Н.В., Рыжиков А.В., Селеджи Г.Ц. Производительность ЭВМ серий «Багет» и «Эльбрус» в гидроакустических системах // Труды Шестой Международной конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». - СПб, 2002.
4. Андреев М.Я и др.. Базовый ЦВК для ГАС и ГАК на основе ВК «Эльбрус-90микро» и сигнальных процессоров Л1879ВМ1/ВМ2 // Труды Седьмой Международной конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». -СПб, 2004.
О НЕОБХОДИМОСТИ РАЗРАБОТКИ ИМИТАЦИОННО-ТРЕНАЖЕРНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ГИДРОЛОКАТОРА БОКОВОГО ОБЗОРА, ОРИЕНТИРОВАННОГО НА ПОИСК И ОЦЕНКУ РЫБНЫХ СКОПЛЕНИЙ
А. В. Ходотов, А. Н. Долгов
КБ Морской электроники «Вектор», г. Таганрог
Гидролокаторы бокового обзора (ГБО) относятся к классу специальных гидроакустических приборов, предназначенных для поиска объектов, расположенных на дне или в придонном слое воды. Наиболее широко распространены буксируемые ГБО, используемые для поиска затонувших объектов на больших глубинах. ГБО являются гидроакустическими средствами активной локации с нетрадиционной интерпретацией системы отображения эхосигналов от донных объектов (совокупность эхосигналов от объектов и их так называемых теней).
Буксируемые ГБО наиболее широко используются при поиске затонувших предметов или “осмотре” подводных инженерных сооружений (трубопроводы, коллекторы и т.д.) на глубинах свыше 50 метров. На мелководье (глубины менее 10 метров) и ограниченных водных акваториях буксируемые ГБО практически не применяются в связи с проблемами нестационарного движения и, соответственно, большой вероятностью повреждения носителя при выводе его на заданную глубину.
Госкомрыболовством России была поставлена задача создания переносного гидроакустического оборудования, позволяющего проводить поиск и оценку запасов
