声纳目标模拟系统设计及工程实现
摘要
作为声纳系统的重要测试设备，声纳目标模拟系统的使用不仅可大大缩短声纳的研制周期，而且在声纳的生产、应用等方面都扮演着极其重要的角色。声纳目标模拟系统是根据实际目标系统的数学模型计算出仿真数据，并将数据通过硬件单元输出到声纳设备，以辅助声纳系统的设计者和维护者进行声纳性能测试和仿真研究。
本文详细论述了某型航空声纳目标模拟系统硬、软件的设计与工程实现。PCI总线是一高性能的32／64位地址数据复用的局部总线，本课题利用其高速、独立于CPU等独特性能开发了某型航空声纳的目标模拟系统。本论文主要做了以下几个方面的研究工作：
1．系统介绍了一般声纳及某型航空声纳的工作原理，分析了目标模拟系统的功能与一般结构，建立了系统的目标辐射噪声、声纳基阵、目标回波等数学模型，给出了可具体实现的仿真算法。
2．在深入研究基于PCI总线协议实现高速数据传输的基础上，结合某型航空声纳的应用需要，设计了基于PCI总线和可编程逻辑器件的系统硬件平台，并开发了与之配套的应用软件。
3．在设备工程化方面，给出了PCI设备开发的SCH图与PCB图的设计要点，提出了适合实验室以及现场与声纳联机使用的电源设计方案，采用工控机模式设计机箱，减小了系统规模。
4．最后详细介绍了系统硬、软件调试方法与步骤，针对调试中的典型问题作了分析与说明，并对系统进行了性能测试。
测试使用结果表明，本系统已能够达到实际应用的技术要求，能够实现声纳的性能测试，并且由于充分利用了PCI总线及大规模可编程逻辑器件的优势，使系统精度、功能设置、硬件规模、开发成本等都比以前同类系统有了明显提高。
As the key testing instrument, the use of Sonar Target Simulation System not only can shorten the research period of sonar greatly, but also play a significant role in sonar production and application. Based on mathematic model of actual target system, the system of sonar target simulation compute the emulational data, and send it to the peripheral equipments through hardware units, assisting sonar designer and maintainer for testing and researching actual sonar system.
This dissertation discusses the design and project realization of system hardware and application software detailedly about some dipping sonar target simulation system. PCI Bus is a high-powered 32/64 bit bandwidth address/data alternate local bus. This project develops dipping sonar target simulation system based on PCI Bus in virtue of its high speed and CPU-independent performance. The content of this dissertation involves these aspects:
1. It introduces the principle of ecumenic sonar and some dipping sonar, analyses the function and common structure of target simulation system, establishes the mathematic models and simulation algorithm such as noise radiated by target, sonar array and target echo.
2. To satisfy the application requirement of some dipping sonar, it researches high speed data transmission based on PCI Bus protocol thoroughly, designs the hardware platform using PCI Bus and the programmable logic component, and develops corresponding application software.
3. For the engineering realization, it lists the outline of design points about schematic and PCB document in the development of PCI equipment, gives the design scheme of power supply suiting for laboratory and outfield, designs system based on industrial computer model which minishes the system scale greatly.
4. It gives debugging scheme of system hardware and software, points out the solutions of the problems encountered, and carries through performance testing to the system.
The results of testing and application demonstrate that the system could achieve technical requirement of actual application primely, actualize the test of sonar performance completely. By using the PCI Bus technique and the large scale
本文详细论述了某型航空声纳目标模拟系统硬、软件的设计与工程实现。PCI总线是一高性能的32／64位地址数据复用的局部总线，本课题利用其高速、独立于CPU等独特性能开发了某型航空声纳的目标模拟系统。本论文主要做了以下几个方面的研究工作：
1．系统介绍了一般声纳及某型航空声纳的工作原理，分析了目标模拟系统的功能与一般结构，建立了系统的目标辐射噪声、声纳基阵、目标回波等数学模型，给出了可具体实现的仿真算法。
2．在深入研究基于PCI总线协议实现高速数据传输的基础上，结合某型航空声纳的应用需要，设计了基于PCI总线和可编程逻辑器件的系统硬件平台，并开发了与之配套的应用软件。
3．在设备工程化方面，给出了PCI设备开发的SCH图与PCB图的设计要点，提出了适合实验室以及现场与声纳联机使用的电源设计方案，采用工控机模式设计机箱，减小了系统规模。
4．最后详细介绍了系统硬、软件调试方法与步骤，针对调试中的典型问题作了分析与说明，并对系统进行了性能测试。
测试使用结果表明，本系统已能够达到实际应用的技术要求，能够实现声纳的性能测试，并且由于充分利用了PCI总线及大规模可编程逻辑器件的优势，使系统精度、功能设置、硬件规模、开发成本等都比以前同类系统有了明显提高。
As the key testing instrument, the use of Sonar Target Simulation System not only can shorten the research period of sonar greatly, but also play a significant role in sonar production and application. Based on mathematic model of actual target system, the system of sonar target simulation compute the emulational data, and send it to the peripheral equipments through hardware units, assisting sonar designer and maintainer for testing and researching actual sonar system.
This dissertation discusses the design and project realization of system hardware and application software detailedly about some dipping sonar target simulation system. PCI Bus is a high-powered 32/64 bit bandwidth address/data alternate local bus. This project develops dipping sonar target simulation system based on PCI Bus in virtue of its high speed and CPU-independent performance. The content of this dissertation involves these aspects:
1. It introduces the principle of ecumenic sonar and some dipping sonar, analyses the function and common structure of target simulation system, establishes the mathematic models and simulation algorithm such as noise radiated by target, sonar array and target echo.
2. To satisfy the application requirement of some dipping sonar, it researches high speed data transmission based on PCI Bus protocol thoroughly, designs the hardware platform using PCI Bus and the programmable logic component, and develops corresponding application software.
3. For the engineering realization, it lists the outline of design points about schematic and PCB document in the development of PCI equipment, gives the design scheme of power supply suiting for laboratory and outfield, designs system based on industrial computer model which minishes the system scale greatly.
4. It gives debugging scheme of system hardware and software, points out the solutions of the problems encountered, and carries through performance testing to the system.
The results of testing and application demonstrate that the system could achieve technical requirement of actual application primely, actualize the test of sonar performance completely. By using the PCI Bus technique and the large scale
引文
[1] 田坦等，声纳技术，哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2000
[2] 刘伯胜等，水声学原理，哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，1993
[3] 李启虎，声呐信号处理引论，北京：海洋出版社，1985
[4] 李启虎，数字式声纳设计原理，安徽：安徽教育出版社，2003
[5] 谭浩强，C程序设计，北京：清华大学出版社，1999
[6] 陈利学等，微机总线与接口技术，成都：电子科技大学出版社，1998
[7] 李贵山等，PCI局部总线开发者指南，西安：西安电子科技大学出版社，1997
[8] 岳怡，数字电路与数字电子技术，西安：西北工业大学出版社，2001
[9] 候伯亨等，VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计，西安：西安电子科技大学出版社，1999
[10] 赵会兵，虚拟仪器技术规范与系统集成[M]，北京：北方交通大学出版社，2003．8
[11] M. A. Mansour, B. V. Smisth. PC-based real-time active sonar simulator. IEE Proc.-Radar, Sonar Navig. Vol. 144, No. 4, August 1997
[12] Applied Micro Circuits Corporation (AMCC). PCI Product Data Book. 1998
[13] Jungo Ltd. WinDriver V5 User's Guide. August 30, 2001
[14] Applied Micro Circuits Corporation (AMCC). S5933 32-Bit PCI MatchMaker. February 12, 1997 Revised October 1998
[15] Applied Micro Circuits Corporation (AMCC). Reading and Writing To A Serial nvRAM. December 3, 1996
[16] Applied Micro Circuits Corporation (AMCC). S5933 32-Bit FIFO Example Application Note Revision 2 November 20, 1998
[17] Altera Corporation. MAXTO00 Programmable Logic Device Family DataSheet. June 2003, ver. 6. 6
[18] Cypress Semiconductor Corporation. CYTC4275/CYTC4285 Deep Sync FIFOs databook. January 1997
[19] Atmel Corporation. 2-Wire Serial EEPROM. 2001
[20] 门永平，PCI接口卡设计中的关键技术与实现，西北工业大学硕士论文，2004．2
[21] 林小青，基于PCI总线的高速数据采集卡的研制，国防科学技术大学硕士学位论文，2003．12
[22] 李薇，基于PCI总线的导引头电子舱检测系统的研制，西北工业大学硕士论文，2006．3
[23] 史国庆，基于PCI总线的1553B总线接口板设计，西北工业大学硕士论文，2002．3
[24] 何立力，基于PCI接口的ARINC629数据通信卡的开发，西北工业大学硕士论文，2006．3
[25] 张雷杰，基于PCI总线的高速数据采集卡的研制，西北工业大学硕士论文，2004．3
[26] 沈发江，基于PCI的目标回波模拟研究，西北工业大学硕士论文，2006．3
[27] 余成文，基于DSP和PCI总线的伺服加载控制系统研究，西北工业大学硕士论文，2004．3
[28] 钱辉，雷达目标模拟器的实现结构与实时目标回波产生，北京航空航天大学硕士学位论文，2002．3
[29] 吕静静，机载合成孔径雷达回波信号模拟研究，西北工业大学硕士论文，2006．3
[30] 刘占军，机载脉冲多普勒雷达回波模拟研究，西北工业大学硕士论文，2006．3
[31] 王新晓，自导系统仿真建模及仿真研究，西北工业大学硕士论文，2002．3
[32] 孙华锦，基于VHDL语言的电子设计自动化及其应用，西北工业大学硕士论文，2001．3
[33] 郑琨，SI-XXX目标模拟器研制，西北工业大学硕士论文，2003．3
[34] 赵涵，水声信号的计算机模拟，声学与电子工程，1999(2)
[35] 张殿伦等，高分辨图像声纳目标模拟器的设计，海洋技术，2003(3)
[36] 李蕾等，声纳基阵信号模拟器实时软件的开发，声学技术，2004(9)
[37] 林小春等，Altera EPLD系列器件EPM7128性能特点及应用，国外电子元器件，1998(11)
[38] 林雁等，PCI总线接口技术及其在数据传输系统中的应用，西安工业学院学报，2003(1)
[39] 辛勤等，基于S5933的PCI扩展板没计方法研究，计算机工程与设计，2001．22(1)
[40] 网站http://www.driverdevelop.com.
[41] 网站http"//www.2lic.com
[42] 网站http://www.jungo.com
[43] 网站http://www.amcc.com
[44] 网站http://www.altera.com
[2] 刘伯胜等，水声学原理，哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，1993
[3] 李启虎，声呐信号处理引论，北京：海洋出版社，1985
[4] 李启虎，数字式声纳设计原理，安徽：安徽教育出版社，2003
[5] 谭浩强，C程序设计，北京：清华大学出版社，1999
[6] 陈利学等，微机总线与接口技术，成都：电子科技大学出版社，1998
[7] 李贵山等，PCI局部总线开发者指南，西安：西安电子科技大学出版社，1997
[8] 岳怡，数字电路与数字电子技术，西安：西北工业大学出版社，2001
[9] 候伯亨等，VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计，西安：西安电子科技大学出版社，1999
[10] 赵会兵，虚拟仪器技术规范与系统集成[M]，北京：北方交通大学出版社，2003．8
[11] M. A. Mansour, B. V. Smisth. PC-based real-time active sonar simulator. IEE Proc.-Radar, Sonar Navig. Vol. 144, No. 4, August 1997
[12] Applied Micro Circuits Corporation (AMCC). PCI Product Data Book. 1998
[13] Jungo Ltd. WinDriver V5 User's Guide. August 30, 2001
[14] Applied Micro Circuits Corporation (AMCC). S5933 32-Bit PCI MatchMaker. February 12, 1997 Revised October 1998
[15] Applied Micro Circuits Corporation (AMCC). Reading and Writing To A Serial nvRAM. December 3, 1996
[16] Applied Micro Circuits Corporation (AMCC). S5933 32-Bit FIFO Example Application Note Revision 2 November 20, 1998
[17] Altera Corporation. MAXTO00 Programmable Logic Device Family DataSheet. June 2003, ver. 6. 6
[18] Cypress Semiconductor Corporation. CYTC4275/CYTC4285 Deep Sync FIFOs databook. January 1997
[19] Atmel Corporation. 2-Wire Serial EEPROM. 2001
[20] 门永平，PCI接口卡设计中的关键技术与实现，西北工业大学硕士论文，2004．2
[21] 林小青，基于PCI总线的高速数据采集卡的研制，国防科学技术大学硕士学位论文，2003．12
[22] 李薇，基于PCI总线的导引头电子舱检测系统的研制，西北工业大学硕士论文，2006．3
[23] 史国庆，基于PCI总线的1553B总线接口板设计，西北工业大学硕士论文，2002．3
[24] 何立力，基于PCI接口的ARINC629数据通信卡的开发，西北工业大学硕士论文，2006．3
[25] 张雷杰，基于PCI总线的高速数据采集卡的研制，西北工业大学硕士论文，2004．3
[26] 沈发江，基于PCI的目标回波模拟研究，西北工业大学硕士论文，2006．3
[27] 余成文，基于DSP和PCI总线的伺服加载控制系统研究，西北工业大学硕士论文，2004．3
[28] 钱辉，雷达目标模拟器的实现结构与实时目标回波产生，北京航空航天大学硕士学位论文，2002．3
[29] 吕静静，机载合成孔径雷达回波信号模拟研究，西北工业大学硕士论文，2006．3
[30] 刘占军，机载脉冲多普勒雷达回波模拟研究，西北工业大学硕士论文，2006．3
[31] 王新晓，自导系统仿真建模及仿真研究，西北工业大学硕士论文，2002．3
[32] 孙华锦，基于VHDL语言的电子设计自动化及其应用，西北工业大学硕士论文，2001．3
[33] 郑琨，SI-XXX目标模拟器研制，西北工业大学硕士论文，2003．3
[34] 赵涵，水声信号的计算机模拟，声学与电子工程，1999(2)
[35] 张殿伦等，高分辨图像声纳目标模拟器的设计，海洋技术，2003(3)
[36] 李蕾等，声纳基阵信号模拟器实时软件的开发，声学技术，2004(9)
[37] 林小春等，Altera EPLD系列器件EPM7128性能特点及应用，国外电子元器件，1998(11)
[38] 林雁等，PCI总线接口技术及其在数据传输系统中的应用，西安工业学院学报，2003(1)
[39] 辛勤等，基于S5933的PCI扩展板没计方法研究，计算机工程与设计，2001．22(1)
[40] 网站http://www.driverdevelop.com.
[41] 网站http"//www.2lic.com
[42] 网站http://www.jungo.com
[43] 网站http://www.amcc.com
[44] 网站http://www.altera.com