Базовые вычислительные средства для перспeкtивных ГАС и гак

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

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