聲納仿真系統(tǒng)作為聲納系統(tǒng)開發(fā)的一部分,在聲納系統(tǒng)的研究與開發(fā)過程中發(fā)揮著重要的探索和驗證作用,可以利用聲納仿真系統(tǒng)摸索聲納技術(shù)新的研究方向,也可以通過聲納仿真系統(tǒng)將研究開發(fā)的功能模塊進(jìn)行性能檢測。同時隨著聲納技術(shù)的不斷發(fā)展,如何提高聲納仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)運算性能,逐漸成為研究熱點。本文結(jié)合當(dāng)前在高性能計算領(lǐng)域快速發(fā)展的GPU計算技術(shù),分別針對聲納仿真系統(tǒng)中的聲納信號仿真和聲納信號處理部分,提出了基于CUDA技術(shù)的并行化設(shè)計方案。設(shè)計并實現(xiàn)了基于CUDA編程模型的聲納仿真系統(tǒng)。首先,本文介紹了典型聲納信號仿真和聲納信號處理的基本原理,對包括艦船輻射噪聲、海洋信道、海洋環(huán)境噪聲的信號仿真及對接收信號的波束形成、單波束LOFAR譜分析和DEMON譜分析的信號處理過程進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模和仿真,為下面的算法并行化奠定了理論基礎(chǔ)。然后對系統(tǒng)性仿真的并行化發(fā)展趨勢及各領(lǐng)域的仿真系統(tǒng)對并行化的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)和分析,并根據(jù)本系統(tǒng)的特點和需求探討GPU計算在本系統(tǒng)中應(yīng)用的可行性及優(yōu)勢。接下來從系統(tǒng)中頻繁調(diào)用的4個基本運算單元:傅里葉變換、矩陣運算、循環(huán)運算和歸約運算,實現(xiàn)了基于CUDA編程模型的并行化,然后進(jìn)行各模塊算法的并行化設(shè)計:艦船輻射噪聲、海洋環(huán)境噪聲、陣列接收信號、常規(guī)波束形成、LOFAR譜分析和DEMON譜分析,最后設(shè)計并實現(xiàn)了系統(tǒng)整體的并行化實現(xiàn)方案。系統(tǒng)的開發(fā)平臺選擇為NVIDIA公司開發(fā)的Jetson TX1開發(fā)板。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)計并開發(fā)了相應(yīng)的顯示控制模塊和網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊,完善與系統(tǒng)之間的信息交互功能。在系統(tǒng)整體搭建完成后,對其進(jìn)行了穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和加速性能的測試。通過對測試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計和分析,本系統(tǒng)可在保證仿真準(zhǔn)確性的前提下有效提高系統(tǒng)的仿真效率,為提高聲納系統(tǒng)仿真技術(shù)的開發(fā)效率打下了基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U666.7
【部分圖文】：

因此該系統(tǒng)可有效減少開發(fā)聲納設(shè)備所有階段有可能遇到的風(fēng)險，從而減少整合不同系統(tǒng)的所需時間。該公司還開發(fā)設(shè)計了多種海軍戰(zhàn)術(shù)模擬器，該模擬器可實現(xiàn)在聲納和通信領(lǐng)域一對一或系統(tǒng)對戰(zhàn)中，根據(jù)實時的戰(zhàn)術(shù)需求，對作戰(zhàn)范圍內(nèi)、所有參與人員和目標(biāo)進(jìn)行設(shè)置和模擬；為西班牙海軍開發(fā)并集成了用于掃雷訓(xùn)練系統(tǒng)的聲納和ROV模擬器，在模擬環(huán)境中提供艦船作戰(zhàn)系統(tǒng)的態(tài)勢信息和信號傳輸接口。

因此該系統(tǒng)可有效減少開發(fā)聲納設(shè)備所有階段有可能遇到的風(fēng)險，從而減少整合不同系統(tǒng)的所需時間。該公司還開發(fā)設(shè)計了多種海軍戰(zhàn)術(shù)模擬器，該模擬器可實現(xiàn)在聲納和通信領(lǐng)域一對一或系統(tǒng)對戰(zhàn)中，根據(jù)實時的戰(zhàn)術(shù)需求，對作戰(zhàn)范圍內(nèi)、所有參與人員和目標(biāo)進(jìn)行設(shè)置和模擬；為西班牙海軍開發(fā)并集成了用于掃雷訓(xùn)練系統(tǒng)的聲納和ROV模擬器，在模擬環(huán)境中提供艦船作戰(zhàn)系統(tǒng)的態(tài)勢信息和信號傳輸接口。

圖 2. 1 陣列接收信號仿真流程上圖為陣列信號仿真的一般流程，包括艦船輻射噪聲的仿真、海洋信道的仿真、環(huán)境背景噪聲的仿真三個部分。下面將對三個仿真算法分別進(jìn)行介紹。.2.1 艦船輻射噪聲仿真艦船輻射噪聲是聲納探測的主要目標(biāo)信號，此類噪聲信號噪聲源廣泛且噪聲強，因此艦船輻射噪聲信號的頻譜成分較為復(fù)雜。其主要來源為艦船(軍艦、民用漁船艇、魚雷等)在運行過程中，各種機械模塊均處于工作狀態(tài)，尤其以推進(jìn)器為例，器直接與水體接觸，產(chǎn)生的機械振動持續(xù)向水中輻射，形成聲波。由統(tǒng)計結(jié)果表明噪聲源主要包括[12]：（1）船體機械噪聲，主要由艦船上的各種機械(包括主機：動力機、減速器等，機：發(fā)電機、泵等)振動產(chǎn)生，期頻譜特征主要與艦船類型有關(guān)，為艦船輻射噪聲頻段的主要成分；（2）螺旋槳噪聲，主要由螺旋槳上及其附近的空化噪聲和由螺旋槳引起的船殼噪聲構(gòu)成，螺旋槳噪聲的頻譜特征與螺旋槳葉片數(shù)和轉(zhuǎn)速有著密切關(guān)系；
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2850933