（水声工程专业论文）基于sharc阵列的被动时间反转镜仿真平台研究.pdf

k 3 i - ? 哈尔滨工程大学 学位论文原创性l 声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：乃 1 日期： - 坩t o 年弓月2 ；日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 口往授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后口 解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 、一 作者( 签字) ：蟊等导师( 签字) ：、蛮吁私 日期： , o b o 年月2 ；日 - 砂t o 年弓月肇3 日 、 囊7 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 摘要 随着水声技术的发展，系统仿真在科学研究领域得到越来越广泛的应用。 借助仿真方法，依靠网络技术、数据库技术与d s p 技术为时间反转镜被动定 位技术的仿真提供有效的实验手段，从而达到资源的共享。为用户提供在任 意时间、任意地点( 具有计算机网络) 实现跨平台的仿真实现。 本文给出了一种基于s h a r c 阵列的被动时间反转镜仿真平台的开发模 型，该模型以数据库为核心，以j a v a a p p l e t 作为客户端，以a s p 动态网页为 基础，a d o 技术作为中间通信桥梁，将s h a r c 信号处理机集成于系统服务 器中，大大提高了系统仿真的效率。文中对基于s h a r c 阵列的被动时间反 转镜仿真系统的设计与实现进行了深入的论述，重点介绍了如何将s h a r c 信号处理机与w e b 服务器有机结合起来，并对系统中采用的关键技术进行了 详细说明。仿真平台由系统服务器和s h a r c 阵列处理机组成。系统服务器 中，使用a s p 和j a v aa p p l e t 技术完成w - e b 服务器应用程序构建，使用s q l s e r v e r2 0 0 0 完成数据库服务器构建；s h a r c 信号处理机中使用v c h 6 0 完 成处理机显控程序开发，使用a d o 技术实现其与系统服务器间的数据通信， 在s h a r c 阵列上使用并行加流水的方法实现时间反转镜被动定位技术。从 而搭建起基于s h a r c 阵列的垂直二元阵时间反转镜被动定位技术网络化的 仿真平台。 本文最后通过对仿真平台进行系统联调，证明了系统设计的可行性、可 靠性，操作的便捷性和显示界面的友好。 关键词：时间反转镜；a c t i v es e r v e rp a g e ；a d o ；j a v a a p p l e t ；s h a r c 哈尔滨工程人学硕士学位论文 a b s t r a c t a si n c r e a s i n gd e v e l o p m e n to fu n d e r w a t e ra c o u s t i c t e c h n i q u e s ，s y s t e m s i m u l a t i o n p l a y m o r ei m p o r t a n tr o l ei n c o n d u c t i n g s c i e n t i f i cr e s e a r c h i n s i m u l a t i o n s ，n e t w o r k ，d a t a b a s ea n dd s pt e c h n i q u e sc a np r o v i d ee f f e c t i v e e x p e r i m e n t t o o l sf o rp a s s i v et i m er e v e r s a lm i r r o r l o c a l i z a t i o n ，t h e r e b y a c h i e v i n gt h eg o a lo fs h a r i n gr e s o u r c e s i tc a na l s ob ee m p l o y e db yd i f f e r e n tu s e r s t or e a l i z es i m u l a t i n ga ta n yt i m ea n da n yl o c a t i o n s ( i fi n t e r n e ta v a i l a b l e ) t h et h e s i si n d i c a t e st h ed e v e l o p i n gm o d e lf o rp a s s i v et i m er e v e r s a lm i r r o r p l a t f o r mb a s e do i ls h a r c a r r a y d a t a b a s ei st h ec o r eo ft h i sm o d e l ，j a v aa p p l e t i sw o r k i n ga si t sc l i e n t ，a s pd y n a m i cw e b p a g ec o n s t i t u t e st h ef u n d a m e n t a la n d a d ob r i d g e st h ec o m m u n i c a t i o n t h es i m u l a t i o nr u n n i n ge f f i c i e n c yw i l lb e i m p r o v e ds i g n i f i c a n t l yb yi n t e g r a t i n gs h a r ca r r a y i nt e r m so fs y s t e ms e r v e r , a s pa n dj a v aa p p l e ti se m p l o y e dt o c o m p l e t et h ec o n s t r u c to fw e bs e r v e r a p p l i c a t i o n s s q ls e r v e r2 0 0 0i su s e dt oc o m p l e t et h ed a t a b a s eo fs e r v e r i n s h a r cs i g n a l p r o c e s s o r ，v c + + 6 0c o m p l e t e st h ed e v e l o p m e n to fd i s p l a y i n g p r o g r a m sa n da d or e a l i z e sd a t ac o m m u n i c a t i o nw i t hs y s t e ms e r v e r t h em e t h o d o fc o m b i n i n gp a r a l l e lw i t hs t r e a mh e l p st o i m p l e m e n tp a s s i v et i m er e v e r s a l l o c a l i z a t i o n t h e r e f o r et h ev e r t i c a lt w oe l e m e n tt i m er e v e r s a lm i r r o r l o c a l i z a t i o nn e t w o r ks i m u l a t i o np l a t f o r mc a nb ee s t a b l i s h e ds u c c e s s f u l l yb a s e d o ns h a r c a r r a y f i n a l l y , t h et h e s i st e s t i f i e ss y s t e m sv a l i d i t y , r o b u s t n e s s ，e a s yo p e r a t i n ga n d f r i e n d l yi n t e r f a c ev i ad e b u g g i n gs i m u l a t i o ns y s t e m k e yw o r d s ：t i m er e v e r s a lm i r r o r ；a c t i v es e r v e rp a g e ；a d o ；j a v aa p p l e t ；s h a r c 蟾z k 哈尔滨t 稃大学硕士学位论文 目录 第1 章绪论1 1 1 研究背景和意义1 1 2 时间反转镜技术1 1 3 仿真平台构建关键技术概述2 1 4 数字信号处理器概况4 1 5 论文研究内容_ 4 第2 章系统总体方案设计6 2 1 总体设计思路6 2 2 技术方案选择7 2 2 1 仿真系统的架构方式比较一7 2 2 2 动态网页构建技术选择“8 2 2 3 数据库的比较与选择“8 2 2 4 数据库访问技术选择“9 2 3 系统总体设计方案9 2 3 1 硬件结构1 0 2 3 2 功能模块11 2 4 软件开发平台”1 1 2 5 本章小结一1 2 第3 章s h a r c 处理机应用程序设计1 3 3 1s h a r c 信号处理机结构简介”1 3 3 2s h a r c 阵列的a p e x 编程实现1 3 3 2 1a p e x l i t e 编程实现”1 4 3 2 2a p e x c o m m s 编程实现1 4 3 2 3a p e x h o s ts e r v e r 编程实现”1 4 3 3 基于s h a r c 阵列时反被动定位算法实现1 5 3 3 1 垂直二元阵时间反转镜被动定位技术1 5 3 3 2 基于s h a r c 阵列垂直二元阵时间反转镜被动定位算法实现1 7 k 4 哈尔滨工程大学硕十学何论文 3 4s h a r c 处理机中单板计算机显控界面程序设计与开发2 5 3 4 1 单板计算机显示控制界面程序结构2 5 3 4 2 显控程序操作主界面2 9 3 4 3 系统参数设置界面设计3 0 3 4 4 基于a d o 技术的数据库应用程序设计”3 1 3 5 本章小结3 5 第4 章系统服务器程序设计”3 6 4 1 基于a s p 的动态网页设计3 6 4 1 。1 框架结构设计3 7 4 1 2 系统网页结构设计3 8 4 1 3 网页流程设计3 8 4 2j a v aa p p l e t 显示界面应用程序设计3 9 4 2 1a p p l e t 程序生命周期及主要行为”3 9 4 2 2a p p l e t 显示界面程序组成及流程设计”4 l 4 2 3a p p l e t 显示界面实现4 2 4 2 4a p p l e t 数据库连接及安全性”4 4 4 3 数据库设计一4 8 4 4 本章小结“5 0 第5 章系统调试5 l 5 1 动态网页运行实例”5 l 5 1 1i i s 信息管理器配置51 5 1 2a s p 网页运行情况5 2 5 2s h a r c 信号处理机应用程序运行实例5 8 5 3 本章小结”6 0 结论”61 参考文献6 2 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果6 6 致 射6 7 k - 哈尔滨- 1 ：程大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景和意义 在现代化的海战中，水下兵器的隐蔽性对作战性能起着举足重轻的作用。 而被动声纳由于其隐蔽性好，在侦察过程中起到的作用越来越大。目标的位 置信息一直以来都是人们关心的重要参数，因而被动定位技术是声纳发展的 重要方向之一。声信号在海洋信道中传播时，会受到海洋介质的不均匀性、 时空异变性以及多途效应的影响，产生严重的畸变和衰减，给被动定位技术 实现上带来了一定的困难。借鉴光学中不均匀介质的相位共轭成像法【l 】发展 而来的声学上的时间反转法【2 刮，将信号处理技术与海洋信道信息相结合，在 未知介质详细先验知识的前提下，便可消除介质不均匀和边界对探测的影响， 实现信号源位置的时间、空间聚焦f 7 】，自适应完成信道均衡8 1 等优点。将时间 反转镜技术用于被动检测和定位，可实现相干目标信号的时空匹配滤波，具 有广阔的应用潜力。然而，被动时间反转镜定位技术需要完成搜索区域内水 声信道建模，需要对关注区域进行水平和垂直方向的搜索。因而完成t r m 算法计算量大，需要高速的计算手段来完成。 随着计算机技术的发展，系统仿真技术【9 。1 1 】在科学研究领域得到越来越 广泛的应用。水声系统的研究是一个周期长、投入大的过程，且海试复杂、 代价昂贵。通过系统仿真技术预先对系统的结构、参数及环境对性能的影响 进行评估，可以可缩短研发周期，降低研制成本。高性能数字信号处理器d s p 的出现，使水声系统实时信号处理成为可能。网络技术、数据库技术与d s p 技术相结合，将为时间反转镜被动定位仿真提供现代化信息技术条件下的实 验手段。 1 2 时间反转镜技术 时间反转镜( t i m er e v e r s a lm i r r o r ，t r m ) 是近年来水声信号处理研究中 的一个热点技术，其时间和空间的聚焦特性受到国内外水声领域专家的关注。 美国的d a v i dr d o w l i n g 、w a k u p e r m a n 等人对t r m 的机理和应用进行了 深入研究，并将时反应用于水声通信【1 2 - 1 4 】和混响抑制 1 5 - 1 6 1 等技术。国内，哈 k 哈尔滨工程大学硕十学位论文 尔滨工程大学、杭州7 1 5 所和西北工业大学等团队也对时间反转镜被动定位 和水声通信【1 7 。2 ，时反对海底掩埋目标的探测方法【2 2 1 以及时反混响置零【2 3 - 2 4 方法进行了较为深入的研究。时间反转镜用于被动定位需要根据海洋声速梯 度情况对水声信道进行建模，需要对关注的海洋区域内进行立体的搜索，在 实现时对运算速度有着较高的要求。 1 3 仿真平台构建关键技术概述 为了解决时间反转镜被动定位技术高运算量的要求，仿真平台将使用 d s p 技术与网络技术、数据库技术相结合的手段，实现网络化的仿真环境。 仿真平台将以网页的形式向局域网内的用户进行发布。下面对仿真平台构建 中用到的动态网页开发技术、数据库及数据库访问程序接口进行介绍。 1 a s p 、p h p 、j s p 技术 动态网页是w e b 网页发展的趋势，数据库技术与w e b 技术的结合已得 到广泛的应用。目前动态网页的构建应用较为广泛的是a s p 、p h p 和j s p 。 a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e ) 技术1 2 副，是微软公司开发的一种运行在w e b 服 务器端的开放式脚本环境，它将脚本语言与h t m l 紧密结合，用于创建动态、 交互的w e b 网页。a s p 是一种支持内嵌脚本语言的超文本文件，在服务器端 被解释，生成标准的h t m l 页面并传送给用户的浏览器。a s p 支持多种脚本 语言混合编程，且得到微软公司c o m + 技术的支持。具有简单易学，使用灵 活的特点。但其只能在w i n d o w s 平台上使用，而l i n u x 平台上使用时功能受 限。 p h p ( h y p e r t e x tp r e p r o c e s s o r ) 超级文本预处理语言【2 6 j ，是基于u n i x l i n u x 平台服务器端嵌入式脚本技术的一种跨平台的脚本语言。与a s p 一样，p h p 代码由服务器解释成h t m l 文件，然后传送到用户端浏览器。p h p 技术具有 良好的平台可移植性，但其属于开源体系，缺乏规模支持和多层结构支持。 j s p ( j a v as e r v e rp a g e ) 是s u n 公司推出的新一代的动态网页的开发标准。 其借助功能强大的j a v a 语言，解决了a s p 和p h p 脚本级执行效率低下的问 题【27 1 。j s p 具有更高的安全性，且其组件方式使用更方便。但由于j 2 e e 自身 的技术深度，无论对开发人员还是服务器硬件设备都有着很高的要求。 2 哈尔滨丁程大学硕十学位论文 2 数据库技术 数据库系统【2 8 1 是基于某一种数据模型的，可分为层次型、网状型、关系 型、面向对象型等。主要的数据库产商包括o r a c l e 、i b m 、m i c r o s o f t 等公司。 ( 1 ) o r a c l e o r a c l e 公司开发的o r a c l e 数据库产品，是全球范围内应用最广泛的关系 数据库系统之一，其产品能够运行在安装了w i n d o w s 平台或u n i x l i n u x 平 台的大、中、小型机上。其功能强大，查询快速，覆盖面广，且具有极高的 稳定性和安全性，能与包括v b 、v c 、j a v a 在内的各种网络开发语言相配 合。但是o r a c l e 多用于大型数据库系统的构建，开发复杂，且维护成本高， 对中、小型的数据库应用而言，并不是高效和经济的选择。 ( 2 ) m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 是w i n d o w s 平台上最受欢迎的关系数据库之 一，其具有如下优点：强大的可伸缩性；支持用户自行增加处理器、内存以 及磁盘空间以满足用户多变的需求；能够完好的支持大型w e b 站点开发；支 持多任务划分且可由程序分别独立执行。对中小型的数据库应用而言，s q l s e r v e r2 0 0 0 数据库具有开发周期短、使用成本低、易于维护的特点。 ( 3 ) i b md b 2 i b md b 2 数据库系统主要用在大型服务器上，且其应用在w i n d o w s 平 台上时，图形界面管理工具并不是很完善。对中小型的数据库应用而言，也 并不是合适的选择。 ( 4 ) a c c e s s a c c e s s 是微软公司推出的面向桌面的小型数据库产品。具有使用简便、 分析功能强和使用广泛等特点，且可以与m ss q ls e r v e r 数据库实现无缝连 接。其缺点是只能应用于单用户系统，不支持多个用户同时访问。 3 d a o 、r d o 、a d o 技术 如何访问、操作及存取数据库是构造一个数据库应用必须解决的问题。 o d b c ( o p e nd a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) 是微软公司为客户应用程序访问关系数据 库时提供的一个统一的接口。使用o d b c 来访问数据库固然是好的方法，但 o d b ca p i 是从底层设置和控制数据库，使用较为困难，因此产生了基于对 象的数据库访问技术。这些技术包括d a o 、r d o 、a d o 等【2 9 1 。 0 哈尔滨下释大学硕士学位论文 i i ii| d a o ( d a t aa c c e s so b j e c t s ，数据库访问对象) 提供了一种通过程序代码 创建和操作数据库的机制。由多个d a o 对象构成一个体系结构，且多个d a o 对象协同工作，通过m i c r o s o f tj e t 数据库访问数据库中的数据及结构定义。 d a o 数据库接口主要用于a c c e s s 数据库的访问。 r d o ( r e m o t ed a t ao b j e c t s ，远程数据对象) 是微软公司的一个访问大 型数据库的应用程序接口。其具有很高的执行效率及优良的数据库访问性能， 但它主要面向的是v b 用户。 a d o ( a c t i v e xd a t a0 b j e c t ，数据库访问对象) 是微软公司为数据库应 用程序开发的新接口，a d o 是面向对象的o l ed b ，它继承了o l ed b 技术 的优点，且a d o 对o l ed b 的接口作了封装，通过a d o 对象，使应用程序 的开发得到了简化，a d o 技术属于数据库访问的高层接口。a d o 最主要的 优点是易于使用、速度快、内存支出少和磁盘遗迹小。 1 4 数字信号处理器概况 实时数字信号处理技术的核心是数字信号处理器，它除了具备普通微处 理器所强调的高速运算和控制功能外，针对实时数字信号处理，主要采用了 数据总线和程序总线分离的哈佛结构及改进的哈佛结构，可以并行执行多个 操作；支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行，从而大大 提高了指令执行速度。它的发展主要经历了从1 6 b i t 定点、3 2 b i t 浮点和并行 d s p 和超高性能处理器三个阶段，应用领域也几乎遍及整个电子领域。a d i 公司着眼于高性能d s p 产品的研发a d i 自推出s h a r c e 3 0 】系列浮点d s p 以 来，在浮点d s p 上取得了重大突破。在浮点d s p 上从s h a r c 发展到 t i g e r s h a r c ，极大的提高了d s p 的运算速度，并且支持多处理器连接，很 容易实现多片并行处理系统。高性能d s p 的问世，为信号处理提供了重要保 障，为实时仿真提供了技术手段。数字信号处理器被通信、雷达、航天、声 纳、医疗图像和工业仪器等领域广泛应用。 1 5 论文研究内容 本论文的主要任务是完成能够实现垂直二元阵的t r m 被动定位技术的 仿真平台搭建。仿真平台的搭建结合s h a r c 信号处理机，完成基于s h a r c 4 i 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 阵列的水声信道建模、垂直二元阵t r m 被动定位算法实现、系统服务器w e b 网页及s h a r c 信号处理机显示控制程序的开发。仿真平台将由系统服务器 和s h a r c 阵列处理机构成。系统服务器中，使用a s p 和j a v a a p p l e t 技术完 成w e b 服务器应用程序构建，使用s q ls e r v e r2 0 0 0 完成数据库服务器构建。 s h a r c 信号处理机中，使用v c 完成单板计算机显控程序开发，使用a p e x 完成基于s h a r c 阵列的t r m 被动定位算法实现。主要内容如下： 1 根据被动时间反转镜应用中的实际需求，探讨仿真平台的系统总体设 计方案。包括系统总体设计思想，关键技术方案选择，总体设计方案，系统 的硬件结构和功能模块。 2 完成s h a r c 信号处理机的相关应用程序开发，包括基于s h a r c 阵 列的时反被动定位算法实现和单板计算机的显示控制程序开发。通过s h a r c 阵列软件开发环境a p e x ，实现时反被动定位算法的数字信号处理程序的开 发。通过对a d o 技术的研究，探讨s h a r c 信号处理机与数据库服务器间的 通信方式。 3 完成系统服务器的相关应用程序设计。其中包括：基于a s p 技术的 w 曲服务器网页开发，基于j a v a a p p l e t 的客户端显示程序开发及基于m ss q l s e r v e r2 0 0 0 的数据库服务器构建。 4 对构建的仿真平台进行系统调试，全方位的评估仿真平台各部分软硬 件的性能，在测试中不断的完善程序、改进系统，以确保系统的实时性、稳 定性和可靠性。 哈尔滨一i ：程大学硕十学位论文 第2 章系统总体方案设计 2 1 总体设计思路 仿真平台以网络技术为依托，以运行在v m e 总线上的s h a r c 阵列为数 字信号处理硬件平台。系统采用建立在局域网上的w e b 应用程序为解决方案， 采用d s p 、a s p 、j a v a 、数据库等技术，实现了网络化时间反转镜被动定位 技术的高速仿真。 仿真系统通过服务器i i s 服务方式向客户终端以网页形式发布，由于 w w w 具有友好的界面，便捷的操作等特点，因而用户可以轻松的访问仿真 系统。同时，将w e b 技术与数据库技术相结合，以数据库为桥梁，实现了 w e b 服务器与s h a r c 信号处理机间的交互式应用。仿真平台将由w e b 服务 器、数据库服务器、s h a r c 信号处理机及用户端组成，如图2 1 所示。其中， w e b 服务器为用户提供仿真平台的人机交互界面；数据库服务器用于存储仿 真时所需的系统状态信息、海洋环境信息和仿真的输出结果；s h a r c 信号 处理机则为时间反转镜被动定位提供数字信号处理硬件平台支持。 便携电脑 图2 1 仿真平台系统组成 6 五 哈尔滨t 程人学硕士学位论文 在仿真平台的开发过程中，将涉及以何种方式组织系统，采用何种技术 进行仿真平台的开发等问题。下一节中将对仿真平台开发中涉及的网络的架 构形式、动态网页开发技术、数据库和数据库访问技术等技术方案选择进行 详细介绍。 2 2 技术方案选择 2 2 1 仿真系统的架构方式比较 随着计算机信息技术、网络通讯技术的不断发展，计算机网络模式从主 机终端的主从模式，发展到客户机朋艮务器i ：( c l i e n t s e r v e r ) 模式，进而发展到今 天的浏览器服务器( b r o w s e r s e n ，e r ) 模式洲。 客户机服务器( c s ) 架构是一种分布式计算模式。它的优势在于广泛的采 用网络技术，将系统中的任务划分为不同的部分，分配给在网络中担当不同 角色的服务器，该模式把多个用户共享的计算和管理任务交给服务器，而把 频繁与用户交互的任务交给客户机。两层c s 体系结构如图2 2 所示。从两 层的c s 体系结构可以看出，c s 具有强大的资源共享和事务处理能力，及 可靠的信息安全性和完整的约束性。但是，c s 体系结构要求每个客户端都 要安装应用程序。 图2 2 两层c s 体系结构 浏览器j j l 务器( b s ) 架构是i n t e m e t 技术发展的必然产物。b s 结构体系 是在c s 体系基础上扩充而来的。在b s 结构的系统中，以w e b 为核心，采 用t c p i p 和h t t p 传输协议，用户通过w e b 浏览器向分布在网络上的服务 器发送请求，从而访问i n t e m e t 上的多媒体信息。在三层b s 体系结构下， 系统由表示层、应用层和数据层组成，如图2 3 所示。 7 囊 哈尔滨工程大学硕七学位论文 w e b 浏览器w e b 服务器 数据库服务器 h t t p 0 d b c 一三习 显示功能 事务处理数据处理 模块模块模块一 数据库 信息 结果 、，一 表示层应用层数据层 图2 3 三层b s 体系结构 使用b s 架构构建的系统最大优势在于：用户可以在任意时间、任意地 点( 具有计算机网络) 、以任意的接入方式( 有线或无线连接) 实现跨平台的 网络实时操作。且其晃面统一，易于使用和操作；系统维护升级方便；具有 很高的信息共享度和良好的网络扩展性。 通过c s 架构与b s 架构的对比可以看到，b s 架构具有较多的优点， 其统一的界面，较低的开发和使用成本，用户端免安装、免维护的优势，系 统采用标准化的协议等诸多特点，更适合于被动时间反转镜仿真平台的开发， 因此本仿真系统采用b s 架构模式。 2 2 2 动态网页构建技术选择 仿真平台要实现与用户间数据的交互及网页的动态显示，因此在构建服 务器端应用程序时须使用动态网页技术。a s p 、p h p 、j s p 三个动态网页技术 中，j s p 作为新一代的动态网页技术，其可移植性、安全性方面具有明显的 优势。无法跨平台是a s p 技术的一大劣势，但相对而言a s p 开发周期短， 开发成本低，且基于s h a r c 阵列的被动时间反转镜仿真系统以w i n d o w s 操 作系统作为系统平台，采用a s p 技术具有更好的兼容性及可靠性，且a s p 技术简单易学，因此采用a s p 为仿真系统动态网页的开发技术。 2 2 3 数据库的比较与选择 仿真系统中，数据库作为w e b 服务器与s h a r c 处理机间的数据通信桥 梁，在仿真系统中有着举足轻重的作用。但对仿真平台而言，并不需要很庞 大的数据库支持。考虑系统开发的成本、开发周期以及便于维护，使用m s s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库进行仿真平台的开发就能够满足要求，且其能够完好 的支持w e b 站点开发。 哈尔滨丁程大学硕+ 学位论文 2 2 4 数据库访问技术选择 在仿真平台中，s h a r c 信号处理机与数据库服务器间的数据通信是系 统的核心。因此，如何与数据库进行良好的数据交互是系统要解决的关键问 题。而a d o 集成了d a o 和r d o 两者的优点，具有远程数据服务的特性， 支持c s 和b s 模型以及基于w e b 的应用程序。在v c 中使用a d o 组件是 访问o d b c 数据库的最佳方案。因此，仿真系统中采用a d o 技术实现s h a r c 信号处理机与数据库服务器问的数据通信。 2 3 系统总体设计方案 仿真平台将结合s h a r c 信号处理机，实现网络化的垂直二元阵的时间 反转镜被动定位算法仿真。系统从功能结构上看将由w e b 服务器，数据库服 务器，s h a r c 信号处理机，用户端及它们之间的网络构成。在系统构建时， 考虑到实际需求，将w e b 服务器和数据库服务器安装在同一台服务器上。仿 真系统结构图如图2 4 所示。仿真平台服务器部分将由一台系统服务器、一 台s h a r c 信号处理机和用户端组成。系统服务器分为w e b 服务器和数据库 服务器两部分，使用a s p 和j a v a a p p l e t 技术完成w e b 服务器应用程序构建， 使用s q ls e r v e r 2 0 0 0 完成数据库服务器构建。s h a r c 信号处理机由单板计 算机和s h a r c 阵列构成，使用v c + + 6 0 完成单板计算机显示控制界面程序 开发，使用a p e x 完成垂直二元阵的时间反转镜被动定位算法应用程序开发。 ，1 ， 用户靖 系统服务器 s h a r c 信号处理机 w e b 测览器 h t t p j s h a r c 阵列 请求 7 1w e b 服务器 时间反转镜被动定 h t t p 页面 位算法应用程序 ， 单板计算机 j a v aa p p l e t ： 务器 j 显示控制程序l 用户程序 图2 4 系统结构图 仿真平台由多个部分组成，各部分问的如何通信是系统设计中首要解决 的问题。系统的数据通信的关系模型如图2 5 所示。仿真系统的数据通信主 9 簟 哈尔滨t 程人学硕十学位论文 要存在于用户终端与数据库服务器间、s h a r c 处理机中的单板计算机与数 据库服务器间、单板计算机与s h a r c 阵列处理器间，以及各s h a r c 处理 器间。根据系统的数据传送需求，将系统通信划分为：用户终端与单板计算 机之间的数据通信、单板计算机与s h a r c 阵列之间的数据通信和各s h a r c 处理器之间的数据通信。 下面对系统各部分的硬件结构及软件功能进行详细说明。 图2 5 系统数据通信关系模型 2 3 1 硬件结构 仿真平台硬件设备组成主要包括： 1 系统服务器：服务器由一台高性能计算机组成。服务器操作系统使用 w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 平台，同时使用i n t e m e ti n f o r m a t i o ns e r v e r5 0 作为信息 管理系统。仿真平台通过i i s 以网页形式向局域网用户发布。 2 s h a r c 信号处理机：s h a r c 信号处理机由基于v m e 总线的单板计 算机和s h a r c 阵列处理板构成。s h a r c 阵列处理板包括：m e l b o u r n ev m e s h a r c p a c 母板和s h a r c l 2 数字信号处理阵列板。其中，母板上有两片 s h a r c 处理芯片。单板计算机通过v m e 总线与母板进行通信，而各s h a r c 处理器间通过链路口进行数据的高速通信。 3 用户端：用户端由个人计算机构成，通过w e b 浏览器对仿真平台进行 访问。 4 网络通讯设备：网络通讯设备包括交换机等网络设备，实现用户终端 与w e b 服务器间的通信及s h a r c 信号处理机与数据库服务器间的数据交 换。 1 0 囊 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 2 3 2 功能模块 仿真系统的实现主要划分为以下的功能模块： 1 系统服务器应用程序模块 系统服务器应用程序模块由w e b 服务器应用程序模块和数据库服务器模 块组成。w e b 服务器应用程序模块包括a s p 网页模块和j a v aa p p l e t 应用程 序模块。a s p 网页模块用于实现网页的总体框架和网页流程控制。j a v a a p p l e t 应用程序模块用于实现仿真结果的动态显示。数据库服务器模块为仿真系统 提供数据库支持。 2 数据通信接口模块 数据通信接口主要实现s h a r c 阵列处理器、服务器和用户端之间的数 据通信功能。包括：( 1 ) s h a r c 阵列处理器内部各处理器之间数据通信接口。 ( 2 ) s h a r c 阵列处理器与数据库服务器之间数据高速交换接e l 。( 3 ) n 务器和 p c 用户端之间的网络通信接口。 3 s h a r c 阵列应用程序模块 s h a r c 阵列应用程序模块实现垂直二元阵的时间反转镜被动定位算法， 由两部分组成：( 1 ) 海洋信道实时仿真模块；( 2 ) 时间反转镜被动定位仿真模块。 详细的功能在第3 章的3 3 节中进行全面的阐述。 4 s h a r c 信号处理机中单板计算机显控模块 s h a r c 信号处理机中单板计算机显控模块主要实现单板计算机对 s h a r c 阵列板程序的流程控制，实现s h a r c 阵列与数据库服务器的数据交 换及s h a r c 阵列处理机仿真状态的显示。具体的功能在第3 章的3 4 节进 行详细介绍。 2 4 软件开发平台 仿真系统软件开发平台设想： 1 操作系统 服务器 系统服务器使用中文的m i c r o s o f tw i n d o w s2 0 0 0a d v a n c e ds e r v e r 操作系 统作为平台。 哈尔滨工程大学硕+ 学位论文 用户端 用户端使用w i n d o w sx p 操作系统，浏览器为i n t e m e te x p l o r e r6 0 以上 版本( 或同等性能其它浏览器) ，同时安装j a v a 虚拟机1 5 以上版本。 2 数据库服务器平台 采用m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 作为数据库服务器的数据库管理服务平 厶 口o 3 信息服务管理软件 系统信息服务管理使用w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 操作系统自带的i n t e m e t i n f o r m a t i o ns e r v e r5 0 ( i i s 5 o ) 作为i n t e m e t 服务管理器。 4 系统开发工具 系统开发任务包括：服务器网页开发，j a v aa p p l e t 应用程序开发，单板 计算机显控程序开发，基于s h a r c 阵列的t r m 被动定位算法高速仿真模块 开发。采用的开发工具分别为：m a c r o m e d i ad r e a m w e a v e r8 、b o r l a n dj b u i l d e r 2 0 0 6 、v i s u a lc + + 6 0 、a p e x 3 0 。此外，使用a d o b ep h o t o s h o pc s 2 作为图像 处理工具，用于网页界面的美化。 2 5 本章小结 本章对系统总体设计方案进行了详细的阐述，且对系统中所采用的关键 技术进行了比较选择。对系统的硬件结构、功能模块和系统软件开发工具进 行了介绍。仿真平台由一台网络服务器和一台s h a r c 信号处理机构成。w e b 服务器中，使用a s p 技术和j a v a a p p l e t 技术完成w e b 服务器应用程序构建， 使用s q ls e r v e r2 0 0 0 完成数据库服务器构建。s h a r c 信号处理机由单板计 算机和s h a r c 阵列板构成；使用v c + + 6 0 完成单板计算机显控界面程序开 发，在a p x e 3 0 编程环境中完成基于s h a r c 阵列的时间反转镜被动定位算 法实现。 1 2 哈尔滨下程人学硕十学位论文 第3 章s h a r c 处理机应用程序设计 伊习基= ： 镰彬瘩= 。 蠛霹眇鬣= 1 3 哈尔滨丁程大学硕十学位论文 都可在a p e x c o m m s 模式下使用；a p e x h o s ts e r v e r 为主从模式，其依赖于 a p e x l i t e 和a p e x c o m m s 模式。 3 2 1a p e x l i t e 编程实现 a p e x - l i t e 使用c 语言编程模式，通过内嵌大量的内部汇编宏，只需很 少的开销就可充分利用s h a r c 的硬件特性( 如l i n k ，d m a 等) 。在 a p e x l i t e 编程模式下，各片s h a r c 之间通过l i n k 口进行数据传输，但只 限于有直接l i n k 口相连的s h a r c 之间；没有l i n k 口直接相连的s h a r c 问 要进数据传输，只能通过其他s h a r c 进行转发，这样增加了系统开销【3 6 1 。 3 2 2a p e x - c o m m s 编程实现 a p e x c o m m s 模式是用于设计d s p 并行应用的程序开发环境，通过软 件路由提供d s p 网络间强有力的通信模式。a p e x c o m m s 是由通信接口、 路由软件包和实时编译器组成的实时运行环境。a p e x c o m m s 通过c h a n n e l s a p i 接口，提供网络内任意两片s h a r c 之间大数据量高带宽的异步通讯的 能力。c h a n n e l sa p i 接口为高带宽点对点的数据通信。c h a n n e l sa p i 是通过 c h a n o u t 结构和c h a n i n 结构在两个处理器之间建立虚拟电路连接，如 图3 2 所示。每