【文章內容簡介】 科技大學本科畢業(yè)設計 8 NS2 包含 Tcl/Tk,OTcl,NS， Tclcl。其中 Tcl 是一個開放腳 本語言，用來對 NS2 進行編程； Tk是 Tcl 的圖形界面開發(fā)工具，可幫助用戶在圖形環(huán)境下開發(fā)圖形界面； OTcl 是基于 Tcl/Tk 的面向對象擴展，有自己的類層次結構； NS2 為本軟件包的核心，是面向對象的仿真器，用 C++編寫，以 OTcl 解釋器作為前端； Tclcl則提供 NSh 和 OTcl 的接口，使對象和變量出現(xiàn)在兩種語言中。為了直觀的觀察和分析仿真結果， NS2 提供了可選的 Xgraphy、可選件 Nam。 NS 現(xiàn)有的仿真元素 從網(wǎng)絡拓撲仿真、協(xié)議仿真和通信量仿真等方面介紹 NS 的相應元素： ⑴網(wǎng)絡拓撲主要包括節(jié)點、鏈路 。 NS 的節(jié)點由一系列的分類器（ Classifier，如地址分類器等）組成，而鏈路由一系列的連接器（ Connector）組成。 ⑵在節(jié)點上，配置不同的代理可以實現(xiàn)相應的協(xié)議或其它模型仿真。如 NS 的 TCP代理，發(fā)送代理有： TCP， TCP/Reno， TCP/Vegas， TCP/Sack1， TCP/FACK， TCP/FULLTCP等，接收代理有： TCPSINK， TCPSINK/DELACK。 TCPSINK/SACK1，TCPSINK/SACK1/DELACK 等。此外，還提供有 UDP 代理及接收代理 Null（負責通信量 接收）、 Loss Monitor（通信量接收并維護一些接收數(shù)據(jù)的統(tǒng)計）。 ⑶網(wǎng)絡的路由配置通過對節(jié)點附加路由協(xié)議而實現(xiàn)。 NS 中有三種單播路由策略：靜態(tài)、會話、動態(tài)。 ⑷在鏈路上，可以配置帶寬、時延和丟棄模型。 NS 支持： Droptail(FIFO)隊列、RED 緩沖管、 CBO（包括優(yōu)先權和 Roundrobin 調度）。各種公平隊列包括： FQ，SFQ， DRR 等。 ⑸通信量仿真方面， NS 提供了許多通信應用，如 FTP，它產(chǎn)生較大的峰值數(shù)據(jù)傳輸； Tel 則根據(jù)相應文件隨機選取傳輸數(shù)據(jù)的大小。此外， NS 提供了四種 類型的通信量產(chǎn)生器：① EXPOO，根據(jù)指數(shù)分布（ On/Off）產(chǎn)生通信量，在 On 階段分組以固定速率發(fā)送， Off 階段不發(fā)送分組， On/Off 的分布符合指數(shù)分布，分組尺寸固定；② POO，根據(jù) Pareto 分布（ On/Off）產(chǎn)生通信量，它能用來產(chǎn)生長范圍相關的急劇通信量；③ CBR，以確定的速率產(chǎn)生通信量，分組尺寸固定，可在分組間隔之間產(chǎn)生隨機抖動；④ Traffic Trace，根據(jù)追蹤文件產(chǎn)生通信量。 NS2 在不同環(huán)境下的安裝 NS2的安裝方式有： Windows 下安裝 NS2，但需要 VC 環(huán)境，而且 要手工安裝每一個包，比較繁瑣，不常使用； allinone 安裝，也就是 all in one，把所有的包都放到了一起，只要執(zhí)行 install 就可以一步到底，需要 Linux 環(huán)境，這種方式比較常用，主要有 3種方法。 ① RedHat 下的 allinone 安 裝 杭州電子科技大學本科畢業(yè)設計 9 最早使用 NS2時是這種方式，安裝和使用時比較麻煩， Linux 下操作界面的友好程度遠不如 Windows 的好，但是仿真的運行效率很高。 Linux 系統(tǒng)提供的 gcc 編譯器也很方便使用，這種方式比較適合于 C++層的功能擴展。 ② 虛擬機下的 allinone 安裝通過虛擬機 安裝 Linux 環(huán)境，通常是 VMware 和Virtual PC 這兩款。裝完虛擬機后，在上面安裝一個 Linux 的操作系統(tǒng)，再利用第一種方法安裝 NS2。這種方法的最大特點是非常占系統(tǒng)資源，尤其是內存資源，如果系統(tǒng)配置不高，不建議使用這個方法。 ③ Windows+Cygwin+allinone 安裝 RedHat 下的 allinone 安裝需要專門安裝操作系統(tǒng)， Cygwin 是一種虛擬平臺，在 Windows 上虛擬 Linux 環(huán)境，可以為用戶提供一種 Linux 命令行界面，這對于使用 NS2來說已經(jīng)足夠了。安裝完成 Cygwin 后，可以直接安裝 allinone 版本。這種方式結合了 Window 的友好操作界面（很多操作不需要在虛擬系統(tǒng)上操作，在Windows 下就可以直接完成）和 Linux 的 gcc環(huán)境，但執(zhí)行效率比較低。 激光打靶系統(tǒng)概述 激光打靶系統(tǒng) [13]的工作原理是采用激光脈沖來模擬槍彈的射擊，該系統(tǒng)一般包括激光發(fā)射部分、激光信號檢測模塊、打靶成績處理和顯示部分。如圖 21 所示，當射手瞄準完畢扣動扳機時，半導體激光器會發(fā)出激光脈沖，射向目標上的光電探測器，如果擊中目標，則激光脈沖被光電探測器接收并轉換為電信號，經(jīng)電路 處理能識別射擊的彈著點，信號經(jīng)處理編碼后傳輸?shù)接嬎銠C。 圖 21 激光 打靶系統(tǒng) 原理圖 半導體激光器 [4,5]一般平行地安裝在武器裝備的槍管、炮管或導彈發(fā)射架上，它可以發(fā)射一束與武器射擊方向一致的激光脈沖。目前的激光器一般都采用半導體激光器，因為這種激光器的輸出功率低，不會傷害眼睛，而且效率高、功耗小，不但可以擺脫大而重的電源設備，激光器本身也可以制作得很小、很輕 。光電探測器 [6]具有射擊靶的形狀，可以是點探測器和面探測器，通常數(shù)量較多，構成多個信號檢測通路。根據(jù)光電探測器的響應位置來判斷激光射 擊擊中的靶位。 激光打靶采用以光代彈的形式進行射擊訓練，是激光武器模擬器中最常見的一種。最初的激光打靶系統(tǒng)只能進行瞄準射擊訓練，隨著計算機和微處理器技術的發(fā)展，其用途擴大到可進行多種武器的模擬訓練。隨著研究和探索的深入，激光打靶系統(tǒng)的功能將進一步完善，能夠更接近于武器裝備在實際使用中的表現(xiàn)，計算機處理 信號處理電路 半導體激光器 激光槍扳機 光電探測器 杭州電子科技大學本科畢業(yè)設計 10 增強真實感。同時，通過與電子技術相結合，進一步提高激光模擬的自動化、智能化水平。 激光武器模擬器有以下幾個方面的發(fā)展趨勢： （ 1）可以模擬的武器越來越多，激光武器模擬器正朝著系列化、組件化的方向發(fā)展，一個基本的激光射擊模 擬器只要稍加改動就可適用于其他武器系統(tǒng)。系列化、組件化的好處是便于使用、更換和維修，同時價格也便宜。 （ 2）從激光射擊模擬器向激光交戰(zhàn)模擬器發(fā)展，先進的激光交戰(zhàn)模擬器能使坦克、戰(zhàn)斗車輛、反坦克武器等有機的結合在一起進行訓練，每部兵器既是攻擊者，又是被攻擊者，完全模仿實戰(zhàn)中的作戰(zhàn)環(huán)境，不僅能提高戰(zhàn)士使用武器的技能，還可以教會他們如何在戰(zhàn)爭中保護自己。 （ 3）采用各種新技術增加模擬的逼真性，例如用計算機來記錄、控制整個訓練演習的進程，評定戰(zhàn)士在演習中的表現(xiàn)等。 本設計方案思路 本設計以實現(xiàn)信號的良好檢 測和數(shù)據(jù)轉換、傳輸為主要目的；以信號檢測，信號編碼和數(shù)據(jù)傳輸為主要設計內容。 在信號檢測方面設計單脈沖小信號的放大電路和信號整形電路；在信號編碼方面，要解決多路信號的編碼問題，還要考慮到編碼的優(yōu)先選擇問題；在脫靶問題的處理方法上，對打靶和信號采集傳送進行同步化處理（詳見第二章的硬件設計部分），把脫靶的情況與中靶的情況歸為一類處理；數(shù)據(jù)傳輸采用 UART 串口通信。 研發(fā)方向和技術關鍵 （ 1）合理劃分激光靶的光電探測器，提高系統(tǒng)的精度； （ 2）單脈沖小信號的放大和整形； （ 3）多路優(yōu)先編碼器的擴展； （ 4）與微機進行數(shù)據(jù)傳輸，方便成績的統(tǒng)計、保存、顯示和查詢。 主要技術指標 （ 1）激光脈寬： 大于 1ms （ 2）激光脈沖響應幅度：約 10 mv （ 3）打靶距離： 30 米 （ 4）串行輸出幀格式： 射擊次數(shù) ＋ 所擊中的光電探測器的編號 杭州電子科技大學本科畢業(yè)設計 11 杭州電子科技大學本科畢業(yè)設計 12 3 總體設計 激光打靶系統(tǒng)是一種集光、電于一體的系統(tǒng)，其工作原理是激光槍發(fā)出的激光束，打到光電傳感器上，經(jīng)光電傳感器將光信號轉換為電信號，電信號經(jīng)過信號處理后由單片機發(fā)送到計算機的串行口，然后在計算機上完成 成績顯示、查詢和保存等功能。 激光打靶系統(tǒng)結構的組成框圖如圖 31 所示。該系統(tǒng)包括半導體激光槍、模塊式探測器、數(shù)字信號處理和發(fā)送電路、計算機數(shù)據(jù)處理程序等四部分。 圖 31 系統(tǒng)總體結構框圖 激光的檢測 [7,8] 每次打靶，激光槍發(fā)出一個激光脈沖。如果激光脈沖擊中光電靶，利用光生伏特效應，光電靶上的探測器把光信號轉換成電信號，因此激光的檢測就是對探測器響應電信號的檢測。光電探測器的響應是一個單脈沖小信號，整個檢測過程包括：信號放大、波形整形，檢測輸出是標準的脈沖數(shù)字信號。 靶位的劃分 把一個激光靶劃分為 38 塊探測器，中心 10 環(huán)為一塊探測器； 環(huán)分別有 8 塊探測器； 5環(huán)有 5 塊探測器。 根據(jù)不同靶位上的探測器來判斷所擊中的位置，包括環(huán)數(shù)： ；偏離方向：上 .下 .左 .右 .左上 .左下 .右上 .右下。 若信號擊中兩塊或四塊探測器的交界，則只取其中一塊為有效，記為有效的探測器滿足以下條件： （ 1）環(huán)數(shù)高； （ 2）偏離方向為斜向（例如：上和右上兩方向，選擇右上）。 根據(jù)上述要求，以及硬件電路設計的需要，對不同的探測器進行編碼，見圖32（右）。 激光槍 探測器 模 塊 放 大 電 路 濾 波 電 路 整 形 電 路 優(yōu) 先 編 碼 電 路 串 行 收 發(fā) 模 塊 電 平 轉 換 計算機 串口 杭州電子科技大學本科畢業(yè)設計 13 圖 32 靶位劃分與編號 編碼標準 對 38 路信號按以上原則編碼，編碼結果如表 31。若脫靶無信號則記為 0 號。編碼后，每一個號碼對應了每一個探測器的位置信息，包括環(huán)數(shù)和偏移方向。對信號擊中兩塊或四塊探測器的交界的情況 ,只需取碼號大的探測器為有效。這樣，打靶的結果在硬件電路上的實現(xiàn)便可由 40－ 6 線優(yōu)先編碼器完成。 表 31 靶位編碼 上 右上 右 右下 下 左下 左 左上 10環(huán) 38 9環(huán) 33 37 32 36 31 35 30 34 8環(huán) 25 29 24 28 23 27 22 26 7環(huán) 17 21 16 20 15 19 14 18 6環(huán) 9 13 8 12 7 11 6 10 5環(huán) 3 － 2 5 － 4 1 － 成績的傳送和處理 信號經(jīng)編碼后發(fā)送到計算機，由計算機進行譯碼 ，在計算機上模擬顯示出射擊位置，對一組結果進行統(tǒng)計（包括環(huán)數(shù)和方向偏移），并進行儲存。 其他說明 系統(tǒng)分為硬件部分和軟件部分。本論文主要設計制作硬件部分以及與微機的通訊的 2051 單片機程序。微機軟件部分，包括數(shù)據(jù)的處理和顯示等有另外一名畢業(yè)設計同學實現(xiàn)。 杭州電子科技大學本科畢業(yè)設計 14 4 硬件設計 信號放大電路 在光電探測系統(tǒng)中，探測器輸出的電信號非常微弱，一般為毫伏級。為記錄每一次打靶的結果，信號放大與處理電路是打靶系統(tǒng)中不可或缺的。在探測器上直接進行信號處理十分困難，一種常用的解決辦法是在探測器后接前置放大器，用來放大探測器的輸出信號，然后成功地傳輸?shù)叫盘柼幚硐到y(tǒng)的有關電路部分。前置放大器的設計要求是低噪聲，高增益，低輸出阻抗，大的動態(tài)范圍，和較好的抗噪聲能力。 在激光打靶系統(tǒng)中，對光電池產(chǎn)生的脈沖信號的具體大小值要求不高，只需檢測出有效的脈沖信號，因此可選用集成運放來組成運算放大電路 。 通過測試，得到光電探測器對的激光脈沖的響應幅度典型值約為 5mv，若激光擊中在兩塊或多塊探測器邊界處，則任何一塊光電探測器的響應幅度會減少，因此所檢測的脈沖幅度范圍大約是 3～ 5mv