岳秀清，周小平，孫永全，任　彥，闕渭焰

(北方電子設(shè)備研究所，北京 100191)

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·試驗(yàn)與評(píng)估·

電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備綜合接入技術(shù)研究

岳秀清，周小平，孫永全，任彥，闕渭焰

(北方電子設(shè)備研究所，北京 100191)

在電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)過程中，如何集成運(yùn)用各類各型環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備逼真構(gòu)設(shè)所需環(huán)境，是當(dāng)前開展復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備試驗(yàn)及作戰(zhàn)訓(xùn)練亟需解決的現(xiàn)實(shí)問題。對(duì)電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備綜合接入技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了“綜合接入設(shè)備+協(xié)議適配軟件”的解決方案，并完成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，為綜合運(yùn)用不同電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備生成環(huán)境構(gòu)設(shè)提供了有效技術(shù)手段。

電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)；綜合接入；協(xié)議適配

0　引言

復(fù)雜電磁環(huán)境是以信息技術(shù)為核心的高新技術(shù)在軍事領(lǐng)域廣泛應(yīng)用、戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)發(fā)生深刻演變的必然產(chǎn)物，是信息化條件下作戰(zhàn)的鮮明特征和構(gòu)成戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的核心要素，對(duì)預(yù)警探測(cè)、指揮控制、精確打擊等電子信息的作戰(zhàn)效能發(fā)揮構(gòu)成重大威脅。近年來，隨著復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備適應(yīng)性試驗(yàn)研究及作戰(zhàn)訓(xùn)練研究的逐步開展與日漸深入，各界形成共識(shí)：電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)是開展復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備試驗(yàn)及作戰(zhàn)訓(xùn)練的前提與基礎(chǔ)，環(huán)境構(gòu)設(shè)的質(zhì)量直接影響著試驗(yàn)與訓(xùn)練的效益。目前，環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備是在不同時(shí)期由不同研制單位研制的，如何通過有效的綜合接入技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備的集成應(yīng)用，通過盡可能低的費(fèi)效比構(gòu)設(shè)出逼真、近似實(shí)戰(zhàn)的電磁環(huán)境，正是本文著力解決的問題。

1　電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)現(xiàn)狀

1.1電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)方法

目前，國(guó)內(nèi)外電磁環(huán)境構(gòu)建方法主要有：實(shí)裝構(gòu)建法、半實(shí)物構(gòu)建法、數(shù)字仿真法等[1-2]。實(shí)裝構(gòu)建法，是用真實(shí)裝備構(gòu)建電磁環(huán)境，通常在外場(chǎng)進(jìn)行。其突出優(yōu)點(diǎn)是逼真，但對(duì)人、財(cái)、物的消耗較大、受制約影響因素較多，模擬構(gòu)建敵真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的能力有限。半實(shí)物構(gòu)建法，是利用各種模擬器產(chǎn)生電磁信號(hào)環(huán)境，一般包括輻射式信號(hào)模擬器和注入式信號(hào)模擬器。其優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生信號(hào)種類多、樣式豐富，內(nèi)外場(chǎng)均可使用，節(jié)約資源和經(jīng)費(fèi)；缺點(diǎn)是模擬器性能有限，通常部署于重點(diǎn)區(qū)域、部位，難以逼真模擬敵作戰(zhàn)運(yùn)用。數(shù)字仿真法，是利用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)裝備面臨的電磁環(huán)境種類、數(shù)量、密度、信號(hào)樣式以及信號(hào)時(shí)、空、頻、調(diào)制等特征參數(shù)的逼真模擬。其優(yōu)點(diǎn)是耗費(fèi)資源少，可根據(jù)需要靈活構(gòu)建所需電磁環(huán)境；缺點(diǎn)是建模、仿真工作量大，難度高，仿真結(jié)果置信度難以驗(yàn)證。

1.2電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)現(xiàn)狀

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)復(fù)雜多變，敵對(duì)雙方圍繞信息獲取、傳輸、控制、處理和利用，在電磁空間展開對(duì)抗博弈行動(dòng)，戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境呈現(xiàn)出對(duì)抗激烈、信號(hào)密集、樣式復(fù)雜和動(dòng)態(tài)交迭等特點(diǎn)。實(shí)踐證明，運(yùn)用單一的環(huán)境構(gòu)設(shè)方法及設(shè)備，已無(wú)法滿足逼真模擬戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境的需要。目前，裝備試驗(yàn)中，內(nèi)場(chǎng)多采用半實(shí)物仿真與數(shù)字仿真結(jié)合、外場(chǎng)多采用實(shí)裝與半實(shí)物結(jié)合的方式構(gòu)建電磁環(huán)境；作戰(zhàn)訓(xùn)練中，主要采取紅藍(lán)對(duì)抗的方式，綜合運(yùn)用實(shí)裝與半實(shí)物構(gòu)建電磁環(huán)境。無(wú)論是裝備試驗(yàn)還是作戰(zhàn)訓(xùn)練中的復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)，都需要借助各類實(shí)裝(如通信裝備、雷達(dá)裝備、電子對(duì)抗裝備)及信號(hào)模擬設(shè)備(背景信號(hào)模擬設(shè)備、通信及通信對(duì)抗信號(hào)環(huán)境模擬設(shè)備、雷達(dá)及雷達(dá)對(duì)抗信號(hào)環(huán)境模擬設(shè)備、特定目標(biāo)模擬設(shè)備等等)，而后根據(jù)裝備試驗(yàn)及作戰(zhàn)訓(xùn)練的實(shí)際需要，按照“針對(duì)性、逼真性、等效性”原則，將不同類型、不同數(shù)量的實(shí)裝和模擬設(shè)備進(jìn)行組合部署使用，并在一定的控制機(jī)制下，生成近似實(shí)戰(zhàn)的復(fù)雜電磁環(huán)境。

目前，用于構(gòu)設(shè)電磁環(huán)境的各類實(shí)裝和模擬設(shè)備，是不同時(shí)期由不同單位研制的，其通信接口、信息交互協(xié)議迥異，無(wú)法實(shí)現(xiàn)物理層、信息層的通聯(lián)，進(jìn)行環(huán)境構(gòu)設(shè)時(shí)，不同構(gòu)設(shè)設(shè)備通常各自為戰(zhàn)，嚴(yán)重影響了電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)的整體效果。因此，亟需開展復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備綜合接入技術(shù)研究，將各型設(shè)備接入試驗(yàn)、訓(xùn)練基地的環(huán)境構(gòu)設(shè)指揮系統(tǒng)，使其能在統(tǒng)一的指揮控制下開展電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)，充分發(fā)揮各自技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，形成電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)合力，為獲得良好的試驗(yàn)和訓(xùn)練效果奠定基礎(chǔ)。

2　電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備綜合接入技術(shù)

實(shí)現(xiàn)電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備綜合接入，需要同時(shí)解決兩方面的問題：一是物理層通聯(lián)，由于不同電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備采用的通信設(shè)備、方式及接口等不統(tǒng)一，難以在物理層上實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通；二是信息層交互，由于不同電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備遵循的信息交互格式、內(nèi)容等不統(tǒng)一，難以在信息層上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有機(jī)融合和共享。

2.1綜合接入實(shí)現(xiàn)方式

實(shí)現(xiàn)綜合接入的傳統(tǒng)途徑是按統(tǒng)一的物理接口及通信協(xié)議改造現(xiàn)有設(shè)備。該方法的優(yōu)點(diǎn)是改造后各設(shè)備均遵循相同的接口及協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備間可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成與通信；缺點(diǎn)是改造牽涉因素多，工作量大、周期長(zhǎng)，需要投入大量的人力和物力，不適于解決目前電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)所面臨的現(xiàn)實(shí)問題，因此，急需研究一種新的綜合接入技術(shù)——能在不改動(dòng)各設(shè)備原有軟、硬件狀態(tài)的情況下，實(shí)現(xiàn)其通聯(lián)。

本文經(jīng)研究提出了基于協(xié)議適配的綜合接入技術(shù)，通過“綜合接入設(shè)備+協(xié)議適配軟件”實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備物理層、信息層通聯(lián)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)有：一是環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備無(wú)需改變，只需通過協(xié)議適配軟件建立環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備之間通信協(xié)議的映射模型，即可實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換；二是傳統(tǒng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換工作必須由程序員通過編程完成，而協(xié)議適配軟件的用戶只需要通過圖形化的界面操作建立協(xié)議轉(zhuǎn)換模型即可，軟件會(huì)根據(jù)用戶建立的模型在后臺(tái)自動(dòng)生成程序；三是協(xié)議轉(zhuǎn)換模型具有良好的可繼承性和移植性，對(duì)于新接入的環(huán)境構(gòu)設(shè)裝備，只要其遵循已知的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，或與已知通信協(xié)議相似，就可通過對(duì)已有協(xié)議轉(zhuǎn)換模型的修改完成新接入設(shè)備的協(xié)議轉(zhuǎn)換。

2.2協(xié)議適配軟件原理

協(xié)議適配軟件主要使用基于有限狀態(tài)機(jī)建模的協(xié)議適配技術(shù)，依據(jù)通信協(xié)議接口規(guī)則構(gòu)建出對(duì)應(yīng)的協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換自動(dòng)機(jī)，以一組進(jìn)程間的通信API提供給通信雙方使用，在不改動(dòng)雙方軟件的前提下，完成實(shí)時(shí)協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)雙方的互聯(lián)互通、信息共享。

協(xié)議適配軟件的基本理論依據(jù)是有限狀態(tài)機(jī)模型。有限狀態(tài)機(jī)(FSM)是表示有限個(gè)狀態(tài)以及在這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移和動(dòng)作等行為的數(shù)學(xué)模型。有限狀態(tài)機(jī)中的基本概念包括狀態(tài)和動(dòng)作，狀態(tài)存儲(chǔ)關(guān)于過去的信息，它反映從系統(tǒng)開始到現(xiàn)在時(shí)刻的輸入變化；動(dòng)作是在給定時(shí)刻要進(jìn)行的活動(dòng)的描述。有限狀態(tài)機(jī)的下一個(gè)狀態(tài)和輸出是輸入和當(dāng)前狀態(tài)的函數(shù)，其邏輯如圖1所示。

圖1　FSM邏輯圖

現(xiàn)行主流通信協(xié)議的邏輯結(jié)構(gòu)都符合樹形結(jié)構(gòu)，為此可以把所有的通信協(xié)議都抽象為一種與之對(duì)應(yīng)的樹形語(yǔ)義模型——協(xié)議模型樹(PMT)。PMT就是一個(gè)狀態(tài)機(jī)，PMT的一個(gè)節(jié)點(diǎn)就是狀態(tài)機(jī)的一個(gè)狀態(tài)。PMT按其數(shù)據(jù)的流向分為輸入樹(IPWT)和輸出樹(OPWT)。

在協(xié)議適配中，當(dāng)PWT描述的是輸入端的協(xié)議時(shí)，就為輸入樹；當(dāng)PWT描述的是輸出端的協(xié)議時(shí)，就為輸出樹。協(xié)議適配的目的是將輸入樹的數(shù)據(jù)元素轉(zhuǎn)換為輸出樹的數(shù)據(jù)元素，定義一組公式包括數(shù)據(jù)類型和運(yùn)算函數(shù)y=f(x…)對(duì)轉(zhuǎn)換關(guān)系進(jìn)行描述，這組公式把兩棵樹以有向圖的方式連接起來，如圖2所示。

圖2　協(xié)議適配原理示意圖

2.3綜合接入設(shè)備原理

綜合接入設(shè)備兼具業(yè)務(wù)接入、數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N功能，將接入的各環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備提供的不同數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的IP數(shù)據(jù)包，再將IP數(shù)據(jù)包發(fā)送到IP網(wǎng)中；或接收IP網(wǎng)中傳來的控制指令和數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為現(xiàn)有設(shè)備的各種控制命令并以相應(yīng)格式的信息輸出。這種方式傳輸方式單一，只要IP數(shù)據(jù)包可到達(dá)的地點(diǎn)均可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接入。綜合接入設(shè)備接入示意圖如圖3所示。

圖3　綜合接入設(shè)備接入示意圖

3　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1協(xié)議適配軟件體系結(jié)構(gòu)

協(xié)議適配軟件軟件體系結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括模型管理器、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用協(xié)議適配服務(wù)器和I/O通信模塊四個(gè)組成部分。模型管理器針對(duì)不同復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備的通信協(xié)議建立與之對(duì)應(yīng)的協(xié)議適配模型，通過分析協(xié)議組成，構(gòu)建協(xié)議模型樹，在不同環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備的協(xié)議之間建立映射關(guān)系，編譯生成相應(yīng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)是針對(duì)不同復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備生成的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，它識(shí)別符合環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備通信協(xié)議的信息，驅(qū)動(dòng)應(yīng)用協(xié)議適配服務(wù)器和通聯(lián)的另一端環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備進(jìn)行通信，從而完成兩個(gè)設(shè)備系統(tǒng)間的無(wú)縫集成。應(yīng)用協(xié)議適配服務(wù)器是一個(gè)獨(dú)立的可執(zhí)行程序，其通過調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)，完成環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備雙方通信協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)兩者的互聯(lián)互通。I/O通信模塊完成協(xié)議適配軟件和環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備的直接通信。

圖4　軟件體系結(jié)構(gòu)示意圖

3.2協(xié)議適配軟件實(shí)現(xiàn)

協(xié)議適配軟件實(shí)現(xiàn)采用可視化、偽語(yǔ)言編程技術(shù)，其中協(xié)議模型采用XML語(yǔ)言描述。

協(xié)議適配軟件中采用的可視化編程視圖通過拖拽方式構(gòu)建協(xié)議模型樹，并通過拖拽有向邊的方式建立不同組成元素間的映射模式，通過“偽語(yǔ)言”方式，讓普通用戶完成模型轉(zhuǎn)換工作，將帶有轉(zhuǎn)換函數(shù)的模型樹編譯生成標(biāo)準(zhǔn)的C/C++語(yǔ)言源代碼，并最終生成設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。構(gòu)建協(xié)議模型樹采用GDI方式，為用戶提供一個(gè)圖形操作環(huán)境。視圖從上到下采用不同矩形表示不同的組成節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括節(jié)點(diǎn)名稱、數(shù)據(jù)類型、節(jié)點(diǎn)類型等不同屬性。

擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言XML是面向內(nèi)容的自描述性語(yǔ)言，它以一種統(tǒng)一的信息描述標(biāo)準(zhǔn)去定義各種數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)，屏蔽它們?cè)谄脚_(tái)、系統(tǒng)環(huán)境、內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面的異構(gòu)性，適于異構(gòu)應(yīng)用間的數(shù)據(jù)共享[3-4]。復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備的異構(gòu)數(shù)據(jù)來源，阻礙了信息集成與交換，而XML可以以一種統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模式描述來自不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，保證了結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的同一性和應(yīng)用平臺(tái)無(wú)關(guān)性，方便了內(nèi)容跨系統(tǒng)的應(yīng)用。

3.3綜合接入設(shè)備實(shí)現(xiàn)

綜合接入設(shè)備由信息處理單元和接口適配單元組成，以信息處理單元為平臺(tái)，通過內(nèi)置專用接口適配單元，實(shí)現(xiàn)接入數(shù)據(jù)的接口轉(zhuǎn)換、協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。設(shè)備原理框圖如圖5所示。

圖5　綜合接入設(shè)備原理框圖

4　結(jié)束語(yǔ)

電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備綜合接入是一項(xiàng)意義重大又極其復(fù)雜的工程。綜合接入設(shè)備及協(xié)議適配軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，為復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備試驗(yàn)、作戰(zhàn)訓(xùn)練中的電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)提供了一種新的可行技術(shù)手段；為實(shí)現(xiàn)綜合運(yùn)用各種不同環(huán)境構(gòu)設(shè)設(shè)備形成有效、最大化的環(huán)境構(gòu)設(shè)提供了技術(shù)支持。目前該系統(tǒng)已多次應(yīng)用于演習(xí)訓(xùn)練的電磁環(huán)境構(gòu)設(shè)中，均取得了理想效果。后續(xù)將充分借鑒本系統(tǒng)研究的技術(shù)思路，將接入對(duì)象拓展到通信、雷達(dá)等用頻裝備，研究針對(duì)不同電子信息裝備的綜合接入技術(shù)，探索自動(dòng)采集記錄裝備工作參數(shù)和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的技術(shù)途徑和實(shí)現(xiàn)方法，解決當(dāng)前裝備效能及訓(xùn)練效果評(píng)估缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的難題。■

[1]劉麗明,黃文亮,孫璐璐.海戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建方法[J].艦船電子對(duì)抗,2010,33(4):15-17.

[2]劉尚合,孫國(guó)至.復(fù)雜電磁環(huán)境內(nèi)涵及效應(yīng)分析[J].裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2008,19(1):1-5.

[3]郎星建,劉宏志.基于XML的信息工程監(jiān)理異構(gòu)數(shù)據(jù)集成研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2011,21(3):221-224.

[4]倪興旺.基于XML的異構(gòu)數(shù)據(jù)交換研究與實(shí)現(xiàn)[J].石家莊學(xué)院學(xué)報(bào),2014,16(3):35-38.

Integration technology for electromagnetic environment constructing equipment

Yue Xiuqing, Zhou Xiaoping, Sun Yongquan, Ren Yan, Que Weiyan

(North Electronic equipment Research Institute,Beijing 100191,China)

In the process of electromagnetic environment constructing，how to manage different equipment to construct environment realistically is the problem which needs to be resolved in equipment experiment and campaign training under complex electromagnetic environment.The integration technology of electromagnetic environment constructing equipment is studied， the solution of “integrated device and the software for multi-protocol conversion” is proposed，and the system design and realization is completed.It provides valid technique means of integrating different constructing equipment in order to create added power for environment building.

electromagnetic environment constructing;integration;multi-protocol conversion

2015-11-25；2016-03-14修回。

岳秀清(1981-)，女，工程師，博士，主要研究方向?yàn)殡姶怒h(huán)境構(gòu)建、評(píng)估與應(yīng)用。

TN97

A