李有才，陳文良，向東陽

(1.海軍陸戰(zhàn)學(xué)院，廣州 510430；2.解放軍91487部隊(duì), 湛江 524334)

艦船數(shù)據(jù)鏈信息通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)性提升的對策措施研究

李有才1，陳文良2，向東陽1

(1.海軍陸戰(zhàn)學(xué)院，廣州 510430；2.解放軍91487部隊(duì), 湛江 524334)

艦船數(shù)據(jù)鏈信息通信作為一種特定的通信傳輸手段，實(shí)時(shí)性要求高，如果不能在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)完成任務(wù)，許多數(shù)據(jù)將失去意義。實(shí)時(shí)性對艦船數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)非常重要，也是其生命力所在，論文從數(shù)據(jù)信息傳輸延時(shí)入手，探討了提高數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的對策措施。

實(shí)時(shí)性；數(shù)據(jù)鏈通信；對策舉措

0 引 言

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，一種以信息化武器裝備為基礎(chǔ)，以確定信息安全、奪取信息優(yōu)勢為主要制勝因素，在陸?？仗炀W(wǎng)電等多維領(lǐng)域進(jìn)行的體系對抗正逐步登上舞臺。艦船作為一種具有廣泛的機(jī)動能力和靈活反應(yīng)能力的綜合作戰(zhàn)平臺，要充分發(fā)揮各類武器系統(tǒng)的效能，必須融入我軍龐大的信息流網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息資源共享、武器平臺共用。因此，一種鏈接各作戰(zhàn)平臺、優(yōu)化信息資源、有效調(diào)配和使用作戰(zhàn)能量的“數(shù)據(jù)鏈”在各型艦船中廣泛使用。數(shù)據(jù)鏈已經(jīng)成為艦船信息作戰(zhàn)行動的支柱和力量提升的“倍增器”。艦船數(shù)據(jù)鏈信息通信實(shí)時(shí)性是衡量數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的重要指標(biāo)，是指揮員實(shí)時(shí)掌握戰(zhàn)場周邊目標(biāo)動態(tài)、確定戰(zhàn)場態(tài)勢發(fā)展趨勢、制定作戰(zhàn)指揮方案、下定指揮決策、采取正確行動的重要依據(jù)。數(shù)據(jù)鏈信息類型包括作戰(zhàn)指揮與控制信息、警報(bào)情報(bào)與戰(zhàn)場態(tài)勢信息、超視距目標(biāo)指示與引導(dǎo)信息、航空管制與綜合氣象信息、戰(zhàn)勤保障與武器協(xié)同共用信息等，不同的信息類型有不同的時(shí)效要求，如果不能在規(guī)定的時(shí)限內(nèi)完成信息傳輸與交換任務(wù)，許多數(shù)據(jù)信息將失去意義[1]。數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)傳輸?shù)牡湫托畔㈩愋蜑槟繕?biāo)數(shù)據(jù)信息情報(bào)，而數(shù)據(jù)情報(bào)信息一般由預(yù)警機(jī)(警戒機(jī))、直升機(jī)、觀測雷達(dá)站等引導(dǎo)兵力提供，以預(yù)警機(jī)(警戒機(jī))引導(dǎo)艦船(編隊(duì))為例，其數(shù)據(jù)信息傳輸流程如圖1所示。

根據(jù)信息傳輸流程，數(shù)據(jù)信息傳輸延時(shí)包括探測系統(tǒng)確定目標(biāo)運(yùn)動要素解算、顯示環(huán)節(jié)引起的延時(shí)T1，機(jī)載探測設(shè)備、機(jī)載指揮控制戰(zhàn)術(shù)平臺、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端與信道機(jī)發(fā)射系統(tǒng)間的信息交換延時(shí)T2，信息數(shù)據(jù)在傳輸媒介傳輸?shù)难訒r(shí)T3，艦船(編隊(duì))信息接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈終端、指揮控制戰(zhàn)術(shù)平臺間的信息交換延時(shí)T4，以及操作手在整個(gè)流程中的人機(jī)交互時(shí)延和人為延誤延時(shí)等。要提高數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)性，必須從影響數(shù)據(jù)信息延時(shí)的因素入手，采取必要的對策措施以提高數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性。

圖1 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)信息傳輸流程

1 提高探測系統(tǒng)目標(biāo)信息搜索探測速度，縮短目標(biāo)參數(shù)解算、顯示時(shí)間

觀察探測系統(tǒng)搜索探測目標(biāo)，確定目標(biāo)運(yùn)動要素解算的過程，實(shí)際上就是目標(biāo)建立航跡的過程，而目標(biāo)航跡建立時(shí)間與觀察探測系統(tǒng)掃描周期、探測概率、航跡起始邏輯與航跡管理規(guī)則等算法設(shè)計(jì)有關(guān)。用建立航跡時(shí)的觀察探測系統(tǒng)掃描次數(shù)的平均值與觀察探測系統(tǒng)掃描周期的乘積可以表示建立航跡的平均時(shí)間，邊掃描、邊識別、邊捕獲、邊跟蹤目標(biāo)的過程是時(shí)間、狀態(tài)都離散的馬爾科夫鏈，根據(jù)m/n航跡邏輯平均建立航跡時(shí)間計(jì)算公式，可以計(jì)算觀察探測系統(tǒng)確定目標(biāo)運(yùn)動要素解算、顯示環(huán)節(jié)引起的時(shí)延T1為[2]：

(1)

而 :

(2)

故有：

(3)

因此，要提高觀察探測系統(tǒng)確定目標(biāo)運(yùn)動要素解算、顯示速度，首先應(yīng)加快探測系統(tǒng)觀察探測周期，提高信息掃描速度，縮短探測捕獲與目標(biāo)顯示時(shí)間等。而顯控臺目標(biāo)顯示所需時(shí)間，主要由指控系統(tǒng)情報(bào)顯控臺命令解釋至報(bào)文生成時(shí)間、命令報(bào)文發(fā)送至處理機(jī)的時(shí)間、處理機(jī)分析處理時(shí)間和指控系統(tǒng)情報(bào)顯控臺情報(bào)信息表頁或圖形生成時(shí)間等部分組成，上述所有時(shí)間都與數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)CPU對中斷任務(wù)的處理規(guī)則和數(shù)據(jù)運(yùn)算速度有關(guān)，因此，提高CPU對中斷任務(wù)的處理規(guī)則和數(shù)據(jù)運(yùn)算速度是提高探測系統(tǒng)目標(biāo)信息掃描速度，縮短目標(biāo)參數(shù)解算、顯示時(shí)間的關(guān)鍵。

2 規(guī)范通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化調(diào)制解調(diào)方式，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息交互通暢

機(jī)載探測設(shè)備、機(jī)載指揮控制戰(zhàn)術(shù)平臺、機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端與信道機(jī)發(fā)射系統(tǒng)間的信息交換時(shí)延T2由四大部分延時(shí)所組成:機(jī)載指揮控制戰(zhàn)術(shù)平臺作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)情報(bào)處理計(jì)算機(jī)對輸入、編輯、收集的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理的延時(shí)T21；機(jī)載指揮控制戰(zhàn)術(shù)平臺數(shù)據(jù)信息存儲到緩存器等待發(fā)送，直到數(shù)據(jù)鏈終端提出信息申請，緩存器將信息傳遞給數(shù)據(jù)鏈終端的延時(shí)T22；機(jī)載數(shù)據(jù)鏈終端網(wǎng)控器按照預(yù)先約定的通信協(xié)議格式，對信息進(jìn)行編輯處理，然后送入數(shù)據(jù)密碼器進(jìn)行加密，密化后的數(shù)據(jù)信息通過調(diào)制解調(diào)器，完成數(shù)據(jù)信息到音頻基帶信息的調(diào)制，再通過內(nèi)部信道、接口、平臺管理與控制中心，由平臺管理與控制中心將信息分配至相應(yīng)的數(shù)據(jù)鏈通信信道設(shè)備所造成的一系列延時(shí)T23；音頻基帶數(shù)據(jù)信息通過機(jī)載數(shù)據(jù)鏈信道機(jī)設(shè)備(短波或超短波電臺)進(jìn)行射頻調(diào)制與放大，受信息傳輸?shù)乃俾视绊懰a(chǎn)生的延時(shí)T24，即T2=T21+ T22+ T23+ T24?？紤]當(dāng)前海軍預(yù)警機(jī)(警戒機(jī))數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)與艦船數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)的研制開發(fā)屬于同一單位，網(wǎng)控站(主站)與從屬站(從站)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)的硬件設(shè)備、軟件技術(shù)基本一致，因此， T2與T4基本一致(T2=T4)。要縮短上述設(shè)備、平臺、系統(tǒng)信息交換時(shí)間T2或T4，關(guān)鍵是數(shù)據(jù)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化。通信協(xié)議是數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各用戶必須遵循的格式與規(guī)范，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)、終端之間有效交換數(shù)據(jù)信息，縮短交換時(shí)間的決定性因素[3]。通信協(xié)議包括網(wǎng)絡(luò)控制、幀同步、差錯(cuò)控制、自動反饋重發(fā)、流量控制、特殊情況與異常狀態(tài)恢復(fù)等內(nèi)容。為確保數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)性，數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)必須選用傳輸效率高、反應(yīng)速度快、簡單實(shí)用的通信協(xié)議，盡量采用前向糾錯(cuò)與檢錯(cuò)刪除通信協(xié)議，少用或不用交織反饋校驗(yàn)通信協(xié)議，盡可能優(yōu)化信息編輯、調(diào)制、解調(diào)方式，節(jié)省終端之間接口輸入輸出傳輸與數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換的時(shí)間；在采用較短數(shù)據(jù)幀長度和緊湊的信息編碼的同時(shí)，在協(xié)議管理上禁止節(jié)點(diǎn)長時(shí)間地占住信道；在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)信息格式時(shí)，嚴(yán)格信息格式和工作規(guī)程，貫徹綜合、統(tǒng)一、一致的理念，使信息數(shù)據(jù)采集、加工、傳輸、處理無障礙，避免信息在傳輸過程中，因通信協(xié)議格式不兼容或轉(zhuǎn)換復(fù)雜而降低實(shí)時(shí)性。

3 科學(xué)設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)關(guān)系，降低網(wǎng)絡(luò)鏈路總數(shù)，提高信息表達(dá)效率

根據(jù)目前掌握的資料，研究數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)的延時(shí)或?qū)崟r(shí)性，一般把T2、T3、T4三者綜合起來研究，統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)信息從信息發(fā)射源到接收端信息宿源的平均時(shí)延。設(shè)N為數(shù)據(jù)鏈信息通信網(wǎng)絡(luò)鏈路總數(shù), λi為第i條鏈路的平均傳輸速率，μi為進(jìn)入第i條鏈路的信息長度，Ci為第i條鏈路的總?cè)萘?，Ri為一次性進(jìn)入第i條鏈路的數(shù)據(jù)總量，則數(shù)據(jù)信息從信息發(fā)射源到接收端信息宿源的最小平均時(shí)間Tmin為[4]：

(4)

即：

(5)

從Tmin的數(shù)學(xué)模型不難看出，數(shù)據(jù)信息從信息發(fā)射源到接收端信息宿源的平均時(shí)延與數(shù)據(jù)鏈信息通信網(wǎng)絡(luò)的鏈路總數(shù)、信息傳輸速率、信息長度、信息容量等因素密切相關(guān)。因此，要提高數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)性，一是減少單個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈路總數(shù)。要根據(jù)兵力執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)任務(wù)的不同，歸一化網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)術(shù)特性，將執(zhí)行同一任務(wù)的兵力進(jìn)行歸類，集中單一建網(wǎng)。或是根據(jù)數(shù)據(jù)鏈工作頻率、帶寬和數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)性要求，選擇合適的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，即便增開數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)，也要實(shí)現(xiàn)信息傳輸分流，減輕單個(gè)網(wǎng)絡(luò)的壓力，滿足實(shí)時(shí)性要求。二是提升網(wǎng)絡(luò)信息傳輸速率。要采用功能齊全、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，避免信息通道大量信息積壓、阻塞，甚至在實(shí)時(shí)性要求比較高的場合，直接采取點(diǎn)對點(diǎn)的信息傳輸路徑，提高信息傳輸速率?；蛞曰颈Ｕ衔淦餮b備有效攻擊距離為基準(zhǔn)，適當(dāng)選擇中繼平臺數(shù)量，并從實(shí)時(shí)性角度去考慮，選擇高頻段、寬頻帶、高速率數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)中繼平臺。三是提升信息表達(dá)效率。當(dāng)前艦船數(shù)據(jù)鏈信息通信系統(tǒng)傳輸帶寬、信息速率基本恒定，從技術(shù)上暫時(shí)無法改變，同一個(gè)信息內(nèi)容如果要素表達(dá)不精練、信息內(nèi)容數(shù)據(jù)過長、數(shù)據(jù)包過大，則信息傳輸與交換的時(shí)間拉長，網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)交換的次數(shù)增多，信息網(wǎng)絡(luò)資源利用率降低。要提高信息表達(dá)效率，首先應(yīng)該采用面向比特的方法來定義信息標(biāo)準(zhǔn)，壓縮信息量。其次是盡量避免傳輸占用信道時(shí)間較長的信息業(yè)務(wù)和過大的數(shù)據(jù)包，即多選用密語、簡語、無線電信號、短信、郵件等簡潔的數(shù)據(jù)信息表達(dá)方式，少用或不采用圖片、圖形、表格、圖像等復(fù)雜信息傳輸業(yè)務(wù)等。

4 強(qiáng)化人機(jī)交互訓(xùn)練，杜絕人為延誤，縮短人機(jī)交互時(shí)間

在數(shù)據(jù)鏈專向通信中，每條數(shù)據(jù)信息從信源到信宿至少有2次人機(jī)交換時(shí)間，以預(yù)警機(jī)(警戒機(jī))引導(dǎo)艦船(編隊(duì))為例，即預(yù)警機(jī)(警戒機(jī))飛行員對目標(biāo)的判斷和對目標(biāo)信息進(jìn)行編輯、處理、發(fā)送的第1次人機(jī)交互時(shí)間和接收端艦船(編隊(duì))情報(bào)臺操作員對目標(biāo)信息的確認(rèn)、歸類與處理分發(fā)的第2次人機(jī)交互時(shí)間。數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)完成一次人機(jī)交互時(shí)間又分為操作手輸入信息時(shí)間Tcr和顯控臺回顯所需時(shí)間Txk，操作手輸入信息時(shí)間Tcr與操作人員對目標(biāo)的判斷和反應(yīng)速度、操作人員數(shù)據(jù)信息業(yè)務(wù)處理能力、作戰(zhàn)行動戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢的復(fù)雜程度、命令格式要素的設(shè)計(jì)架構(gòu)等因素相關(guān)，目前平均形成1條數(shù)據(jù)鏈信息指令的人機(jī)交互時(shí)間不應(yīng)該超過10s；顯控臺回顯所需時(shí)間Txk與數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)CPU對中斷任務(wù)的處理規(guī)則和運(yùn)算速度有關(guān)，根據(jù)目前技術(shù)，Txk一般不超過1s。人為延誤時(shí)間是指因人為操作失誤或由于敵方有意干擾造成的數(shù)據(jù)鏈路中斷，或由于指揮員的能力、水平限制，造成對數(shù)據(jù)信息的處理誤判而指揮決策的猶豫、遲疑導(dǎo)致的時(shí)延等，相對人機(jī)交互時(shí)延來講，時(shí)間長，影響大，后果嚴(yán)重。因此，要縮短人機(jī)交互時(shí)延，杜絕人為延誤，一是應(yīng)提高數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)操作手的操作技能，通過實(shí)驗(yàn)室模擬系統(tǒng)操作使用訓(xùn)練、兵力戰(zhàn)術(shù)行動背景的實(shí)裝實(shí)操訓(xùn)練等形式提高操作手參數(shù)設(shè)置、網(wǎng)絡(luò)開通、數(shù)據(jù)輸入輸出速度和信息格式編排、整理、分發(fā)處理速度；二是強(qiáng)化數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)操作手戰(zhàn)法訓(xùn)法能力訓(xùn)練，通過分隊(duì)與分隊(duì)對抗、紅方與藍(lán)方對抗的形式，提升各級指揮員對系統(tǒng)掉鏈中斷、信息阻塞延時(shí)、設(shè)備故障搶修的應(yīng)急處理能力和抗擾抗毀的信息對抗能力；三是提升數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)裝備、平臺、終端的技術(shù)水平，通過現(xiàn)有裝備的技術(shù)改造，高新技術(shù)裝備的引進(jìn)，加快系統(tǒng)數(shù)字化建設(shè)步伐，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息處理智能化、自動化，從而降低系統(tǒng)與系統(tǒng)、終端與終端以及人機(jī)交互時(shí)間等。

5 結(jié)束語

信息傳輸?shù)难訒r(shí)是造成數(shù)據(jù)鏈信息不實(shí)時(shí)的根源，影響數(shù)據(jù)信息延時(shí)的因素包括探測平臺獲取、處理目標(biāo)信息的能力，系統(tǒng)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)兼容性，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與路由選擇，信息量大小與信息表達(dá)效率，系統(tǒng)智能化程度與操作手技能等，要提高艦船數(shù)據(jù)鏈信息通信實(shí)時(shí)性必須通過提高探測系統(tǒng)目標(biāo)探測周期和掃描速度，縮短顯控臺目標(biāo)參數(shù)解算和顯示時(shí)間，規(guī)范通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)關(guān)系，減少網(wǎng)絡(luò)鏈路總數(shù)和提高信息表達(dá)效率，加強(qiáng)操作手與各級指揮員人機(jī)交互訓(xùn)練，提高基于體系對抗條件下的艦船數(shù)據(jù)鏈信息系統(tǒng)快速建鏈能力、快速傳輸能力、快速處理能力等措施解決。

[1] 任培.戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈傳輸延時(shí)及其作戰(zhàn)效果影響分析[D].長沙：國防科技大學(xué)，2007.

[2] 沈閩鋒,陳盼.導(dǎo)彈對目標(biāo)信息延誤的自適應(yīng)性分析[M].廣州：海軍兵種指揮學(xué)院，2012.

[3] 李桂倫,孫東平.數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)探討[J].軍事通信技術(shù),2007(3)：35-36.

[4] 許錦洲,王來和.信息作戰(zhàn)技術(shù)與裝備[M].南京:南京海軍信息戰(zhàn)研究教育中心,2010.

Research into The Countermeasures Improving The Real-time Performance of Warship Data Link Information Communication System

LI You-cai1,CHEN Wen-liang2,XIANG Dong-yang1

(1.Naval Marine Academy,Guangzhou 510430,China;2.Unit 91487 of PLA, Zhanjiang 524334,China)

As a specific transmission means,the warship data link communication demands strong real-time performance.The data is meaningless if they can't be transmitted within the stipulated time limit,so the real-time performance is very important for the warship data link information system.This paper discusses the countermeasures improving the real-time performance of data link information system starting from the time delay of data information transmission.

real-time performance;data link communication;countermeasure

2015-12-20

TN919

A

CN32-1413(2016)06-0042-04

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.06.009