李國梁

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，西安 710068）

0 引言

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈（Tactical Data Link）在北約稱為數(shù)據(jù)鏈（Link），在美國稱為戰(zhàn)術(shù)數(shù)字信息鏈 TADIL（Tactical Data Information Link），是由各作戰(zhàn)平臺和連接各作戰(zhàn)平臺的數(shù)據(jù)鏈構(gòu)成的作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)[1]，保證各作戰(zhàn)平臺之間快捷交互戰(zhàn)場情報信息，實(shí)時獲取戰(zhàn)場態(tài)勢，提高各軍兵種的協(xié)同作戰(zhàn)能力。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈作為現(xiàn)代軍事電子信息系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，并已經(jīng)成為信息化戰(zhàn)爭的重要標(biāo)志之一。北約及美國的典型戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈包括Link4A、Link11和Link16等[2]。

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈一般采用時分多址（Time Division Multiple Access ,TDMA）接入方式[2]。TDMA技術(shù)具有良好的抗截獲和抗干擾能力，組網(wǎng)靈活，網(wǎng)內(nèi)可同時容納成員上百個，滿足了作戰(zhàn)需要。TDMA作為一種有效的多址方式，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于多種戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈中，如美軍的增強(qiáng)位置報告系統(tǒng)（EPLRS, Enhanced Position Location and Reporting System），聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)（JTIDS, Joined Tactical Information Data System）。

20世紀(jì)70年代美軍開發(fā)研制Link16數(shù)據(jù)鏈，80年代開始裝備部隊(duì)，由于Link16數(shù)據(jù)鏈具有保密、抗干擾、無中心的特點(diǎn)，現(xiàn)已成為美軍最主要的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈[3]。因?yàn)長ink16數(shù)據(jù)鏈報文格式的不同，所以其信息數(shù)據(jù)率可達(dá)到：28.8kbps～238kbps，其端機(jī)采用“DSP+FPGA”結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)處理能力有限，僅可以進(jìn)行簡單的標(biāo)準(zhǔn)格式化報文交互，如定位，敵我識別等，但是格式化報文無法直觀有效的反映當(dāng)前戰(zhàn)場態(tài)勢變化，同時，Link16數(shù)據(jù)鏈也無法進(jìn)行大容量數(shù)據(jù)（如：視頻數(shù)據(jù)）的傳輸。

1 視頻通信應(yīng)用

從戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展過程來看，戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈從單一報文、低速率、小容量向多類型報文、高速率、大容量的方向發(fā)展。視頻通信作為大容量數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡湫蛻?yīng)用，它具有實(shí)時性、直觀性以及信息多元性等特點(diǎn)，并且視頻通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了通信分布性與多媒體的融合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了視頻信息、數(shù)據(jù)圖像等相應(yīng)信號的快速處理和交互傳輸?shù)萚4]。視頻通信現(xiàn)已廣泛用于偵察、探測、指揮等軍事領(lǐng)域。

視頻通信可以使得作戰(zhàn)指揮員之間能夠?qū)崟r直觀的進(jìn)行戰(zhàn)場信息交互。通過運(yùn)用可視化調(diào)度、視頻監(jiān)控等手段，極大地提升了多軍兵種的協(xié)同作戰(zhàn)能力，并有效提升了軍事作戰(zhàn)的實(shí)效性[5]。同時，通過視頻監(jiān)控可以直觀地了解當(dāng)前的戰(zhàn)場態(tài)勢，并及時提供遠(yuǎn)程支援。由此可見，視頻通信技術(shù)對現(xiàn)代戰(zhàn)場而言是至關(guān)重要的技術(shù)支撐。

2 OMAP架構(gòu)數(shù)據(jù)傳輸處理

針對Link16數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)率較低的不足，本文通過改進(jìn)通信結(jié)構(gòu)，提高通信容量來滿足視頻數(shù)據(jù)傳輸處理。本系統(tǒng)采用TI公司的OMAP3530芯片，這是 TI推出的低功耗、高集成度、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大及外設(shè)資源豐富的雙核處理器，其片內(nèi)由一個ARM 核和 DSP核組成，其中，ARM 核為CortexTM-A8，主頻為720MHz，主要功能是完成數(shù)據(jù)編解碼以及視頻數(shù)據(jù)的拆包、標(biāo)記、打包的功能，DSP核為TMS320C64+，主頻為520MHz，主要功能是完成數(shù)據(jù)的分類處理與數(shù)據(jù)交互的功能。其中，ARM CortexTM-A8內(nèi)核的處理性能是ARM9架構(gòu)處理器的四倍之多，DSP內(nèi)核的處理運(yùn)算能力與早期TI單核DSP相比，性能大幅提升。TMS320C64+與早期TI單核DSP性能比較如表1所示。

表1 TMS320C64+與早期TI單核DSP性能比較

OMAP3530采用雙核處理技術(shù)，綜合了ARM處理器的控制能力和DSP處理器的運(yùn)算能力，兩者協(xié)同分工合作，使得其擁有更強(qiáng)大的性能，可完成單一DSP無法完成的復(fù)雜度高的服務(wù)（如視頻數(shù)據(jù)處理），并對視頻數(shù)據(jù)處理的工作效率進(jìn)行了極大程度的優(yōu)化。OMAP3530具有集成度高、速度快、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、硬件可靠性和穩(wěn)定性強(qiáng)、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。OMAP3530硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 OMAP3530硬件結(jié)構(gòu)

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)采用“OMAP+FPGA”結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)處理能力可達(dá)2Mbps，可以滿足大容量數(shù)據(jù)的實(shí)時處理與傳輸，如視頻數(shù)據(jù)，通過視頻數(shù)據(jù)，可以實(shí)時、直觀的了解當(dāng)前戰(zhàn)場的態(tài)勢變化。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的大容量數(shù)據(jù)傳輸處理方法，既可以滿足簡單數(shù)據(jù)的交互處理，又可以滿足大容量數(shù)據(jù)的傳輸處理。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括天線、電源單元、功放及射頻前端、收發(fā)信道、信號與信息處理器、接口處理器，計(jì)算機(jī)。其中

（1）電源模塊主要功能是為各功能模塊提供工作用電；

（2）功放與射頻前端主要功能是射頻信號的發(fā)射與接收，發(fā)射功率控制以及射頻前端的狀態(tài)檢測與控制；

（3）收發(fā)信道主要功能是完成射頻信號到模擬中頻信號的下變頻以及模擬中頻信號到射頻信號的上變頻；

（4）信號與信息處理器主要功能是中頻信號的A/D采樣、D/A變換、調(diào)制解調(diào)、數(shù)據(jù)編解碼以及視頻數(shù)據(jù)的拆分、標(biāo)記、打包等功能；

（5）接口處理器主要功能是完成信號與信息處理器模塊和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交互；

（6）計(jì)算機(jī)的主要功能是模擬產(chǎn)生視頻數(shù)據(jù)或控制信息數(shù)據(jù)，并顯示接收到的視頻數(shù)據(jù)或接收到的控制信息。

控制信息數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量小，不需要拆分處理，按照簡單數(shù)據(jù)的交互流程進(jìn)行處理。

視頻數(shù)據(jù)由于數(shù)據(jù)量較大，無法一次性發(fā)送完畢，所以需要將視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分、標(biāo)記、打包處理。

本文將數(shù)據(jù)處理流程分為數(shù)據(jù)發(fā)送處理流程與數(shù)據(jù)接收處理流程兩部分。

2.2 數(shù)據(jù)發(fā)送處理流程

數(shù)據(jù)發(fā)送處理流程如下：

（1）計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)生的視頻數(shù)據(jù)或控制信息數(shù)據(jù)由接口處理器接收；

（2）接口處理器將數(shù)據(jù)發(fā)送至OMAP芯片的ARM核中，ARM核解碼得到模擬數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)類型；

（3）ARM 核接收到的是視頻數(shù)據(jù)，ARM 核將每幀數(shù)據(jù)按順序進(jìn)行編號，并將編號寫入每幀數(shù)據(jù)的幀頭中；

（4）ARM核將1幀數(shù)據(jù)再劃分為N個數(shù)據(jù)包，其中，每包數(shù)據(jù)包含 512bits，最后一包如果不足512bits，則補(bǔ)零處理；

（5）ARM核將N個數(shù)據(jù)包進(jìn)行統(tǒng)一編號，并發(fā)送至DSP核中，DSP核按照協(xié)議將數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，將打包后的數(shù)據(jù)發(fā)送至FPGA作相關(guān)處理；

（6）FPGA處理后的數(shù)據(jù)通過收發(fā)信道、功放及射頻前端，以射頻的形式發(fā)送出去。

另外，ARM核接收到的是控制信息數(shù)據(jù)，ARM核直接將數(shù)據(jù)發(fā)送至DSP核，DSP核將數(shù)據(jù)按協(xié)議進(jìn)行打包后發(fā)送至FPGA，最終轉(zhuǎn)化為射頻信號，通過天線發(fā)送出去。

數(shù)據(jù)發(fā)送處理流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)發(fā)送處理流程

2.3 數(shù)據(jù)接收處理流程

視頻數(shù)據(jù)接收處理流程如下：

（1）通過天線接收射頻信號，然后由收發(fā)信道將接收的射頻信號下變頻至中頻信號，并發(fā)送至FPGA；

（2）FPGA將中頻信號轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶐?shù)據(jù)，并將基帶數(shù)據(jù)發(fā)送至OMAP芯片的DSP核；

（3）DSP核將數(shù)據(jù)按照協(xié)議進(jìn)行解碼，并將解碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送至ARM核；

（4）ARM核由解碼后數(shù)據(jù)得到數(shù)據(jù)類型，接收視頻數(shù)據(jù)時，先將接收的數(shù)據(jù)保存在緩存區(qū)中；

（5）ARM核每收到一包數(shù)據(jù)，將計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)一幀數(shù)據(jù)接收完畢，計(jì)數(shù)器會出現(xiàn)以下兩種情況：

a．如果計(jì)數(shù)器為N，說明收到的這一幀數(shù)據(jù)是完整的，并將計(jì)數(shù)器清零，然后將數(shù)據(jù)按照編號組成一幀數(shù)據(jù)；

圖4 數(shù)據(jù)接收處理流程

b．如果計(jì)數(shù)器不為N并且ARM核收到了下一幀數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)包，則說明收到的這一幀數(shù)據(jù)不完整，無法還原為正常的視頻數(shù)據(jù)，將計(jì)數(shù)器清零，繼續(xù)等待處理下一幀數(shù)據(jù)；

（6）ARM核將完整的一幀數(shù)據(jù)經(jīng)接口處理器傳遞給計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示。

另外，ARM 核接收控制信息數(shù)據(jù)時，提取出其中的有效數(shù)據(jù)，并經(jīng)接口處理器傳遞給計(jì)算機(jī)顯示。

數(shù)據(jù)接收處理流程如圖4所示。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)通過OMAP芯片中的DSP核進(jìn)行簡單數(shù)據(jù)的交互的同時，利用OMAP芯片中的ARM核，進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的拆包、標(biāo)記、打包的處理，將大容量的視頻數(shù)據(jù)拆分為若干數(shù)據(jù)包，然后由DSP核進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與交互，這樣就在簡單數(shù)據(jù)交互的基礎(chǔ)上，完成了視頻數(shù)據(jù)的交互，有助于戰(zhàn)場態(tài)勢的實(shí)時監(jiān)控。

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