程健 吳蔚

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第28研究所）

1 引言

進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，高新技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，快速推動(dòng)了武器裝備的更新和作戰(zhàn)方式的演變。信息化戰(zhàn)爭(zhēng)終將成為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的基本形態(tài)。隨著我國(guó)綜合實(shí)力的日益提高以及我軍信息化建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，國(guó)產(chǎn)化計(jì)算平臺(tái)呼聲高漲，“核高基”國(guó)家重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)運(yùn)而生，這是符合國(guó)家安全和利益的戰(zhàn)略選擇，是事關(guān)國(guó)家軍隊(duì)、政府和科研等領(lǐng)域信息安全的重大舉措。這不僅有助于消除我國(guó)電子政務(wù)、國(guó)防等方面的安全隱患，更有利于改變我國(guó)一直以來(lái)在信息安全領(lǐng)域的被動(dòng)局面，其重大意義不言而喻。而作為軍事指揮控制系統(tǒng)總體研制單位，在相應(yīng)領(lǐng)域推廣應(yīng)用國(guó)產(chǎn)化計(jì)算平臺(tái)也是大勢(shì)所趨。

2 國(guó)產(chǎn)化計(jì)算平臺(tái)概述

國(guó)產(chǎn)化計(jì)算平臺(tái)是涵蓋了硬件、操作系統(tǒng)以及其它基礎(chǔ)軟件的一個(gè)集合。其中硬件以國(guó)產(chǎn)通用CPU芯片“龍芯”為代表，而基礎(chǔ)軟件則以國(guó)產(chǎn)“麒麟”操作系統(tǒng)為代表。“龍芯+麒麟”已成為國(guó)產(chǎn)化計(jì)算平臺(tái)在軍事信息系統(tǒng)領(lǐng)域的典型應(yīng)用模式。

2.1 龍芯處理器介紹

眾所周知，CPU是決定計(jì)算機(jī)硬件性能的核心部件，也是整個(gè)系統(tǒng)的核心。目前市場(chǎng)上，最為人們熟知的兩大品牌無(wú)疑是Intel和AMD，他們的強(qiáng)勢(shì)地位目前幾乎無(wú)人能撼動(dòng)。不得不承認(rèn)，在CPU研制技術(shù)上，我們跟國(guó)外廠商有著相當(dāng)大的差距，缺乏具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 CPU芯片，是我國(guó)計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的一大“芯”病。所幸，2002年9月28日，由中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)所研制的國(guó)產(chǎn)通用CPU龍芯1號(hào)正式發(fā)布。此后，龍芯2號(hào)，龍芯3號(hào)相繼研制成功。龍芯1號(hào)處理器主要面向低功耗的嵌入式應(yīng)用，是兼顧通用及嵌入式CPU特點(diǎn)的32位處理器內(nèi)核，采用類(lèi)MIPS III指令集，具有32位整數(shù)單元和64位浮點(diǎn)單元。龍芯2號(hào)處理器采用四發(fā)射超標(biāo)量超流水結(jié)構(gòu)，片內(nèi)一級(jí)指令和數(shù)據(jù)高速緩存各64kB，片外二級(jí)高速緩存最多可達(dá)8MB[1]。最高頻率1GHz，功耗為5瓦～7瓦，遠(yuǎn)低于國(guó)外同類(lèi)芯片。經(jīng)SPEC CPU2000程序?qū)崪y(cè)顯示，龍芯2號(hào)CPU的性能已達(dá)到Intel Pentium4系列中低端處理器的水平，適合桌面以及瘦客戶端應(yīng)用。龍芯 3號(hào)系列處理器主要面向高性能計(jì)算、低能耗數(shù)據(jù)中心以及高端嵌入式等應(yīng)用，是一款多核處理器，采用65nm工藝，時(shí)鐘主頻為 900MHz～1GHz，晶體管數(shù)目達(dá)4.25 億個(gè)，其設(shè)計(jì)具有分布式、架構(gòu)可擴(kuò)展的特點(diǎn)。中科龍芯表示，今后上述三個(gè)系列將并行發(fā)展，以滿足各種不同應(yīng)用場(chǎng)合的需求。

2.2 麒麟操作系統(tǒng)介紹

操作系統(tǒng)(Operating System，簡(jiǎn)稱OS)是控制其它程序運(yùn)行、管理系統(tǒng)資源并為用戶提供操作界面的系統(tǒng)軟件的集合，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)核與基石。長(zhǎng)期以來(lái)，操作系統(tǒng)市場(chǎng)幾乎由微軟等公司壟斷。麒麟操作系統(tǒng)是由解放軍國(guó)防科技大學(xué)研制的一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的操作系統(tǒng)。作為863計(jì)劃重大攻關(guān)科研項(xiàng)目，目標(biāo)就是要打破國(guó)外操作系統(tǒng)的壟斷。麒麟操作系統(tǒng)是首家通過(guò)公安部計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢查中心第四級(jí)結(jié)構(gòu)化保護(hù)級(jí)檢測(cè)和中國(guó)人民解放軍信息安全測(cè)評(píng)中心軍用B+級(jí)安全認(rèn)證、是目前國(guó)內(nèi)安全等級(jí)最高的操作系統(tǒng)。麒麟操作系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上主要分為三層，底層為可自由替換加載的基礎(chǔ)層，用以保證系統(tǒng)安全性和實(shí)時(shí)性，中間是FreeBSD的內(nèi)核，上層是Linux兼容庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)與Linux平臺(tái)應(yīng)用的二進(jìn)制兼容。

3 多雷達(dá)點(diǎn)跡航跡混合處理設(shè)備研究實(shí)現(xiàn)

3.1 研究背景

現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)中，為了應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，快速掌握戰(zhàn)場(chǎng)統(tǒng)一態(tài)勢(shì)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種特殊目標(biāo)（如高速高機(jī)動(dòng)、低速、慢速、隱身目標(biāo)等），雷達(dá)情報(bào)處理系統(tǒng)除了處理雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)以外，還需要處理含有固定回波、雜波干擾、虛警等的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)，并根據(jù)實(shí)際情況采用適當(dāng)?shù)乃惴ㄟM(jìn)行融合處理[2]。這就要求情報(bào)處理系統(tǒng)具備單獨(dú)處理點(diǎn)跡數(shù)據(jù)、航跡數(shù)據(jù)，混合處理點(diǎn)跡航跡的能力，并不斷提升系統(tǒng)對(duì)空情容量大、目標(biāo)密集的海量情報(bào)數(shù)據(jù)的處理能力[3]?，F(xiàn)有的雷達(dá)情報(bào)處理系統(tǒng)大多只能處理航跡信息，為了快速實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的量測(cè)級(jí)信息處理能力，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有工程項(xiàng)目從航跡處理能力到混合處理能力的改裝，本文基于國(guó)產(chǎn)化計(jì)算平臺(tái)提出了一種具備多雷達(dá)點(diǎn)跡航跡混合處理能力的小型化設(shè)備的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，介紹了設(shè)備處理系統(tǒng)中多雷達(dá)點(diǎn)跡航跡混合式數(shù)據(jù)融合處理模型，并給出了設(shè)備實(shí)際運(yùn)行效果。

3.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先要滿足雷達(dá)情報(bào)處理的實(shí)時(shí)性要求，同時(shí)要兼顧小型化、高可靠、低功耗的要求；其次，還要滿足設(shè)備在沖擊振動(dòng)及電磁干擾等各種惡劣戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的適應(yīng)能力。綜合以上兩個(gè)要素，基于ETX模塊組建的高可靠嵌入式計(jì)算平臺(tái)無(wú)疑是小型化設(shè)備的首選。ETX（Embedded Technology eXtended嵌入式應(yīng)用技術(shù)擴(kuò)展）是嵌入式控制領(lǐng)域近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)之一。ETX模塊本身具有高集成度，低功耗及高可靠性等顯著優(yōu)勢(shì)。其它外圍接口和特殊功能擴(kuò)展則可設(shè)計(jì)在任意形狀或尺寸的載板上，ETX模塊通過(guò)4個(gè)100引腳的高密度連接器和載板連接。這樣的設(shè)計(jì)使得其在很小的尺寸上實(shí)現(xiàn)了靈活多樣的可擴(kuò)展性，系統(tǒng)升級(jí)也輕而易舉，并且最大限度地減少線纜連接，增強(qiáng)了嵌入式系統(tǒng)的可靠性。

中科龍芯也推出了面向高端嵌入式應(yīng)用的 ETX模塊，模塊采用低功耗的龍芯 2F處理器，工作主頻800MHz，片內(nèi)集成DDR2控制器，板載512MB內(nèi)存。模塊在95mm×114mm標(biāo)準(zhǔn)尺寸上集成了顯示控制器及豐富的I/O端口，包括1個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，2個(gè)IDE接口，2個(gè)USB接口等。當(dāng)處理器全速工作時(shí)，模塊整板功耗不到10瓦，采用固定散熱片被動(dòng)散熱設(shè)計(jì)即可完成散熱功能，使其在惡劣條件下的適應(yīng)能力大幅提升。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景，我們?cè)谧孕性O(shè)計(jì)的載板上擴(kuò)充了3個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制器，以實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)接入的能力。通過(guò)IDE總線擴(kuò)充了固態(tài)硬盤(pán)接口及電子盤(pán)接口，分別用于存儲(chǔ)應(yīng)用程序數(shù)據(jù)和麒麟操作系統(tǒng)。

3.3 設(shè)備的操作系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

國(guó)產(chǎn)化計(jì)算平臺(tái)在操作系統(tǒng)的選用上，目前除了麒麟還沒(méi)有太多選擇。因此這個(gè)環(huán)節(jié)的主要工作在于如何針對(duì)硬件平臺(tái)做好系統(tǒng)優(yōu)化并最大程度發(fā)揮出系統(tǒng)的性能，并從實(shí)時(shí)性、可靠性以及安全性等各個(gè)方面為系統(tǒng)應(yīng)用提供支撐。借鑒多年來(lái)在戰(zhàn)術(shù)級(jí)指揮控制系統(tǒng)中深入研究和應(yīng)用Linux操作系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合硬件平臺(tái)特征對(duì)麒麟操作系統(tǒng)目前運(yùn)行的內(nèi)核進(jìn)行裁剪，去除大量不必要的硬件驅(qū)動(dòng)模塊和系統(tǒng)服務(wù)模塊；在文件系統(tǒng)層面，通過(guò)定制系統(tǒng)運(yùn)行等級(jí)及其系統(tǒng)服務(wù)等方法提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。專(zhuān)用的精簡(jiǎn)型內(nèi)核具備以下特性：① 高效的任務(wù)管理，支持搶占式任務(wù)調(diào)度；② 靈活多樣的任務(wù)間通訊手段；③ 支持完整的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 多雷達(dá)點(diǎn)跡航跡混合融合處理模型

多雷達(dá)點(diǎn)跡航跡混合處理設(shè)備中，多雷達(dá)點(diǎn)跡航跡混合式數(shù)據(jù)融合處理模型如圖1所示。

圖1 多雷達(dá)點(diǎn)跡航跡混合式數(shù)據(jù)融合處理模型

根據(jù)提出的模型，經(jīng)過(guò)處理的量測(cè)級(jí)數(shù)據(jù)，在關(guān)聯(lián)處理模塊中，與航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。當(dāng)系統(tǒng)判決出點(diǎn)跡數(shù)據(jù)比航跡數(shù)據(jù)對(duì)于目標(biāo)跟蹤有更大的優(yōu)勢(shì)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)切換成為利用點(diǎn)跡數(shù)據(jù)進(jìn)行目標(biāo)跟蹤。與航跡融合相比，多雷達(dá)點(diǎn)跡航跡混合融合處理有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 結(jié)合了分布式航跡數(shù)據(jù)融合方法和集中式點(diǎn)跡數(shù)據(jù)融合方法的優(yōu)點(diǎn)，具有明顯優(yōu)勢(shì)；

(2) 提高了對(duì)隱身目標(biāo)、小目標(biāo)、低空目標(biāo)和高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的起始能力；

(3) 提高系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)跟蹤的連續(xù)性和精確度。

4.2 多雷達(dá)點(diǎn)跡航跡混合融合設(shè)備的運(yùn)行效果

4.2.1 平均目標(biāo)起始時(shí)間

試驗(yàn)數(shù)據(jù)為3部雷達(dá)的點(diǎn)跡航跡混合數(shù)據(jù)。多雷達(dá)點(diǎn)跡航跡混合融合處理的結(jié)果為：目標(biāo)的平均起始時(shí)間為24s，目標(biāo)最小起始時(shí)間為9s，目標(biāo)最大起始時(shí)間為34s，起始目標(biāo)批數(shù)為263批。

圖2 平均目標(biāo)起始時(shí)間

4.2.2 平均目標(biāo)更新時(shí)間

試驗(yàn)數(shù)據(jù)為 3部雷達(dá)的點(diǎn)跡航跡混合數(shù)據(jù)。多雷達(dá)點(diǎn)跡航跡混合融合處理的結(jié)果為：目標(biāo)的平均更新時(shí)間 ＜6s；目標(biāo)最小更新時(shí)間為3s；目標(biāo)最大更新時(shí)間為19s；起始目標(biāo)批數(shù)為263批。

圖3 平均目標(biāo)更新時(shí)間

5 結(jié)束語(yǔ)

本文研發(fā)的點(diǎn)跡航跡混合處理設(shè)備對(duì)多雷達(dá)點(diǎn)跡航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行處理取得了良好效果，提出的基于國(guó)產(chǎn)化計(jì)算平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)能夠快速應(yīng)用到工程項(xiàng)目中并提供所需的量測(cè)級(jí)信息處理能力。同時(shí)，該設(shè)備具有良好的可升級(jí)性，只需要升級(jí)更換新一代龍芯處理器模塊，便可在處理性能上得到進(jìn)一步的提升。多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合的主要功能和實(shí)際效果與傳統(tǒng)多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合設(shè)備相仿，但在信息的安全可控方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景廣闊。在轟轟烈烈的國(guó)產(chǎn)化大潮中，必須理性面對(duì)現(xiàn)實(shí)中存在的不足和差距，合理運(yùn)用、科學(xué)研發(fā)相應(yīng)的信息設(shè)備，而不能好高騖遠(yuǎn)、脫離實(shí)際。

[1]龍芯2F數(shù)據(jù)手冊(cè),http://www.loongson.cn,2010.

[2]何友,修建娟,張晶煒,關(guān)欣.雷達(dá)數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.

[3]韓崇昭,朱洪艷,段戰(zhàn)勝等.多源信息融合[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.