張建學

（中國空空導(dǎo)彈研究院 河南 洛陽 471009）

無線電遙測特別適合在遠距離，不易或無法接近的場合進行測量，因而自誕生起就迅速在軍事領(lǐng)域得到應(yīng)用和發(fā)展[1]。隨著空空導(dǎo)彈在研和預(yù)研型號的發(fā)展，外場試驗頻度不斷加快，不僅導(dǎo)彈科研與定型靶試需要遙測，而且各型號的繞飛、系留、主機配套以及導(dǎo)彈研制前期的地面發(fā)射試驗也同樣離不開遙測。試驗中指揮員要依據(jù)遙測站傳來的關(guān)鍵參數(shù)信息，來決定能否進行發(fā)射試驗。因此，開發(fā)通用性的遙測數(shù)據(jù)遠程傳輸顯示系統(tǒng)勢在必行，該系統(tǒng)運行的好壞將直接影響空空導(dǎo)彈的靶試任務(wù)。外場試驗場地的復(fù)雜性千差萬別，既有通訊設(shè)施相對完善的空一基地，也有設(shè)備簡陋的軍用機場，隨著空空導(dǎo)彈的出口，更有可能面臨國外交付試驗場地的復(fù)雜情況；試驗傳輸?shù)男畔⒘扛餍吞栆膊幌嗤扔懈叽a率的圖像數(shù)據(jù)，也有傳輸流量相對小的關(guān)鍵參數(shù)傳輸。研制了遙測數(shù)據(jù)遠程傳輸顯示系統(tǒng)。使之不僅能滿足各型號外場靶試遙測的需求，并且還應(yīng)具有良好的通用性。遙測數(shù)據(jù)遠程傳輸顯示系統(tǒng)能夠通過不同傳輸鏈路（電話線、光纖以及無線網(wǎng)絡(luò)）的選擇，把靶區(qū)遙測地面站接收的遙測數(shù)據(jù)實時傳送到指揮中心進行處理，并根據(jù)型號要求以不同的顯示方式進行解調(diào)與顯示。該系統(tǒng)適應(yīng)各種不同靶場的通訊條件，在遙測傳輸速率上，能夠滿足高傳輸速率的要求[2]。

1 系統(tǒng)組成

1.1 系統(tǒng)設(shè)計原則

該系統(tǒng)必須能夠?qū)b測地面站發(fā)送的數(shù)據(jù)進行實時、高速、可靠地處理，并根據(jù)用戶需要進行顯示。因此遙測遠程終端系統(tǒng)必須具備可靠性高、傳輸速率快、數(shù)據(jù)處理速度快、顯示清晰流暢等特點。為保證遙測遠程終端系統(tǒng)的可靠性、實時性、實用性和先進性，系統(tǒng)設(shè)計遵循如下原則。

1.1.1 可靠性原則

系統(tǒng)的可靠性是這該系統(tǒng)的生命，系統(tǒng)設(shè)計必須保證各個設(shè)備能夠長期穩(wěn)定運行，滿足用戶的要求；系統(tǒng)應(yīng)滿足良好的電磁兼容性要求；系統(tǒng)應(yīng)具有良好的隔離、屏蔽措施，保證系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力。

1.1.2 通用性原則

不同型號實驗要求不同；能夠快速轉(zhuǎn)換到另一型號的要求并操作簡單；能夠適應(yīng)各不同靶場通訊條件的要求；界面設(shè)計符合人機工程，操作方便、美觀簡潔；每個客戶端均能由用戶定義不同的顯示方式和顯示參數(shù)；顯示方式：文本框、數(shù)字框、信號燈、條圖、儀表盤等。

1.1.3 實時性原則

系統(tǒng)應(yīng)保證傳輸速率以滿足系統(tǒng)對延時的容許要求；系統(tǒng)應(yīng)保證數(shù)據(jù)處理組件處理數(shù)據(jù)的效率和速度；系統(tǒng)應(yīng)保證實時顯示。

1.1.4 先進性原則

設(shè)計思想應(yīng)保證其前瞻性和先進型；系統(tǒng)硬件選型應(yīng)保證其配置的實效性和可擴展性；系統(tǒng)軟件選型應(yīng)保證易于維護、修改和升級。

1.2 系統(tǒng)硬件平臺

系統(tǒng)由硬件平臺和軟件平臺組成。硬件平臺由顯示終端計算機、發(fā)送設(shè)備及接收設(shè)備等幾部分組成，遙測數(shù)據(jù)遠程傳輸顯示系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Hardware structure of System

1.2.1 遙測接收站

跟蹤接收遙測彈上發(fā)送來的遙測射頻信號，經(jīng)接收機放大、變換和解調(diào)，提供給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)[3]，并根據(jù)要求把有關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)送到發(fā)送設(shè)備。

1.2.2 發(fā)送設(shè)備

負責把遙測站收集到的原始數(shù)據(jù)及時間碼，通過發(fā)送設(shè)備及時送往指揮中心里的遙測數(shù)據(jù)遠程傳輸顯示系統(tǒng)。傳輸線路選擇根據(jù)試驗基地能夠提供的通信線路而定，光纖收發(fā)器傳送速率可高達幾Mbps，能夠提供的試驗基地較少；MODEM使用的是專用電話線，數(shù)據(jù)速率低，最高只能到50 Kbps，傳輸距離遠；無線網(wǎng)橋是無線網(wǎng)絡(luò)通信的專用設(shè)備，其硬件加密達到128 bits，最高碼流達到54 Mbps，但傳輸距離近。

1.2.3 接收設(shè)備

負責把遙測站發(fā)送來的原始數(shù)據(jù)和時間碼數(shù)據(jù)接收，這是遙測數(shù)據(jù)遠程傳輸顯示系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理的前提。

1.2.4 處理顯示終端

負責把接收的遙測原始數(shù)據(jù)進行必要的算術(shù)運算和其它類型的變換和加工。包括：單位轉(zhuǎn)換，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為工程單位；開關(guān)量的提??；形成顯示所需的數(shù)據(jù)格式等。通過屏幕（CRT）顯示，顯示的方式可以是條圖、曲線、數(shù)據(jù)、動畫、告警（聲光或圖象），供用戶進行監(jiān)視、操作和判決時用。

1.3 系統(tǒng)軟件平臺

1.3.1 軟件開發(fā)平臺

為了更充分地利用各開發(fā)工具的優(yōu)勢，選用以下開發(fā)工具：

1）Microsoft公司的 Visual C++6.0 Visual C++6.0 具有功能強大的集成開發(fā)環(huán)境[4]。

2）NI公司的 LABWINDOWS/CVI 6.0 LABWINDOWS/CVI 6.0虛擬儀器的軟件主要包括總線接口軟件、儀器驅(qū)動軟件和應(yīng)用軟件3部分[5]。其中，儀器驅(qū)動模塊處在軟件系統(tǒng)的最底層，用于隔離高層模塊和硬件并控制對硬件的訪問，它可以為上層模塊調(diào)用，調(diào)用的參數(shù)只是發(fā)送、接收的數(shù)據(jù)和被調(diào)用模塊的返回值，如果下層儀器硬件發(fā)生變動，整個系統(tǒng)只需要修改儀器驅(qū)動模塊。

1.3.2 軟件結(jié)構(gòu)

從該系統(tǒng)的功能出發(fā)，系統(tǒng)由服務(wù)器發(fā)送軟件和客戶端接收軟件組成。根據(jù)模塊化設(shè)計思想，將軟件劃分成若干具有獨立功能的部分，并將每一獨立部分編寫成一個模塊程序。在進行模塊化設(shè)計過程中，既要考慮怎樣把軟件系統(tǒng)劃分成若干個模塊，又要決定模塊間的接口，即模塊間的相互關(guān)系，以及模塊之間傳遞的信息。該系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Software structure of System

1.4 關(guān)鍵技術(shù)

1.4.1 遙測數(shù)據(jù)可靠傳輸設(shè)計

空空導(dǎo)彈研制過程中需要在靶場進行大量的發(fā)射試驗[6]。導(dǎo)彈的靶場飛行試驗是一件極其重要而復(fù)雜的工作，其關(guān)鍵而繁重的工作之一就是對飛行試驗的遙測數(shù)據(jù)進行實時傳輸與監(jiān)視。這些遙測關(guān)鍵數(shù)據(jù)是對飛行目標監(jiān)視和控制的依據(jù)，直接關(guān)系到飛行試驗?zāi)芊駡A滿完成。因此，傳輸?shù)目煽啃栽O(shè)計尤為重要。本系統(tǒng)采用多種傳輸鏈路，實現(xiàn)發(fā)送和接收的專線方式，同時，同時在傳輸前，通過對發(fā)送方和接收方之間的傳輸通道的暢通情況進行自檢，從而有效地保證了遙測數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

1.4.2 基于客戶/服務(wù)器的分布式處理技術(shù)

把整個系統(tǒng)合理地劃分為兩大塊，數(shù)據(jù)采集、解調(diào)、打包任務(wù)放在服務(wù)器實現(xiàn)，而接收顯示任務(wù)則放到客戶端實現(xiàn)。能夠有效地利用計算機資源。

1.4.3 數(shù)據(jù)傳輸實時性設(shè)計

遙測數(shù)據(jù)遠程傳輸顯示系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)源是連續(xù)不斷的數(shù)據(jù)流，它要求計算機及時采集和處理數(shù)據(jù)，否則遙測數(shù)據(jù)就要被丟失。因此，采用高優(yōu)先級的多線程設(shè)計，及時存取數(shù)據(jù)。從而，大大提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。

1.4.4 用戶界面可定制技術(shù)

實現(xiàn)遙測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的通用性，必須實現(xiàn)用戶界面的可定制功能，具體來說，涉及到控件動態(tài)創(chuàng)建技術(shù)、界面指令編碼/解碼技術(shù)等。

2 特 點

2.1 多種傳輸通道選擇

可滿足國內(nèi)各靶場對遙測系統(tǒng)遠程終端的需要。根據(jù)試驗基地可提供的通信線路，可以靈活方便地選擇傳輸設(shè)備（如電話線、光纖、無線網(wǎng)絡(luò)）方式，使指揮中心與地面遙測接收站緊密地連接起來，把關(guān)鍵的參數(shù)數(shù)據(jù)實時提供給指揮員和試驗隊，另外，獨特的GPS顯示傳輸設(shè)計，為簡陋機場提供良好的飛行調(diào)度服務(wù)，為靶試指揮的科學決策提供了可靠的依據(jù)。

2.2 獨特的打包分發(fā)方式

有效地解決了線路帶寬限制問題，空空導(dǎo)彈各個型號遙測速率變化很大，如果遙測參數(shù)全部傳輸，則遠程終端[7]的實時性不能得到保證，為此采用獨特的挑幀打包方式，有效地提高了線路帶寬的利用率。采用了多線程技術(shù)，使數(shù)據(jù)挑幀、打包、分發(fā)、處理和顯示并行工作，提高了程序的運行效率。

2.3 采用多種傳輸協(xié)議

可滿足不同距離不同速率遠程傳輸?shù)男枨?。根?jù)試驗場地通信條件，采用不同的傳輸協(xié)議 （RS232C、IEEE802.3、IEEE802.11b），借助數(shù)傳線、光纖以及無線網(wǎng)絡(luò)等方式，使指揮中心與地面遙測接收站可靠地連接起來。

3 系統(tǒng)可靠性設(shè)計

可靠性設(shè)計準則是從影響可靠性的各因素入手，根據(jù)已有的、相似產(chǎn)品的工程經(jīng)驗，通過設(shè)計使這些因素得到解決或改善。在工程設(shè)計中主要考慮以下幾種方面的問題：

3.1 精心設(shè)計各類接口

系統(tǒng)各個模塊之間的接口電路可靠性直接影響系統(tǒng)的性能和效能。各類接口采用標準化設(shè)計，使系統(tǒng)接口的可靠性滿足指標要求。

3.2 容錯設(shè)計

為降低人為故障，在設(shè)計中充分考慮容錯設(shè)計（如信息容錯、硬件容錯），并加強評審和測試，進行單元模塊測試時，確保每項功能都被測試用例覆蓋。軟件設(shè)計輸入接口時，應(yīng)該充分考慮非法輸入時系統(tǒng)能夠安全可靠的運行，以提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。

3.3 成熟設(shè)計

系統(tǒng)中盡量采用成熟技術(shù)，運用已有的技術(shù)成果。由于新技術(shù)發(fā)展迅速，采用新技術(shù)是必不可少的，但沒有經(jīng)過長時間考驗的新技術(shù)，可靠性得不到保證。為此，通過扎實地搞好預(yù)先研究，通過實驗使技術(shù)成熟。不過多地使用新技術(shù)，并通過與其他經(jīng)過考驗的技術(shù)一起接受新的考驗，使設(shè)備的可靠性不會隨著新技術(shù)使用而降低。

4 使用效果

圖3為某導(dǎo)彈通過光纖傳輸?shù)倪b測遠程終端。

圖3 遙測遠程終端（光纖傳輸）Fig.3 Optical fiber transmission

圖4為某導(dǎo)彈通過無線網(wǎng)橋傳輸?shù)倪b測遠程終端。

圖4 遙測遠程終端（無線網(wǎng)橋傳輸）Fig.4 Wireless Bridge transmission

5 結(jié) 論

通過選擇不同傳輸鏈路（電話線、光纖以及無線網(wǎng)絡(luò)），把靶區(qū)遙測地面站接收的遙測數(shù)據(jù)實時傳送到指揮中心進行處理，并根據(jù)型號要求以不同的顯示方式進行解調(diào)與顯示。該系統(tǒng)研制成功以來，已應(yīng)用于空空導(dǎo)彈各個型號的所有正式外場試驗，全部無差錯地實時傳輸、處理與顯示遙測數(shù)據(jù)，為設(shè)計師系統(tǒng)及時地掌握導(dǎo)彈關(guān)鍵參數(shù)工作狀態(tài)都提供了可靠的寶貴依據(jù)，為各空空導(dǎo)彈型號的成功研制作出了重要貢獻。

[1]劉春亭，王勝利.空空導(dǎo)彈遙測的應(yīng)用與發(fā)展[J].航空兵器，2000（3）：77-79.LIU Chun-ting，WANG Sheng-li.Application and development for telemetry of air-to-air missile[J].Aero Weaponry，2000（3）：77-79.

[2]張建學.遙測飛行終端軟件研究[D].西安：西北工業(yè)大學，2000.

[3]李英麗，劉春亭.空空導(dǎo)彈遙測系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社，1996.

[4]林俊杰.Visual C++6.0程序經(jīng)典設(shè)計[M].北京：科學出版社，1999.

[5]劉鑫.Compact PCI/PXI關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].航天控制， 2004 （6）:62-68.LIU Xin.Development and application of compact/PXI key technologies[J].Aerospace Control，2004（6）:62-68.

[6]安桂生，陳雷.空空導(dǎo)彈靶場遙測接收處理的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 航空兵器，2006（3）：56-59.AN Gui-sheng，CHEN Lei.Actuality and trend for telemetry data receiving and processing of air-to-air missile[J].Aero Weaponry，2006（3）:56-59.

[7]樊會濤.空空導(dǎo)彈總體設(shè)計[M].北京：國防工業(yè)出版社.1997.