潘博文（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，西安，710068）

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基于時(shí)隙序列的數(shù)據(jù)鏈模擬系統(tǒng)研究

潘博文
（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，西安，710068）

摘要：本文針對(duì)Link16數(shù)據(jù)鏈的TDMA結(jié)構(gòu)，從概念原理上進(jìn)行了論述，對(duì)如何實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的精確時(shí)間模擬作了深入的研究，并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：Link16；TDMA

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)擒娛轮笓]系統(tǒng)的重要組成部分，是軍用通信系統(tǒng)的核心裝備。在很大程度上，數(shù)據(jù)鏈的應(yīng)用水平?jīng)Q定著信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的水平和能力，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中起到了決定性的作用。

Link 16，也稱為JTIDS——Joint Tactical Information Distribution System——聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)，它是一種保密、大容量、抗摧毀、抗干擾，能實(shí)現(xiàn)三軍一體化聯(lián)合作戰(zhàn)的集成通信、導(dǎo)航、識(shí)別系統(tǒng)（ICNI），主要用于戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)共享、電子戰(zhàn)、任務(wù)管理、武器協(xié)同、相對(duì)導(dǎo)航以及語(yǔ)音加密等。Link 16主要包括TDMA協(xié)議，JTIDS波形和TADIL J消息標(biāo)準(zhǔn)等，是C4KISR系統(tǒng)的重要組成部分。

Link 16能使各成員所產(chǎn)生的我方成員信息為網(wǎng)內(nèi)全體成員所共享，也能使雷達(dá)系統(tǒng)所發(fā)現(xiàn)的敵情信息為網(wǎng)內(nèi)全體成員所共享，使所有系統(tǒng)成員能在統(tǒng)一的坐標(biāo)系中實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位，不僅知道我方所有成員的精確位置信息，還能將敵情信息的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的坐標(biāo)系中，從而得到整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)的敵我分布態(tài)勢(shì)。

圖1　系統(tǒng)時(shí)間結(jié)構(gòu)

1　Link16組網(wǎng)方式

Link 16數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)且惶讜r(shí)分多址（TDMA）的系統(tǒng)。TDMA的基本要素是由多個(gè)用戶共享系統(tǒng)資源的通信網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)又被細(xì)分為可分配給某個(gè)端機(jī)用來發(fā)送消息的時(shí)隙。此時(shí)，需要為所有端機(jī)分配發(fā)送和接收時(shí)隙，通過分配時(shí)隙的方式來讓用戶發(fā)送消息。也就是說，用戶必須在給定的發(fā)送時(shí)隙內(nèi)將信息發(fā)送完畢，然后處于接收狀態(tài)，直至下一個(gè)發(fā)送時(shí)隙到來，依次循環(huán)。每個(gè)端機(jī)按照它的消息格式傳輸一組脈沖序列。系統(tǒng)的容量取決于每個(gè)成員分配的時(shí)隙的多寡。采用多網(wǎng)工作技術(shù)可進(jìn)一步擴(kuò)展容量，但每個(gè)端機(jī)同時(shí)只能在一個(gè)網(wǎng)上工作。

Link16 數(shù)據(jù)鏈TDMA的基本實(shí)現(xiàn)方式是將時(shí)間軸劃分為等長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間段，其中，將24小時(shí)劃分為112.5個(gè)時(shí)元，每個(gè)時(shí)元等于12.8分鐘；每個(gè)時(shí)元又劃分為64個(gè)時(shí)幀，每個(gè)時(shí)幀長(zhǎng)度為12秒；每個(gè)時(shí)幀再劃分為1536個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙長(zhǎng)度為7.8125毫秒 。

時(shí)元、時(shí)幀、時(shí)隙的換算關(guān)系如下：1時(shí)元 ＝ 64時(shí)幀 ＝98304個(gè)時(shí)隙；1時(shí)幀 ＝ 1536時(shí)隙；參見圖1。

對(duì)系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)成員，應(yīng)當(dāng)根據(jù)其承擔(dān)的戰(zhàn)術(shù)使命分配足夠數(shù)量的時(shí)隙。每個(gè)成員在分配給自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)射信息，在其它時(shí)隙內(nèi)則處于接收狀態(tài)，接收其它成員分發(fā)的各類信息。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)TDMA的通信工作方式，要指定一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)承擔(dān)者，以該成員的時(shí)鐘為基準(zhǔn)，通過RTT技術(shù)使其它成員的時(shí)鐘都與之同步，以形成統(tǒng)一的系統(tǒng)時(shí)。

2　MapX技術(shù)

MapX是Maplnfo公司提供的具有強(qiáng)大地圖分析功能的軟件產(chǎn)品。MapX以O(shè)CX的方式提供了真正的對(duì)象連接與嵌入式OLE的地理信息系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)方案。由于它是一種基于Windows操作系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)組件，因而能支持絕大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的可視化開發(fā)環(huán)境，如 Visual C＋＋、VisualStudio.NET等。這給予了編程人員的開發(fā)過程以很大的自由，可以選用自己最熟悉的開發(fā)語(yǔ)言，輕松地將強(qiáng)大的電子地圖功能嵌入到新開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)中。利用MapX增強(qiáng)軟件的空間分析能力。

地理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是MapX的基石，MapX通過地理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建立地理圖形的空間數(shù)據(jù)模型，并定義相互之間的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)地理圖形和數(shù)據(jù)庫(kù)的緊密結(jié)合。MapX管理地圖數(shù)據(jù)的方法為分層管理，同一類型的空間對(duì)象存放在相同圖層中，如圖2。通過這種管理方式，用戶可以根據(jù)自己的需求對(duì)實(shí)際的地理空間實(shí)體進(jìn)行分層組合，將原本一張電子地圖分成不同的圖層，每個(gè)圖層表達(dá)不同類型的信息。通過采用這種分層存放的地圖結(jié)構(gòu)，可以提高電子地圖的搜索速度，便于各種不同數(shù)據(jù)的靈活調(diào)用、更新和管理。

圖2　MapX的地理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3　數(shù)據(jù)鏈模擬系統(tǒng)

數(shù)據(jù)鏈模擬系統(tǒng)的主要功能是按照網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃預(yù)設(shè)的作戰(zhàn)想定，為被測(cè)的軟件提供數(shù)據(jù)鏈工作時(shí)，數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個(gè)平臺(tái)在網(wǎng)內(nèi)廣播的平臺(tái)參數(shù)信息，并利用MapX技術(shù)將生成的平臺(tái)參數(shù)信息轉(zhuǎn)化為圖標(biāo)，標(biāo)繪在電子地圖的可視化界面上，主要用于數(shù)據(jù)鏈的設(shè)計(jì)開發(fā)、測(cè)試評(píng)估等方面，能夠模擬出海、陸、空等多批“真實(shí)”的敵我雙方的目標(biāo)信息。

3.1硬件組成

數(shù)據(jù)鏈模擬系統(tǒng)采用加固型工控機(jī)結(jié)構(gòu)，監(jiān)控系統(tǒng)硬件由一個(gè)整機(jī)機(jī)箱和配套電纜組成。整機(jī)機(jī)箱配有操作鍵盤、鼠標(biāo)和顯示器，供操作員使用。

考慮到需要處理的數(shù)據(jù)量比較大，數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性較高，特別是需要嚴(yán)格按照時(shí)隙脈沖序列完成消息的編碼和發(fā)送等任務(wù)，因此采用最新的硬件資源，包括CPU、內(nèi)存、芯片組等，確保性能滿足要求。

系統(tǒng)內(nèi)嵌時(shí)統(tǒng)板擴(kuò)展卡（SD7615），采用PCI接口，時(shí)統(tǒng)板CPU主頻≥100MHz，外部存儲(chǔ)區(qū)根據(jù)用戶數(shù)據(jù)量的大小可靈活調(diào)配。

時(shí)統(tǒng)板能夠仿照Link16的工作特點(diǎn)，產(chǎn)生以7.8125毫秒為周期的時(shí)隙脈沖信號(hào)，模擬系統(tǒng)可以通過這一信號(hào)，進(jìn)行時(shí)間對(duì)準(zhǔn)處理，同時(shí)根據(jù)作戰(zhàn)想定的時(shí)隙任務(wù)表，按照時(shí)間順序，模擬出網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個(gè)成員入網(wǎng)工作時(shí)發(fā)送的入網(wǎng)消息和精確定位消息，構(gòu)建一個(gè)完整的Link16網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

3.2工作原理

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先讀取網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃參數(shù)文件，解析出成員編號(hào)表和時(shí)隙任務(wù)表，建立起每個(gè)成員編號(hào)與時(shí)隙任務(wù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定每個(gè)時(shí)隙需要發(fā)送相關(guān)消息的成員編號(hào)。

同時(shí)，脈沖板產(chǎn)生7.8125毫秒周期的脈沖，通過系統(tǒng)接口，同時(shí)提供給外部環(huán)境和模擬系統(tǒng)軟件，軟件根據(jù)時(shí)隙變化的情況，查找時(shí)隙任務(wù)表，判斷當(dāng)前時(shí)隙需要發(fā)送入網(wǎng)消息或者精確定位消息，由對(duì)應(yīng)的軟件模塊產(chǎn)生消息內(nèi)容。

其中，計(jì)算每個(gè)成員的位置信息時(shí)采用WGS84大地坐標(biāo)系，由于各平臺(tái)航跡數(shù)據(jù)建立在不同的坐標(biāo)系下，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，必須將各個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)換算到同一坐標(biāo)系下，一般采用直角坐標(biāo)系進(jìn)行運(yùn)算解析，完成運(yùn)算后，通過坐標(biāo)變換公式轉(zhuǎn)換成WGS84大地坐標(biāo)系數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出。

然后，通過坐標(biāo)變換模塊，將其中的直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為地理坐標(biāo)，并將消息進(jìn)行編碼，通過以太網(wǎng)口發(fā)送出去。

最后，將相應(yīng)編號(hào)的平臺(tái)所對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)在電子地圖MapX上進(jìn)行顯示。若是新成員，則新建圖標(biāo)，若是已經(jīng)顯示的成員，則更新其地理位置，刷新界面顯示。

模擬系統(tǒng)的工作原理如圖3所示。

圖3　模擬系統(tǒng)工作原理圖

4　仿真測(cè)試結(jié)果

測(cè)試中，以40個(gè)成員的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了18個(gè)陸地成員，2個(gè)水面成員，20個(gè)空中成員，仿真測(cè)試結(jié)果如圖4。

圖4　仿真測(cè)試效果圖

5　結(jié)束語(yǔ)

本文在介紹Link16數(shù)據(jù)鏈概念和原理的基礎(chǔ)上，提出了數(shù)據(jù)鏈模擬系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，并進(jìn)行了研究和仿真驗(yàn)證，取得了很好效果。數(shù)據(jù)鏈模擬系統(tǒng)能夠模擬Link16數(shù)據(jù)鏈的運(yùn)行環(huán)境，對(duì)于數(shù)據(jù)鏈的研究和應(yīng)用有著重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉徐德，戰(zhàn)術(shù)通信、導(dǎo)航定位和識(shí)別綜合系統(tǒng)文集（第1集）[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，1991

[2] 梅文華，蔡善法. JTIDS/Link16 數(shù)據(jù)鏈[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2007. 6.

[3] 林燕，李立偉，牛忠霞.美軍戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈信息標(biāo)準(zhǔn).國(guó)防科技.2004，25（2）.22～25.

[4] 陳國(guó)和.4A號(hào)、11號(hào)、16號(hào)數(shù)據(jù)鏈路使用手冊(cè).北京.海軍司令部通信部，海軍裝備論證研究中心艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)所.2002.

[5] 李楠，顧兆軍.應(yīng)用MapX控件開發(fā)地理信息系統(tǒng).北京.清華大學(xué)出版社.2003.

[6] 黃杏元， 湯勤. 地理信息系統(tǒng)概論[M]. 北京： 高等教育出版社， 1990

[7] 彭剛， 王艷琴， 王濤， 劉宇. 基于MapInfo 與MapX的電子地圖[J]. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用. 2011.20（9）

Study of Data Link Simulation System in Slot Sequence

Pan Bowen
（Institute of China Electronic Technology Group Corporation，Xi'an，710068，twentieth）

Abstract：Aiming at the TDMA Structure in Link16， The paper covers the conception.The detailed researches on how to obtain precision Simulation in time are made in this paper with its concepts and principles.The method to realize the system are emulated.

Keywords：Link16；TDMA