劉 丹，付 泳，袁勝智

（1.92941部隊，遼寧葫蘆島125001；2.火箭軍裝備部北京局，北京100182；3.海軍航空工程學(xué)院七系，山東煙臺264001）

靶場試驗雷達(dá)組網(wǎng)信息系統(tǒng)設(shè)計

劉 丹1，付 泳2，袁勝智3

（1.92941部隊，遼寧葫蘆島125001；2.火箭軍裝備部北京局，北京100182；3.海軍航空工程學(xué)院七系，山東煙臺264001）

針對靶場試驗跨區(qū)域雷達(dá)聯(lián)合參試的特點，結(jié)合靶場試驗信息實時處理顯示需求，分析和比較了高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）和試驗訓(xùn)練使能體系結(jié)構(gòu)（TENA）的原理和技術(shù)優(yōu)勢，設(shè)計了適用于靶場試驗的雷達(dá)組網(wǎng)信息系統(tǒng)總體框架，闡述了該系統(tǒng)的組成和功能，為提高靶場綜合試驗?zāi)芰ψ龀隽颂剿鳌?/p>

指揮顯示系統(tǒng)；HLA；TENA；發(fā)布/訂閱；組件技術(shù)

靶場試驗中，指揮顯示系統(tǒng)實時接收并處理來自不同測站的雷達(dá)情報信息，以此作為試驗指揮員指揮決策的重要依據(jù)。當(dāng)前，跨區(qū)域多雷達(dá)聯(lián)合參試已經(jīng)成為靶場試驗的主要模式。由于各區(qū)域雷達(dá)數(shù)據(jù)格式和傳輸方式等方面存在差異，原有雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)已不能滿足跨區(qū)域雷達(dá)情報信息實時交互需求，無法實現(xiàn)多雷達(dá)情報信息融合處理，已不適應(yīng)靶場試驗新形勢的發(fā)展。為實現(xiàn)跨區(qū)域雷達(dá)之間的信息交互與共享，提高多雷達(dá)綜合測試能力，在借鑒了高層體系結(jié)構(gòu)（High Level Architecture，HLA）和試驗訓(xùn)練使能體系結(jié)構(gòu)（TENA）研究成果的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了靶場試驗雷達(dá)組網(wǎng)信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)將分布于不同位置的參試裝備通過相應(yīng)的信息傳輸和交互機(jī)制整合到一個平臺上，實現(xiàn)了參試?yán)走_(dá)之間的信息互聯(lián)互通，有效提高了靶場試驗雷達(dá)情報信息的綜合處理能力[1]。

1 高層體系結(jié)構(gòu)HLA

HLA是美軍制定的一個通用建模與仿真的高層體系架構(gòu)，經(jīng)改進(jìn)后，HLA的規(guī)則、接口規(guī)范、對象模型模板的內(nèi)容已被美國IEEE標(biāo)準(zhǔn)化委員會正式定為HLA標(biāo)準(zhǔn)。HLA的基本思想是采用開放的、面向?qū)ο蟮姆椒ㄔO(shè)計、開發(fā)和實現(xiàn)仿真系統(tǒng)的對象模型，以達(dá)到提高分布式仿真的互操作和可重用性的目的[2]。

HLA是利用其核心運行支撐系統(tǒng)（Run-Time Infrastructure，RTI）實現(xiàn)用于仿真互聯(lián)的各種服務(wù)，同時提供底層通信支持，并將應(yīng)用層與底層的支撐環(huán)境分離，即仿真功能實現(xiàn)、仿真運行管理和底層通信傳輸三者分離，從而使各部分專注于各自領(lǐng)域，充分發(fā)揮自身技術(shù)優(yōu)勢，進(jìn)行相對獨立的開發(fā)[3-5]。HLA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，各聯(lián)邦成員（滿足規(guī)范要求的仿真軟件或管理實體）和RTI構(gòu)成了一個分布式仿真系統(tǒng)[6]。

圖1 HLA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System architecture of HLA

2 試驗與訓(xùn)練使能體系結(jié)構(gòu)TENA

TENA（Test and Training Enabling Architecture）是美國國防部構(gòu)建集試驗、訓(xùn)練及仿真功能于一體的，可實現(xiàn)多種資源的互操作、可重用以及可組合的公共體系結(jié)構(gòu)[7-9]。TENA借鑒了包括HLA在內(nèi)的現(xiàn)有多種體系結(jié)構(gòu)的研究成果和成功經(jīng)驗，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了“邏輯靶場”概念。TENA邏輯靶場結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 TENA邏輯靶場結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Logical range architecture of TENA

3 HLA與TENA比較

HLA與TENA均以提高系統(tǒng)的可重用性、互操作性和可組合性為根本目的，二者既有相似之處，也有很多差別。HLA的優(yōu)勢在于應(yīng)用范圍廣，適用于包括試驗和訓(xùn)練在內(nèi)的所有仿真領(lǐng)域，而且可提供豐富的時間管理服務(wù)。HLA的“聯(lián)邦成員”理論對于靶場試驗多雷達(dá)聯(lián)合參試的具體情況具有非常重要的指導(dǎo)作用和應(yīng)用價值。TENA的優(yōu)勢在于專門針對試驗與訓(xùn)練領(lǐng)域而設(shè)計[10]，適用于各類靶場，其成果已在美軍多個靶場中得到應(yīng)用[11]，其通信機(jī)制更為先進(jìn)，而且在時間管理方面可提供實時服務(wù)，能有效滿足靶場試驗實時性強(qiáng)的特點?！斑壿嫲袌觥备拍顚τ谖臆姲袌鲈囼炌瑯泳哂薪梃b意義。HLA與TENA 2種體系結(jié)構(gòu)在應(yīng)用范圍、通信機(jī)制等方面的分析比較如表1所示[12]。

表1 HLA與TENA比較Tab.1 Comparison of HLAand TENA

4 靶場試驗雷達(dá)組網(wǎng)信息系統(tǒng)的設(shè)計

4.1 系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)總體設(shè)計

本系統(tǒng)在層次結(jié)構(gòu)上借鑒HLA體系結(jié)構(gòu)，由HLA中的聯(lián)邦成員思想演化而來[13]。系統(tǒng)由系統(tǒng)支撐平臺和信息傳輸平臺構(gòu)成。系統(tǒng)支撐平臺的作用是支撐構(gòu)成系統(tǒng)各部分的正常運行。首先將靶場試驗中參試的各個區(qū)域進(jìn)行劃分。各區(qū)域內(nèi)含多個警戒雷達(dá)和測量雷達(dá)的軟硬件設(shè)備以及承擔(dān)其他功能的試驗終端，這里統(tǒng)稱參試成員，而每個參試成員均通過多個功能組件來完成對各個雷達(dá)信息源數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示、分發(fā)、存儲以及回放功能。信息傳輸平臺的作用是為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與交互提供可靠的通信保障，本系統(tǒng)分層次設(shè)計了通信傳輸方式，以保證各個區(qū)域及區(qū)域中各參試成員工作的獨立與統(tǒng)一。系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 雷達(dá)組網(wǎng)信息系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)Fig.3 Hierarchical architecture of radar networking information system

4.2 信息交互機(jī)制

4.2.1 多層次通信結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用三層通信結(jié)構(gòu)，自下而上依次為本地通信代理、區(qū)域通信代理和信息傳輸平臺。本地通信代理在系統(tǒng)中為底層的參試成員提供基礎(chǔ)的通信接口。各個參試成員之間的信息交互由本地通信代理向區(qū)域通信代理提出申請，得到批準(zhǔn)后經(jīng)由調(diào)度統(tǒng)一完成，實現(xiàn)各個成員獲得信息實時同步。信息傳輸平臺負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)中各參試成員的信息交互。同時，各參試成員的狀態(tài)可以更改（比如參試或不參試）而且不影響整個系統(tǒng)的正常運行。簡單來講，系統(tǒng)從節(jié)點、區(qū)域直至全局均有該層次的通信服務(wù)保障。在這種類似于分布式系統(tǒng)的模式下，各個成員在系統(tǒng)中都是相對獨立的，單個節(jié)點的故障不會對系統(tǒng)功能產(chǎn)生影響。

4.2.2 發(fā)布/訂閱機(jī)制

根據(jù)試驗性質(zhì)和試驗規(guī)模的不同，參試成員在靶場試驗中會有部分參試、區(qū)域性參試以及跨區(qū)聯(lián)合參試多種試驗?zāi)Ｊ?。試驗中，系統(tǒng)支持某個參試成員加入或退出試驗系統(tǒng)。系統(tǒng)中各個節(jié)點的雷達(dá)信息交互和共享是保障試驗順利進(jìn)行的重要前提，因而系統(tǒng)采用了目前廣泛應(yīng)用的信息交互模式——發(fā)布/訂閱機(jī)制，用于多對多信息的交互。HLA采用了發(fā)布/訂閱機(jī)制，而TENA則將分布式對象機(jī)制與發(fā)布/訂閱機(jī)制巧妙結(jié)合并進(jìn)一步優(yōu)化。發(fā)布/訂閱機(jī)制已經(jīng)成為分布式仿真系統(tǒng)信息交互的主流模式。發(fā)布/訂閱模型由發(fā)布者、訂閱者和信息分發(fā)中間件組成。發(fā)布者產(chǎn)生信息，訂閱者訂閱所需要的信息，前兩者通過信息分發(fā)中間件實現(xiàn)信息的實時交互[14]。發(fā)布/訂閱機(jī)制具有異步通信和松耦合的優(yōu)勢[15]，對于靶場試驗中雷達(dá)信息數(shù)據(jù)量大、信息源多的特點尤為適用。根據(jù)訂閱者需求的不同，發(fā)布/訂閱機(jī)制分為基于主題、基于內(nèi)容和基于類型3類[16]。依據(jù)靶場試驗對雷達(dá)情報信息實時性的要求，選用基于主題的發(fā)布/訂閱機(jī)制，把試驗中參試人員關(guān)注的信息屬性作為主題，可以讓首長和指揮員及時得到雷達(dá)情報信息，為試驗的指揮決策提供依據(jù)。系統(tǒng)中，各參試成員作為發(fā)布者，通過組件實現(xiàn)信息發(fā)布，同時也可作為訂閱者，通過組件實現(xiàn)信息訂閱，信息分發(fā)中間件則由本地通信代理、區(qū)域通信代理和信息傳輸平臺構(gòu)成，分別用于完成雷達(dá)級節(jié)點各功能組件之間、區(qū)域內(nèi)參試成員之間以及整個系統(tǒng)各個參試成員之間發(fā)布/訂閱屬性列表的實現(xiàn)?；诮M件的發(fā)布/訂閱模型如圖4所示。

圖4 基于組件的發(fā)布/訂閱模型Fig.4 Publish/subscribe model based on components

4.3 組件技術(shù)應(yīng)用

組件是利用編程手段將特定功能進(jìn)行封裝的軟件單元[17]。組件技術(shù)有以下優(yōu)點[18]：①組件在系統(tǒng)中相對獨立，可在大型系統(tǒng)中并行獨立開發(fā)，能有效提高整體開發(fā)效率；②組件應(yīng)用非常靈活，具有可復(fù)用、可替換、可組合、可移植的特點，有利于系統(tǒng)的維護(hù)和二次開發(fā)；③組件之間通過接口進(jìn)行調(diào)用和訪問，易于實現(xiàn)系統(tǒng)的功能擴(kuò)展。

本系統(tǒng)中，組件運行在系統(tǒng)支撐平臺上，實現(xiàn)系統(tǒng)所需要的各種具體功能。系統(tǒng)包括警戒雷達(dá)設(shè)備組件、測量雷達(dá)設(shè)備組件、信息融合組件、態(tài)勢顯示組件、數(shù)據(jù)存儲組件以及本地通信代理組件。警戒雷達(dá)設(shè)備組件和測量雷達(dá)設(shè)備組件通過網(wǎng)絡(luò)方式接收來自雷達(dá)的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)報文進(jìn)行解析，然后通過發(fā)布屬性為其他組件提供雷達(dá)位置和雷達(dá)跟蹤的目標(biāo)信息。以警戒雷達(dá)組件X為例進(jìn)行說明。警戒雷達(dá)組件X具有4個發(fā)布屬性，分別為雷達(dá)情報屬性、雷達(dá)位置信息屬性、雷達(dá)狀態(tài)屬性和雷達(dá)報文屬性。雷達(dá)情報屬性以信息幀形式發(fā)布雷達(dá)探測到的目標(biāo)信息；雷達(dá)位置信息屬性發(fā)布雷達(dá)自身位置信息（包括雷達(dá)編號、經(jīng)度、緯度、高度等信息）；雷達(dá)狀態(tài)信息屬性發(fā)布雷達(dá)工作狀態(tài)信息（包括雷達(dá)通信鏈路是否暢通、雷達(dá)數(shù)據(jù)是否有效等信息）；雷達(dá)數(shù)據(jù)報文屬性發(fā)布雷達(dá)探測到的目標(biāo)信息。報文格式轉(zhuǎn)換組件完成報文數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能，轉(zhuǎn)換為開放式的信息格式。信息融合組件對雷達(dá)態(tài)勢進(jìn)行融合處理。態(tài)勢顯示組件的作用是將雷達(dá)態(tài)勢信息以二維地圖的方式顯示處理，并可根據(jù)試驗需求設(shè)定顯示條件，對雷達(dá)情報信息進(jìn)行過濾篩選，以直觀的形式將可用信息提供給參試人員。數(shù)據(jù)存儲組件用于實現(xiàn)存儲、回放和查詢雷達(dá)信息的功能。本地通信代理組件的作用是實現(xiàn)參試成員內(nèi)部各組件間以及雷達(dá)級節(jié)點與上級節(jié)點之間的信息交互。參試成員組件及功能如圖5所示。

圖5 參試成員組件及功能示意圖Fig.5 Components and functions of member participating in the test

4.4 雷達(dá)組網(wǎng)信息系統(tǒng)在靶場中的應(yīng)用

雷達(dá)組網(wǎng)信息系統(tǒng)是靶場試驗系統(tǒng)的重要組成部分，因此對體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建借鑒了涵蓋“邏輯靶場”概念的TENA體系結(jié)構(gòu)，雷達(dá)組網(wǎng)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 雷達(dá)組網(wǎng)信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)Fig.6 Architecture of radar networking information system

靶場公共基礎(chǔ)資源是整個體系結(jié)構(gòu)的中樞，由系統(tǒng)工具箱、信息傳輸平臺和數(shù)據(jù)庫組成。系統(tǒng)工具箱分別包含實現(xiàn)不同功能的組件。數(shù)據(jù)庫可提供給靶場試驗實時數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和事后數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)使用，并可對數(shù)據(jù)進(jìn)行回放。來自外場的警戒雷達(dá)和測量雷達(dá)信息經(jīng)數(shù)據(jù)采集和處理后通過信息傳輸平臺將雷情信息傳遞給試驗指揮顯示系統(tǒng)，以二、三維地圖和數(shù)據(jù)圖表的方式呈現(xiàn)給各級指揮所及外場參試站點。為滿足集試驗、訓(xùn)練和演練于一體的“三場合一”需求，系統(tǒng)不僅為現(xiàn)有實體裝備和虛擬裝備提供支持，而且具備新研裝備的測試仿真功能。工具箱擴(kuò)展與維護(hù)實用程序是針對系統(tǒng)工具箱管理專門設(shè)計的應(yīng)用。試驗進(jìn)程規(guī)劃實用程序用來模擬演示試驗的具體進(jìn)程，按照試驗指揮組織協(xié)同程序，以二、三維地圖和視頻動畫的方式表現(xiàn)。系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)允許靶場應(yīng)用與非靶場應(yīng)用進(jìn)行信息交互。圖7以二維局部地圖效果實時展示了多區(qū)域雷達(dá)情報信息融合處理后海上參試艦船和地方漁船分布情況。

圖7 二維局部地圖Fig.7 Two-dimensional local map

5 結(jié)束語

目前，靶場試驗雷達(dá)組網(wǎng)信息系統(tǒng)已經(jīng)在靶場試驗中得到應(yīng)用，實現(xiàn)了靶場跨區(qū)域雷達(dá)聯(lián)合參試的情報信息交互與共享，完成對多雷達(dá)信息源數(shù)據(jù)的采集、處理、解析、融合、傳輸、顯示和存儲，提高了試驗輔助決策能力和組織指揮效能，經(jīng)靶場試驗和演練檢驗，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，功能靈活，滿足試驗需求，為靶場試驗實時數(shù)據(jù)處理提供了新途徑。

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Design of Radar Networking Information System of the Range Test

LIU Dan1，F(xiàn)U Yong2，YUAN Shengzhi3
（1.The 92941stUnit of PLA,Huludao Liaoning 125001,China; 2.Beijing Bureau of Military Equipment Department,Beijing 100192,China; 3.No.7 Department,NAAU,Yantai Shandong 264001,China）

Aimed to characteristic of cross-regional radar joint test of the range test，combined with the range test informa?tion processing and display requirements，the principles and the technological advantages of high level architecture（HLA）and test and training enabling architecture（TENA）were analyzed and compared．The framework of radar networking in?formation system applied to the range test was designed.The system composition and function are expounded.The design of the system had been explored for improving the comprehensive test ability.

command and display system;HLA;TENA;publish/subscribe;component technology

TP391.9

A

1673-1522（2016）06-0629-06

10.7682/j.issn.1673-1522.2016.06.006

2016-08-24；

2016-10-16

劉 丹（1978-），女，工程師，碩士。