俞 洋，王 玲，白 帆

(沈陽理工大學 自動化與電氣工程學院，遼寧 沈陽 110159)

智能封控子彈藥組網(wǎng)技術(shù)研究

俞 洋，王 玲，白 帆

(沈陽理工大學 自動化與電氣工程學院，遼寧 沈陽 110159)

闡述了智能封控子彈藥的工作流程，設(shè)計相應(yīng)通訊硬件來完成封控子彈藥系統(tǒng)的物理實現(xiàn).通過AODV協(xié)議實現(xiàn)智能封控子彈藥的自組網(wǎng)，從而實現(xiàn)戰(zhàn)場信息的交互.實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠為封控子彈藥信息獲取、傳輸、交互、顯示和攻擊提供通訊基礎(chǔ)，完成封鎖和控制特定區(qū)域的任務(wù).

智能封控子彈藥； AODV協(xié)議； 自組網(wǎng)

從上世紀九十年代，美國國防高級研究計劃局提出“組網(wǎng)子彈藥”計劃到現(xiàn)在，封控子彈藥組網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)取得了許多優(yōu)秀的成果[1].在網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同打擊彈藥技術(shù)方面，地面網(wǎng)絡(luò)化區(qū)域封控子彈藥系統(tǒng)目前已進入批量生產(chǎn)階段，可實現(xiàn)彈藥節(jié)點間通信、中繼轉(zhuǎn)發(fā)通信以及網(wǎng)關(guān)與指揮中心的信息互通互聯(lián)等功能.

國內(nèi)地面封控子彈藥的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)經(jīng)過近幾年的研究，已突破了有限節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的自組網(wǎng)與自定位、簡單的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同等單項關(guān)鍵技術(shù)，但離工程應(yīng)用還有一定差距，針對具體軍事應(yīng)用背景的系統(tǒng)級關(guān)鍵技術(shù)研究還沒有開展，如網(wǎng)絡(luò)彈載終端的抗過載及加固技術(shù)、復雜戰(zhàn)場環(huán)境自適應(yīng)性技術(shù)、復雜自組織網(wǎng)絡(luò)動態(tài)組網(wǎng)技術(shù)以及系統(tǒng)小型化低功耗技術(shù)等.

網(wǎng)絡(luò)化智能封控子彈藥是適應(yīng)信息化戰(zhàn)場需要而誕生的智能彈藥，是集信息獲取、傳輸、交互、顯示和攻擊為一體的武器系統(tǒng)，它結(jié)合了無線通訊、傳感器采集、智能攻擊決策等技術(shù).系統(tǒng)憑借多傳感器采集封鎖區(qū)域信息，通過無線通訊模塊將戰(zhàn)場目標信息傳遞至整個子彈藥系統(tǒng)，對目標綜合分析后，選定最優(yōu)的攻擊子彈藥.

Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種新穎的移動計算機網(wǎng)絡(luò)類型，其自身的獨特性賦予其巨大的發(fā)展前景.AODV(Ad Hoc按需距離向量)協(xié)議作為Ad Hoc協(xié)議的一種，用于實現(xiàn)封控子彈藥系統(tǒng)每個節(jié)點的平等通信地位，避免了子彈藥因使用路由器、協(xié)調(diào)器等造成的功能差異，以及因功能性子彈藥被摧毀而導致的整個系統(tǒng)通信中斷.同時，AODV協(xié)議作為按距離矢量路由，可以實現(xiàn)低功耗通訊，降低整個系統(tǒng)的功耗.

1 智能封控子彈藥的工作流程

網(wǎng)絡(luò)化智能封控子彈藥的工作過程為：智能封控子彈藥通過飛機布撒、拋射或人工布置等方式被部署在封控任務(wù)區(qū)域；智能彈藥投放在目標任務(wù)區(qū)域以后，依照最優(yōu)散布方式散布在目標區(qū)域，智能子彈藥之間進行自組網(wǎng)，對各節(jié)點信息進行共享；若目標進入彈藥的探測范圍，則彈藥系統(tǒng)依據(jù)目標識別算法對目標進行判斷；一旦目標被彈藥系統(tǒng)確認為真目標，則彈藥對該目標進行攻擊；目標被攻擊后，其他子彈藥可對其進行毀傷評估，判斷其狀態(tài)(完全摧毀或是仍然可以工作)[2].

在網(wǎng)絡(luò)化彈藥協(xié)同作戰(zhàn)的過程中，各子彈藥之間需要相互通信，所有目標區(qū)域的彈藥都處于同一個網(wǎng)絡(luò)之中.網(wǎng)絡(luò)化彈藥協(xié)同作戰(zhàn)流程如圖1所示.

圖1 網(wǎng)絡(luò)化智能彈藥協(xié)同作戰(zhàn)流程

2 硬件電路設(shè)計

封控子彈藥系統(tǒng)由多個子彈藥組成，每個子彈藥擁有獨立的S3C2416核心電路、WIFI數(shù)據(jù)傳輸模塊、傳感器預留接口，可根據(jù)不同戰(zhàn)場環(huán)境選擇不同傳感器進行戰(zhàn)場信息探測.各子彈藥通過WIFI通訊模塊彼此進行數(shù)據(jù)傳輸.本系統(tǒng)微控模塊使用三星公司的S3C2416芯片.其內(nèi)核版本為ARM926，主頻為400 MHz，內(nèi)嵌了Watch DOG功能.系統(tǒng)的運行內(nèi)存選用三星的K4T51163 DDRII266 64MByte RAM，程序存儲選用三星的NAND FLASH.S3C2416芯片的引腳較多，電路較復雜，此處不再附圖.圖2、圖3、圖4分別是DDR電路圖、Flash電路圖以及WIFI電路圖

WIFI數(shù)據(jù)傳輸模塊能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離高速數(shù)據(jù)傳輸.它可以選擇陶瓷天線通訊，也可通過IPEX連接外置天線通訊.這兩種天線可以適應(yīng)不同通訊距離的封鎖任務(wù).該通訊模塊功耗低，線性輸出功率較大，符合IEEE802.11B/G/N規(guī)范要求，支持IEEE802.11i安全協(xié)議，達到了IEEE 802.11e標準要求的服務(wù)質(zhì)量，可以與其他符合該標準的無線設(shè)備互相聯(lián)通,支持最新的64/128位WEP數(shù)據(jù)加密，支持WPA-PSK/WPA2-PSK，WPA/WPA2安全機制，無線傳輸速率高達150 Mb/s.同時，其硬件還預留多個傳感器接口、標準的USB數(shù)據(jù)接口和串行數(shù)據(jù)接口，方便了傳感器模塊的數(shù)據(jù)信息傳輸.

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

本文通過無線通信技術(shù)、自組網(wǎng)技術(shù)、傳感器探測技術(shù)、GPS定位技術(shù)等，針對網(wǎng)絡(luò)化智能封控彈藥，形成了集信息獲取、傳輸、交互、顯示和攻擊為一體的新型彈藥武器系統(tǒng)，從功能角度上，使得智能封控彈藥系統(tǒng)具備目標探測功能、定位功能、通信組網(wǎng)功能、自主決策功能與毀傷功能等.其目標探測功能主要以多傳感器為探測手段，實現(xiàn)對攻擊目標的探測、識別與跟蹤；定位功能主要為彈藥提供自身地理位置信息；通信組網(wǎng)功能實現(xiàn)智能封控彈藥的自動組網(wǎng)，為系統(tǒng)的信息融合與自主決策提供硬件支持；自主決策功能基于網(wǎng)絡(luò)平臺實現(xiàn)自主決策計算，并對多節(jié)點獲取的目標狀態(tài)進行評級；毀傷功能指智能封控彈藥戰(zhàn)斗部對目標的打擊與毀傷.

本系統(tǒng)采用Linux為主的嵌入式系統(tǒng).Linux系統(tǒng)支持無線局域網(wǎng)，通過系統(tǒng)應(yīng)用編程接口為WLAN協(xié)議棧和WLAN設(shè)備驅(qū)動程序提供軟件運行環(huán)境.Linux操作系統(tǒng)可為無線網(wǎng)卡提供API接口，用戶能夠更便捷地操控硬件設(shè)備.本系統(tǒng)成功移植了版本為2.6.21.5的Linux內(nèi)核、busybox根文件系統(tǒng)，并在Linux系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用RTL8192芯片的無線網(wǎng)卡驅(qū)動.本系統(tǒng)編譯安裝的AODV-UU-0.9.5.是一款成熟的Linux平臺下的AODV路由協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)智能封控子彈藥的無線自組網(wǎng)多跳路由.本系統(tǒng)的定位功能模塊選取目前占主流地位的GPS全球定位芯片，為智能封控子彈藥提供準確的地理位置信息.決策功能模塊采用AHP-EW(熵權(quán)法-層次分析法融合算法)評價體系的改進算法，實現(xiàn)智能封控子彈藥對目標屬性復雜決策的定量判斷，并通過網(wǎng)絡(luò)的群決策得到最后的毀傷方案.使用這種“AHP-EW”進行目標決策，不僅能夠較好地反映客觀智能封控子彈藥數(shù)據(jù)本身的作用，又能夠較為科學地運用算法偏向等主觀因素，選出更具有合理性的攻擊子彈藥，從而實現(xiàn)智能封控子彈藥系統(tǒng)對某區(qū)域進行較長時間的有效封鎖,減小智能封控子彈藥系統(tǒng)整體的電量損耗，并實現(xiàn)智能封控子彈藥系統(tǒng)內(nèi)部的良好通信[3-4].

系統(tǒng)程序流程如圖5所示.系統(tǒng)開機后，首先初始化，然后運行AODV協(xié)議，建立網(wǎng)絡(luò)通訊，之后利用各傳感器進行目標搜索，檢測目標是否進入封鎖區(qū)域.若有目標進入，系統(tǒng)則利用“AHP-EW”決策算法進行目標攻擊；若無目標進入，系統(tǒng)則繼續(xù)進行目標搜索.

圖2 DDR電路圖

圖3 Flash電路圖

圖4 WIFI電路圖

圖5 系統(tǒng)的程序流程

4 AODV組網(wǎng)多跳實驗測試

本系統(tǒng)采用基于WIFI的AODV路由協(xié)議，實現(xiàn)了智能封控子彈藥系統(tǒng)數(shù)據(jù)的多跳數(shù)據(jù)傳輸.其WIFI通訊模塊使用2.4 GHz的通訊頻率.WIFI的使用范圍廣，數(shù)據(jù)傳輸速率高，且支持“永遠在線”功能，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸.AODV協(xié)議是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的一個分支，具有靈活性強、無需基站支持、組建迅速、適應(yīng)環(huán)境能力強、多跳路由等特性[5].本系統(tǒng)利用AODV-UU-0.9.5協(xié)議包，使封控子彈藥快速獲取到達目標子彈藥的路由，并且，針對子彈藥毀壞而產(chǎn)生的通訊鏈路斷裂可做出快速反應(yīng)，從而保持系統(tǒng)內(nèi)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞?

采用3個子彈藥進行AODV協(xié)議的多跳實驗時，A、B、C子彈藥呈直線分布，A、C子彈藥處于線段兩端，B子彈藥處于線段中點.A子彈藥與C子彈藥彼此不能直接通信.B子彈藥可以與A、C兩個子彈藥通信.

無線自組網(wǎng)由A子彈藥(IP：192.168.1.1)發(fā)起，B子彈藥(IP：192.168.1.5)、C子彈藥(IP：192.168.1.9)隨后啟動，同時運行AODV協(xié)議.協(xié)議運行后，會在自身的路由表中加入其他節(jié)點的IP信息.AODV協(xié)議運行結(jié)果如圖6所示.

在A子彈藥系統(tǒng)中，利用ping-R IP命令進行信道檢測及路由路徑顯示.A子彈藥ping B子彈藥的實驗結(jié)果如圖7所示.

為了測試A子彈藥到C子彈藥的數(shù)據(jù)傳輸，在A子彈藥系統(tǒng)中利用ping-F IP不停地向目的子彈藥發(fā)送數(shù)據(jù)包，然后利用nload軟件工具進行測試.測試結(jié)果如圖8所示.

在網(wǎng)絡(luò)信道檢測中，系統(tǒng)通過中間節(jié)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)無線通訊路由轉(zhuǎn)發(fā)功能；在數(shù)據(jù)傳輸測速實驗中，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度達到了114 kb/s，能夠滿足封控子彈藥的數(shù)據(jù)傳輸需求.

圖6 AODV協(xié)議運行結(jié)果

圖7 A子彈藥ping B子彈藥實驗結(jié)果

圖8 A子彈藥ping C子彈藥實驗結(jié)果

實驗證明，AODV協(xié)議可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的多跳傳輸，能夠以較高速率傳輸數(shù)據(jù)，符合封控子彈藥系統(tǒng)的通訊需求，能夠提供網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同作戰(zhàn)的通訊基礎(chǔ).

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)以Linux系統(tǒng)為軟件平臺，以WIFI作為通訊硬件手段，利用AODV-UU-0.9.5作為路由協(xié)議實現(xiàn)封控子彈藥無線自組網(wǎng)，為封控子彈藥實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同作戰(zhàn)提供了通訊基礎(chǔ).

[1] 趙 陽.基于ARM平臺的AODV路由協(xié)議實現(xiàn)與AODV協(xié)議的改進[D].北京：北京郵電大學，2009.

[2] 安媛媛.Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于嵌入式Linux平臺的視頻傳輸系統(tǒng)設(shè)計[D]. 哈爾濱：哈爾濱理工大學,2015.

[3] 付自軍,趙捍東,曹紅松，等.網(wǎng)絡(luò)化智能雷群的目標優(yōu)化分配問題研究[J].彈箭與制導學報，2009，29(3)：235-238.

[4] 汪 翼,李 煒,張 偉.網(wǎng)絡(luò)化彈藥協(xié)同作戰(zhàn)效能研究[J].指揮控制與仿真,2011，33(1)：64-70.

[5] 丁 浩,范生萬,張 磊.基于“AHP & EW融合技術(shù)”的多目標決策權(quán)重確定方法[J].通化師范學院學報(自然科學),2016,37(2):19-22,25.

Research on the Network Technology of Intelligent Sealed-controlled Submunition

YU Yang,WANG Ling,BAI Fan

(School of the Electrical Engineering & Automation, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159,China)

With the upgrading of the modern war, the military technology is unceasing innovation, the intelligent sealing the bullet medicine is the product of this change, the network is its next change, through the network technology, it can realize its battlefield coordinated combat military demand.In this paper,the work processes of network-based intelligent submunition is described,the corresponding hardware is designed, completed the physical implementation.By AODV protocol,it makes submunition to Ad Hoc network, and achieve battlefield information interaction.Experimental results show that the system has abilities of information obtaining, transmission,displaying,and attacking,it can complete the task of blocking and controlling specific areas.

intelligent sealed-controlled submunition;AODV protocol;Ad Hoc network

2017-04-21

俞 洋(1991-)，男，甘肅武威人，碩士研究生，研究方向為先進控制理論與應(yīng)用.

1006-3269(2017)02-0043-06

TP39

A

10.3969/j.issn.1006-3269.2017.02.010