俞 洋，王 玲，白 帆

(沈陽理工大學(xué) 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)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(xué) 自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110159)

闡述了智能封控子彈藥的工作流程，設(shè)計(jì)相應(yīng)通訊硬件來完成封控子彈藥系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn).通過AODV協(xié)議實(shí)現(xiàn)智能封控子彈藥的自組網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場信息的交互.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?yàn)榉饪刈訌椝幮畔@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(jì)九十年代，美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局提出“組網(wǎng)子彈藥”計(jì)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(jìn)入批量生產(chǎn)階段，可實(shí)現(xiàn)彈藥節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，但離工程應(yīng)用還有一定差距，針對(duì)具體軍事應(yīng)用背景的系統(tǒng)級(jí)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(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境自適應(yīng)性技術(shù)、復(fù)雜自組織網(wǎng)絡(luò)動(dòng)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(biāo)信息傳遞至整個(gè)子彈藥系統(tǒng)，對(duì)目標(biāo)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(dòng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)類型，其自身的獨(dú)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(shí)現(xiàn)封控子彈藥系統(tǒng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)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(dǎo)致的整個(gè)系統(tǒng)通信中斷.同時(shí)，AODV協(xié)議作為按距離矢量路由，可以實(shí)現(xiàn)低功耗通訊，降低整個(gè)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(jī)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(biāo)任務(wù)區(qū)域以后，依照最優(yōu)散布方式散布在目標(biāo)區(qū)域，智能子彈藥之間進(jìn)行自組網(wǎng)，對(duì)各節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行共享；若目標(biāo)進(jìn)入彈藥的探測范圍，則彈藥系統(tǒng)依據(jù)目標(biāo)識(shí)別算法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行判斷；一旦目標(biāo)被彈藥系統(tǒng)確認(rèn)為真目標(biāo)，則彈藥對(duì)該目標(biāo)進(jìn)行攻擊；目標(biāo)被攻擊后，其他子彈藥可對(duì)其進(jìn)行毀傷評(píng)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(biāo)區(qū)域的彈藥都處于同一個(gè)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(jì)

封控子彈藥系統(tǒng)由多個(gè)子彈藥組成，每個(gè)子彈藥擁有獨(dú)立的S3C2416核心電路、WIFI數(shù)據(jù)傳輸模塊、傳感器預(yù)留接口，可根據(jù)不同戰(zhàn)場環(huán)境選擇不同傳感器進(jìn)行戰(zhàn)場信息探測.各子彈藥通過WIFI通訊模塊彼此進(jìn)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(yùn)行內(nèi)存選用三星的K4T51163 DDRII266 64MByte RAM，程序存儲(chǔ)選用三星的NAND FLASH.S3C2416芯片的引腳較多，電路較復(fù)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(yuǎn)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(dá)到了IEEE 802.11e標(biāo)準(zhǔn)要求的服務(wù)質(zhì)量，可以與其他符合該標(biāo)準(zhǔn)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(jī)制，無線傳輸速率高達(dá)150 Mb/s.同時(shí)，其硬件還預(yù)留多個(gè)傳感器接口、標(biāo)準(zhǔn)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(jì)

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(duì)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(biāo)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(biāo)探測功能主要以多傳感器為探測手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)攻擊目標(biāo)的探測、識(shí)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(shí)現(xiàn)智能封控彈藥的自動(dòng)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(tái)實(shí)現(xiàn)自主決策計(jì)算，并對(duì)多節(jié)點(diǎn)獲取的目標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)級(jí)；毀傷功能指智能封控彈藥戰(zhàn)斗部對(duì)目標(biāo)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(dòng)程序提供軟件運(yùn)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(dòng).本系統(tǒng)編譯安裝的AODV-UU-0.9.5.是一款成熟的Linux平臺(tái)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(zhǔn)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(píng)價(jià)體系的改進(jìn)算法，實(shí)現(xiàn)智能封控子彈藥對(duì)目標(biāo)屬性復(fù)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(jìn)行目標(biāo)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(xué)地運(yùn)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(shí)現(xiàn)智能封控子彈藥系統(tǒng)對(duì)某區(qū)域進(jìn)行較長時(shí)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(shí)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(jī)后，首先初始化，然后運(yùn)行AODV協(xié)議，建立網(wǎng)絡(luò)通訊，之后利用各傳感器進(jìn)行目標(biāo)搜索，檢測目標(biāo)是否進(jìn)入封鎖區(qū)域.若有目標(biāo)進(jìn)入，系統(tǒng)則利用“AHP-EW”決策算法進(jìn)行目標(biāo)攻擊；若無目標(biāo)進(jìn)入，系統(tǒng)則繼續(xù)進(jìn)行目標(biāo)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(shí)驗(yàn)測試

本系統(tǒng)采用基于WIFI的AODV路由協(xié)議，實(shí)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(yuǎn)在線”功能，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸.AODV協(xié)議是Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的一個(gè)分支，具有靈活性強(qiáng)、無需基站支持、組建迅速、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、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(dá)目標(biāo)子彈藥的路由，并且，針對(duì)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(gè)子彈藥進(jìn)行AODV協(xié)議的多跳實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(diǎn).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(gè)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(dòng)，同時(shí)運(yùn)行AODV協(xié)議.協(xié)議運(yùn)行后，會(huì)在自身的路由表中加入其他節(jié)點(diǎn)的IP信息.AODV協(xié)議運(yùn)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(jìn)行信道檢測及路由路徑顯示.A子彈藥ping B子彈藥的實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)無線通訊路由轉(zhuǎn)發(fā)功能；在數(shù)據(jù)傳輸測速實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)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(yùn)行結(jié)果

圖7 A子彈藥ping B子彈藥實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖8 A子彈藥ping C子彈藥實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)證明，AODV協(xié)議可實(shí)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(tái)，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(shí)現(xiàn)封控子彈藥無線自組網(wǎng)，為封控子彈藥實(shí)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(tái)的AODV路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)與AODV協(xié)議的改進(jìn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2009.

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

[3] 付自軍,趙捍東,曹紅松，等.網(wǎng)絡(luò)化智能雷群的目標(biāo)優(yōu)化分配問題研究[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，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(biāo)決策權(quán)重確定方法[J].通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)),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?yàn)橄冗M(jìn)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