宮 斌，張名明，李安然

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇 揚(yáng)州 225101)

0 引 言

電子對(duì)抗系統(tǒng)顯控終端的數(shù)據(jù)記錄與回放是系統(tǒng)的重要功能模塊，其主要任務(wù)是記錄整個(gè)作戰(zhàn)過程的數(shù)據(jù)和指令信息，形成文件并存儲(chǔ)，在作戰(zhàn)任務(wù)結(jié)束后利用存儲(chǔ)的文件進(jìn)行作戰(zhàn)過程回放。數(shù)據(jù)記錄與回放能夠完整地記錄下整個(gè)作戰(zhàn)的過程，并能夠?qū)^程中的每一個(gè)步驟進(jìn)行準(zhǔn)確的重新回放演示，其重要作用是能夠在作戰(zhàn)任務(wù)結(jié)束后對(duì)作戰(zhàn)過程的每個(gè)流程、步驟進(jìn)行分析，并能夠?qū)τ涗浀男畔?shù)據(jù)(偵察目標(biāo)、干擾目標(biāo)等)進(jìn)行全面深入的分析，對(duì)于電子對(duì)抗系統(tǒng)作戰(zhàn)過程中的問題分析查找、作戰(zhàn)流程的優(yōu)化、情報(bào)數(shù)據(jù)收集等都有著非常重要的作用。

在原有的電子對(duì)抗系統(tǒng)顯控終端的數(shù)據(jù)記錄回放設(shè)計(jì)中，由于信號(hào)環(huán)境和設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)量和記錄文件都比較小，因此設(shè)計(jì)僅支持從記錄文件中順序播放，基本可以滿足使用需要。隨著戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境和電子對(duì)抗系統(tǒng)本身的復(fù)雜程度不斷增大，電子對(duì)抗系統(tǒng)終端的數(shù)據(jù)記錄文件的數(shù)據(jù)量和記錄時(shí)長(zhǎng)也不斷增大。由于電子對(duì)抗數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的時(shí)序關(guān)聯(lián)性，較大的數(shù)據(jù)文件、較長(zhǎng)的回放時(shí)間與回放時(shí)的快速定位成為矛盾，因此設(shè)計(jì)一種可在數(shù)據(jù)記錄文件的任意時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行回放控制的方法成為亟待解決的問題。

1 需求分析

由于無源偵察的隱蔽性和探測(cè)范圍大等特性，電子對(duì)抗系統(tǒng)成為武器裝備中獲取情報(bào)非常重要的裝備。尤其是在艦載系統(tǒng)中，無論在作戰(zhàn)或是值班狀態(tài)下，無論其他有源探測(cè)設(shè)備(如雷達(dá))是否工作，電子對(duì)抗的偵察裝備基本上是全程開機(jī)，進(jìn)行目標(biāo)偵收、電磁環(huán)境探測(cè)、情報(bào)收集等工作。在艦船遠(yuǎn)海任務(wù)中，艦載電子對(duì)抗系統(tǒng)偵察設(shè)備的工作時(shí)間經(jīng)常在24 h以上，有時(shí)甚至達(dá)到一周甚至更長(zhǎng)的工作時(shí)間；同時(shí)隨著戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境日益復(fù)雜，電子偵察目標(biāo)獲取的信息量也不斷增加。這些都使得電子對(duì)抗系統(tǒng)終端數(shù)據(jù)記錄文件的數(shù)據(jù)量和時(shí)間長(zhǎng)度越來越大。

電子對(duì)抗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)(尤其是偵察目標(biāo)數(shù)據(jù)和干擾對(duì)抗數(shù)據(jù)及指令)具有很強(qiáng)的時(shí)序關(guān)聯(lián)性，如電子偵察數(shù)據(jù)，偵察設(shè)備在偵收到一批目標(biāo)后以一條較長(zhǎng)的目標(biāo)信息報(bào)文發(fā)送到終端顯控，其后對(duì)于該目標(biāo)的信息更新、補(bǔ)充(包括方位、幅度、掃描信息等等)都是以其他較短的報(bào)文發(fā)送的，終端顯控以目標(biāo)批號(hào)為索引條件進(jìn)行目標(biāo)信息的更新補(bǔ)充；再如電子干擾設(shè)備，其工作狀態(tài)中的預(yù)熱、高壓、發(fā)射等都有著嚴(yán)格的順序并需要進(jìn)行相應(yīng)的操作鎖定控制，跳過其中的某個(gè)數(shù)據(jù)或指令報(bào)文將使得后續(xù)的狀態(tài)錯(cuò)亂。這種情況下原有的記錄回放設(shè)計(jì)必須按照順序進(jìn)行回放控制，才能使得整個(gè)作戰(zhàn)過程正確、完整，而對(duì)于較大的記錄文件，往往需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的回放時(shí)間，例如對(duì)于一個(gè)記錄時(shí)間超過24 h、報(bào)文數(shù)量達(dá)到數(shù)十萬條的文件，按照記錄報(bào)文順序回放，將耗費(fèi)數(shù)小時(shí)甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，對(duì)于作戰(zhàn)使用非常不便。

上述情況對(duì)電子對(duì)抗系統(tǒng)終端的數(shù)據(jù)記錄和回放工作提出了新的課題，即如何在大數(shù)據(jù)量、超長(zhǎng)時(shí)間的記錄文件情況下，進(jìn)行可選擇時(shí)間跳轉(zhuǎn)的回放控制，使得操作員可以更快地“復(fù)盤”作戰(zhàn)的全部或部分過程，更迅速有效地對(duì)作戰(zhàn)過程進(jìn)行分析研究。解決這一問題的關(guān)鍵在于如何解決電子對(duì)抗數(shù)據(jù)的時(shí)序性和關(guān)聯(lián)性問題，即在任意時(shí)間點(diǎn)開始回放時(shí)，需要恢復(fù)該時(shí)刻的數(shù)據(jù)、指令以及與當(dāng)前數(shù)據(jù)、指令、狀態(tài)相關(guān)的所有信息，這樣才能保證從該時(shí)刻回放時(shí)后續(xù)數(shù)據(jù)和狀態(tài)的完整性和正確性。

2 方法設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)以某型電子對(duì)抗系統(tǒng)為基礎(chǔ)，按照可跳轉(zhuǎn)到任意時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行回放控制的要求對(duì)系統(tǒng)顯控終端的數(shù)據(jù)記錄和回放控制軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。該型電子對(duì)抗系統(tǒng)顯控終端的體系架構(gòu)如圖1所示。顯控終端采用集中處理分布控制的架構(gòu)，所有外部數(shù)據(jù)先經(jīng)過信息處理服務(wù)器處理并轉(zhuǎn)發(fā)到顯控臺(tái)A和B，顯控臺(tái)下發(fā)的指令或數(shù)據(jù)經(jīng)過信息處理服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的外部偵察干擾設(shè)備。

圖1 顯控終端架構(gòu)示意圖

顯控終端數(shù)據(jù)記錄和回放運(yùn)行的基本過程是：在作戰(zhàn)過程中，信息處理服務(wù)器將所有經(jīng)其處理或轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文記錄形成數(shù)據(jù)記錄文件(軟件運(yùn)行一次形成一個(gè)文件，即一次作戰(zhàn)過程形成一個(gè)文件)；在作戰(zhàn)結(jié)束后進(jìn)入回放過程時(shí)，由操作員對(duì)記錄文件進(jìn)行選擇后，信息處理服務(wù)器將文件內(nèi)容讀入并按照?qǐng)?bào)文記錄順序發(fā)送到顯控臺(tái)，對(duì)作戰(zhàn)過程進(jìn)行回放重演。

本文闡述的記錄和回放設(shè)計(jì)方法是針對(duì)可以任意指定時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行回放的需求，以固定時(shí)間片為間隔定時(shí)生成全局信息并記錄，作為回放時(shí)的歷史數(shù)據(jù)恢復(fù)依據(jù)。為了對(duì)回放過程中的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行快速定位，我們采用將定位時(shí)間點(diǎn)的內(nèi)存信息(包括數(shù)據(jù)和狀態(tài)等)進(jìn)行持久化的方法保存；在回放的過程中，根據(jù)持久化保存的全局信息進(jìn)行數(shù)據(jù)和顯示界面的恢復(fù)，這樣從該時(shí)間點(diǎn)后回放的報(bào)文有了基礎(chǔ)，將可以正確完整地進(jìn)行后續(xù)的回放。設(shè)計(jì)中將時(shí)間片間隔設(shè)置為1 min，則可以實(shí)現(xiàn)回放控制的分鐘級(jí)定位，從而大大縮短回放的時(shí)間；同時(shí)解決了原有回放設(shè)計(jì)在時(shí)間上只能順序向后單向查看的問題，能夠跳轉(zhuǎn)到記錄文件的任意時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行回放。

在保持原有記錄文件不變的情況下，增加了全局信息定時(shí)記錄。我們將固定時(shí)間點(diǎn)的內(nèi)存全局信息進(jìn)行持久化形成的信息稱為關(guān)鍵幀(Key Frame)。本設(shè)計(jì)的主要工作流程是在作戰(zhàn)過程中，以固定的時(shí)間間隔(目前定為1 min)將終端顯控的各類全局?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行序列化，生成關(guān)鍵幀文件進(jìn)行記錄；在回放過程中，根據(jù)操作員選擇開始回放的時(shí)間點(diǎn)，找到對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)前最近的一個(gè)關(guān)鍵幀進(jìn)行反序列化，進(jìn)行內(nèi)存數(shù)據(jù)及界面的恢復(fù)。

數(shù)據(jù)記錄文件與關(guān)鍵幀記錄文件的關(guān)系如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)記錄文件與關(guān)鍵幀文件關(guān)系圖

3 持久化技術(shù)選擇

在數(shù)據(jù)持久化技術(shù)中，一般以序列化方法最常用，且擴(kuò)展性強(qiáng)[1]。常用的序列化方法一般有表1中的幾種。本設(shè)計(jì)中考慮到終端顯控軟件的兼容性及后續(xù)采用跨平臺(tái)開發(fā)工具的趨勢(shì)，Boost.Serialization方法的可移植性及后續(xù)的擴(kuò)展性都較好，因此采用該方法進(jìn)行內(nèi)存持久化[2]。

電子對(duì)抗系統(tǒng)除偵察設(shè)備外，還有有源干擾、無源干擾、激光、通信等設(shè)備，以及上級(jí)指揮系統(tǒng)。為了全面反映某個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)，關(guān)鍵幀中必須包含以上所有相關(guān)設(shè)備/系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息。在電子對(duì)抗系統(tǒng)中，偵察目標(biāo)所占信息最多，占整個(gè)關(guān)鍵幀內(nèi)容比率最大，所以在持久化技術(shù)選型時(shí)主要根據(jù)偵察目標(biāo)的數(shù)據(jù)持久化性能為主要參考。軟件測(cè)試過程中以偵察目標(biāo)的序列化和反序列化時(shí)間作為主要參考，采用XML結(jié)構(gòu)文件進(jìn)行存儲(chǔ)，主要測(cè)試情況如表2所示。

表1 序列化方法

表2 序列化/反序列化時(shí)間測(cè)試表

在電子對(duì)抗系統(tǒng)中，一般偵察目標(biāo)在400批之內(nèi)，偵察目標(biāo)的數(shù)據(jù)持久化時(shí)間占整個(gè)全局?jǐn)?shù)據(jù)信息持久化的絕大部分，所以以上序列化方法能夠保證時(shí)間的有效性，同時(shí)基本不會(huì)對(duì)現(xiàn)有的顯控終端軟件運(yùn)行造成影響。在選擇存儲(chǔ)方式上，XML文件可讀性最好，但是時(shí)間和空間消耗大，可作為軟件調(diào)試時(shí)使用；文本數(shù)據(jù)可讀性一般，時(shí)間和空間消耗一般；二進(jìn)制數(shù)據(jù)可讀性差，時(shí)間和空間消耗性能最優(yōu)，所以在最終軟件實(shí)現(xiàn)中采用二進(jìn)制格式作為文件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)格式[3]。

4 工程應(yīng)用

根據(jù)上述設(shè)計(jì)方法，軟件主要由信息處理服務(wù)器、顯控臺(tái)A和顯控臺(tái)B幾部分組成。顯控臺(tái)A主要生成關(guān)鍵幀和恢復(fù)關(guān)鍵幀，控制回放進(jìn)度，服務(wù)器主要進(jìn)行關(guān)鍵幀文件管理，顯控臺(tái)B只做關(guān)鍵幀恢復(fù)，不生成關(guān)鍵信息。在作戰(zhàn)過程中記錄數(shù)據(jù)文件的同時(shí)，從起始時(shí)間開始，每間隔1 min生成一個(gè)關(guān)鍵幀文件并存儲(chǔ)，作戰(zhàn)過程結(jié)束后將生成一組關(guān)鍵幀文件與一個(gè)數(shù)據(jù)記錄文件相匹配；回放由顯控臺(tái)A發(fā)起并控制，根據(jù)操作員選定的回放時(shí)間，找到之前最近的一個(gè)關(guān)鍵幀文件進(jìn)行全局?jǐn)?shù)據(jù)的反序列化，使得系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和狀態(tài)保持完整，然后開始該時(shí)刻后的報(bào)文回放。如某記錄文件的起始和終止時(shí)間分別為XX年XX月XX日00：00:00和XX年XX月XX日23：00:00，即整個(gè)作戰(zhàn)過程時(shí)間為23 h，操作員如果需要最后1 h的作戰(zhàn)過程回放分析，可以直接選擇從22：00:00開始回放。軟件實(shí)現(xiàn)已在XX型電子對(duì)抗系統(tǒng)中應(yīng)用，該系統(tǒng)中的設(shè)備節(jié)點(diǎn)超過10個(gè)，在實(shí)際工作過程中數(shù)據(jù)記錄包含關(guān)鍵幀的文件記錄占用的系統(tǒng)資源較低，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行基本沒有影響,軟件運(yùn)行與回放模式大大縮短了回放的時(shí)間，極大地提高了作戰(zhàn)過程分析的效率。

5 通用化設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)的通用化主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 信息處理服務(wù)器軟件部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，擴(kuò)展性強(qiáng)。信息處理服務(wù)器軟件不解析和分析關(guān)鍵幀內(nèi)容和報(bào)文信息內(nèi)容，只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)文件和關(guān)鍵幀的記錄與管理，回放時(shí)根據(jù)時(shí)間點(diǎn)查找關(guān)鍵幀信息發(fā)送到顯控臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。

(2) 關(guān)鍵幀記錄的可快速擴(kuò)展性。在關(guān)鍵幀信息中添加或者刪除相應(yīng)的字段信息較為容易；支持將序列化和反序列化進(jìn)行統(tǒng)一定義或者分開定義；支持將數(shù)據(jù)保存為二進(jìn)制數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)、XML結(jié)構(gòu)或者用戶自定義的其他文件，只需要改動(dòng)序列化歸檔格式，不需要改動(dòng)具體序列化方法。通用化設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 軟件通用化設(shè)計(jì)示意圖

通過通用化的設(shè)計(jì)，使得本方法擴(kuò)展性強(qiáng)，移植方便，可以較快地在原有的電子對(duì)抗系統(tǒng)終端顯控軟件中進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)指定時(shí)間點(diǎn)回放的功能。

6 結(jié)束語

電子對(duì)抗系統(tǒng)終端顯控的數(shù)據(jù)記錄與回放軟件在原軟件功能不足、使用不便的情況下，引入了基于數(shù)據(jù)持久化的關(guān)鍵幀技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電子對(duì)抗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)回放，能夠達(dá)到分鐘級(jí)別的快速定位并任意指定時(shí)間點(diǎn)回放，大大縮短了作戰(zhàn)過程回放的時(shí)間，并且支持前進(jìn)和后退2個(gè)方向的回放，解決了之前電子對(duì)抗回放功能不滿足用戶需求的問題。

本設(shè)計(jì)方法作為電子對(duì)抗回放軟件的基礎(chǔ)，已經(jīng)在實(shí)際工程應(yīng)用中得到較好的驗(yàn)證，也完全能夠滿足用戶的要求。但是受計(jì)算機(jī)性能等限制，現(xiàn)階段為平衡系統(tǒng)工作主流程和數(shù)據(jù)記錄的資源分配，只能做到分鐘級(jí)別跳轉(zhuǎn)，要做到更短時(shí)間片時(shí)刻跳轉(zhuǎn)，需要進(jìn)一步研究相關(guān)技術(shù)和方法。