基于SEA方法的艦船數據鏈效能評估系統設計與仿真

2012-04-25 05:51:50李有才習守成

艦船電子對抗 2012年3期

李有才，黃強，習守成

（1.海軍兵種指揮學院，廣州 510430；2.海軍91715部隊，廣州 510438）

0 引言

基于系統效能分析（SEA）方法的艦船數據鏈系統效能評估過程就是將系統中的參量指標或性能指標融入戰斗動態方程中，通過把系統能力和使命要求在同一公共屬性空間進行比較，得到有效性評定的若干參量，通過組合這些參量，根據系統與使命的匹配程度就可獲知系統完成預定任務的可能性，即系統綜合效能［1－4］。

按照SEA評估方法的一般步驟，艦船數據鏈系統效能評估過程包括：分析數據信息傳輸需求，確定系統使命任務；研究系統效能評估指標體系，確定效能評估性能量度；遵循系統運行規律，建立系統性能量度映射模型；根據使命任務要求，建立系統使命映射模型；比較系統與使命映射軌跡，得出系統綜合效能；設計效能評估系統，實現人機動態交互。

本文研究的就是基于SEA方法的數據鏈系統效能評估的最后一個步驟，即利用計算機技術建立效能評估系統。

1 效能評估系統組成與基本結構

艦船數據鏈效能評估系統按照決策支持系統三部件的結構形式進行設計，系統由模型部件、數據部件和綜合部件三部分組成。

（1）模型部件。模型部件是系統進行效能評估的核心，由模型庫管理系統和模型庫組成。模型庫中存放的模型主要有信息生成模型、網絡協議模型、信息傳輸模型、性能量度映射模型和綜合效能評估模型、圖形展示模型等，模型在計算機中表現為子程序形式。

（2）數據部件。數據部件是系統進行效能評估的基礎，包括數據庫和數據庫管理系統。數據庫中存放任務方案的各種任務使命參數、作戰環境參數、數據鏈系統配置參數等，在系統運行中給模型提供輸入數據，并存取運算結果。

（3）綜合部件。綜合部件是用戶與系統的交互平臺。用戶通過綜合部件輸入必要的信息和數據，綜合部件需要完成對模型部件和數據部件的控制、調用、運行、數據存儲和運行結果顯示等。

艦船數據鏈效能評估模型部件、數據部件、綜合部件之間通過數據接口相互連接，其結構如圖1所示。

圖1 艦船數據鏈效能評估系統結構示意圖

2 效能評估系統模型輸入輸出關系與運行流程

艦船數據鏈效能評估系統的模型庫主要有信息生成模型、通信協議模型、信息傳輸模型、性能量度映射和效能綜合評估模型等，各模型輸入輸出關系和程序運行流程如下：

（1）信息生成模型。信息生成模型的功能是根據任務方案的種類、兵力配置得到艦船數據鏈所要承擔的信息任務。信息生成模型的輸入為原始參數數據庫中的敵我兵力、裝備數據，輸出為指揮控制系統在作戰使用時產生信息的頻度和信息量，其模型輸入輸出關系和程序運行流程如圖2、圖3所示。

圖2 信息生成模型輸入輸出關系

（2）網絡協議模型。艦船數據鏈具有多種工作模式，每種模式又有多種傳輸方式，每種傳輸方式有其對應的網絡協議。各數據鏈終端按照網絡協議規定，有秩序地傳輸戰術平臺計算機交付的信息，從而完成數據鏈信息業務。

圖3 信息生成模型運行流程

網絡協議模型的輸入為信息業務參數和網絡參數，輸出的則是數據鏈網絡運行性能指標，網絡協議模型輸入輸出關系和程序運行流程如圖4、圖5所示。

圖4 系統網絡協議模型輸入輸出關系

圖5 系統網絡協議模型運行流程

（3）信息傳輸模型。艦船數據鏈終端將信息包編碼、調制成數字信號，通過信道設備發送，在傳輸過程中信號強度逐步衰減，接收端接收的是具有一定信噪比的信號，該信號經過解調、譯碼后，輸出具有相應誤碼率的信息，信息傳輸模型輸入輸出關系和運行流程如圖6、圖7所示。

圖6 系統信息傳輸模型輸入輸出關系

圖7系統信息傳輸模型運行流程

（4）性能量度映射和綜合效能評估模型。系統調用信息生成模型、網絡協議模型、信息傳輸模型獲取數據信息傳輸相關性能參數后，通過系統映射得到實時性、可靠性、安全性等性能量度，并通過效能綜合評估模型得到系統效能。性能量度映射和綜合效能評估模型輸入輸出關系和程序運行流程如圖8、圖9所示。

圖8 系統效能綜合評估模型輸入輸出關系

圖9 系統效能綜合評估模型運行流程

3 效能評估系統運行流程

艦船數據鏈效能評估系統具有多個部件，每個部件又包含多個功能模塊，合理地運行流程設計是建立評估系統的重要環節。系統運行流程設計應該根據系統采用的效能評估方法步驟進行規劃，運行過程中要充分進行人機交互，使用戶對評估過程中的一些參數和要求進行實時修正，體現人機一體的評估優勢［5－6］。系統運行流程設計主要體現在綜合部件總控程序的設計上，總控程序負責控制系統有序地運行，使模型部件和數據部件有機地結合起來，對數據進行有效的存取，同時進行必要的人機對話，允許評估者修改數據鏈系統或使命任務的相關參數，從而達到人機動態評估的目的。數據鏈效能評估系統的總控程序設計如圖10所示，其中實線為程序控制線，虛線為數據存取線。

圖10 效能評估系統運行流程示意圖

4 效能評估系統人機交互界面仿真實現

系統人機交互界面根據目標、需求設計，主要界面包括系統人機交互主界面、原始參數輸入界面、信息業務生成界面、評估模型運行界面、評估參數設置界面、評估結果展示界面等。數據鏈效能評估系統開始運行時，首先調用登陸界面，用戶輸入正確的用戶名和密碼后進入系統人機交互主界面，主界面提供進入其他子界面和退出系統的按鍵，具體界面及內容如圖11所示。

（1）原始參數輸入界面。該界面可實現任務和系統原始參數的輸入功能，輸入數據包括想定任務的兵力數據和環境因素、數據鏈網絡設置參數。具體界面及內容如圖12所示。

（2）信息業務生成界面。該界面可實現信息業務參數的顯示與修改功能，信息業務參數是由信息生成模型按照任務類型、敵我兵力情況自動生成，可能與實際情況存在偏差，用戶可以實時進行動態修正。具體界面及內容如圖13所示。

（3）評估模型運行界面。該界面可實現網絡協議模型和信息傳輸模型的運行調用功能，顯示模型的運行進度，并在模型運算結束后向用戶展示系統的運行性能參數，如有較大偏差，用戶可以實時進行動態修正。具體界面及內容如圖14所示。