C4IKSR系統中的組網雷達數據集成應用研究

賀天章等

摘 要：該文首先介紹了C4IKSR系統中組網雷達數據集成的需求，然后分析了雷達異構數據的特點，最后通過XML技術實現了組網雷達的異構數據集成，滿足了對高層指揮軟件訪問組網雷達數據提供統一數據接口的要求。

關鍵詞：數據集成 雷達組網 XML 元數據

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（a）-0009-02

Abstract：First introduces the demands of radar network data integration in C4IKSR system， then analysis of the characteristics of heterogeneous data，finally through the XML technology to realize the integration of heterogeneous data， which meets the requirements of the command software to access the netted radar data by aunified data interface.

Key words：Data integration Radar network XML Metadata

信息融合技術包括數據融合和非數據信息的融合，它是隨著計算機、通信技術的飛速發展，利用計算機按時序獲取若干傳感器的觀察信息，并在一定準則下加以分析、綜合，以完成C4IKSR系統即指揮自動化系統所需的決策與評估任務而進行的數據信息處理過程[1]。其中數據融合是對各種異構數據提供統一的表示、存儲和管理，以實現邏輯或物理上有機的集中[2]。

雷達組網是指通過將多部不同體制、不同頻段、不同工作模式、不同極化方式的雷達或者無源偵察裝備適當布站，借助通信手段鏈接成風并由中心站統一調配，從而形成的一個有機整體[3]。網內各雷達和雷達對抗偵察裝備的信息（原始信號、點跡、航跡等）由中心站收集，綜合處理后形成雷達網覆蓋范圍內的情報信息，并按照戰爭態勢的變化自適應地調整網內各雷達的工作狀態，發揮各個雷達和雷達對抗偵察裝備的優勢，從而完成整個覆蓋范圍內的探測和定位等任務。但在雷達組網過程中，如何消除各雷達終端共享數據的異構性，形成統一的數據訪問機制，滿足各種指揮管理軟件系統要求是雷達組網形成戰斗力首先要解決的問題。

1 組網雷達中數據集成需求及特點

雷達網指揮系統、戰場頻譜管理系統等作戰指揮軟件（以下簡稱C4I應用）必須把分布在戰場不同區域內的多部雷達產生的數據進行有效地提取、處理、融合和管理，才能為指揮員提供準確的情報分析，進一步幫助指揮員做出科學的決策，因此在雷達組網數據集成必須滿足以下要求：

（1）屏蔽組網雷達數據間的異構性，形成格式統一的數據結構；

（2）形成規范的組網雷達數據集成模式，并向指揮所及向更高級的指揮中心提供數據訪問接口；

（3）為同級別或不同級別的作戰單元間的數據互操作訪問提供支持。

當前，我軍服役的雷達期雷達系統新老并存，且由不同的廠家研制，由于缺乏長遠規劃，導致在雷達組網過程中出現語義、格式不統一等數據異構問題，信息集成比較困難，其異構問題主要表現為以下幾個特點：

（1）數據結構不統一；

（2）數據定義不一樣；

（3）數據名稱含義有差別；

（4）數據速率不相等；

（5）通信方式不統一。

因此，只有消除數據的異構性，才能實現真正的雷達組網。

2 雷達組網數據集成方案及關鍵技術

2.1 數據集成方案

雷達異構數據集成最主要的目標是整合多個異構數據源，向指揮人員或其它網內雷達提供統一查詢、更新等操作接口，協調各終端間的數據通信，使得指揮人員和操作人員能夠透明地獲取更多的戰場信息資源，并進行指揮、控制多部雷達系統進行作戰。

通過分析，解決組網雷達異構數據源問題比較理想的方案是在C4I應用和雷達網絡終端間引入XML數據轉換處理中間件。其中XML語言作為數據源交互的媒介，具有很好的數據描述、傳送、語義表達等能力[4][5]，滿足了表達數據結構和各種約束的需要；數據的純文本表達與平臺無關性滿足了解決異構雷達數據源間的互操作所需要的跨平臺性[6]。

在基于XML技術的雷達組網數據集成過程中，數據間的模式轉換通過XSL和XSLT（可擴展樣式表語言）技術實現，數據間的映射關系由元數據庫來實現，數據接口的提供通過開放的DOM和SAX編程接口實現，其集成框架如圖1所示。

其中，（1）數據操作引擎：它是C4I應用層和各數據源交互的接口，主要完成XML數據數據轉發、數據速率調整等功能。根據各C4I應用系統的數據需求，將接收到的雷達測量數據打包后通過各種傳輸協議分發到指定的目標地址，然后在C4I應用系統中完成戰場中的數據優化、分析、評估和決策，同時將接收到的指揮命令信息轉發到指定的雷達作戰終端單元。

（2）XML解析器：主要完成集成數據XML模式的確認，也就是測試文檔是否符合施加到其文檔類型之上的約束條件，分析該XML文檔的語法和格式是否正確，以確保在實時傳輸過程中沒有數據丟失和錯誤。

（3）XML映射器：當雷達數據源產生的Schema和C4I應用系統中使用的Schema不一致的時候，首先檢查是否有相應的XSLT文件。如果有，則直接按該文件內的規則把包含雷達測量數據的XML數據文件流轉換為目標格式的XML文件流；如果沒有，則查詢元數據庫，提取出對應的數據格式、數據類型和屬性名稱，根據業務規則把標準Schema中對應的數據格式、數據類型和屬性名稱進行映射，同時生成一個XSLT文件以備后用。

（4）XML模式轉換器和XML封裝器：主要完成XML數據模式與雷達數據源終端中的數據模式（二進制數據、HTML文檔、文本文件等）轉換，包括命令字格式、語義的映射轉換；其中XML模式轉換器是把XML文件內容轉換成雷達終端命令字，XML封裝器把組網雷達中的測量數據按一定的規則轉化為XML文件。

（5）數據處理器：在現有的通信基礎設施上，直接負責與組網雷達中的雷達數據源的交互工作。

2.2 基于元數據庫的映射轉換方法

考慮到雷達組網異構數據集成的可擴展性和通用性，本方案采用了元數據庫方法，經過查詢后自動生成XSLT文件。

通常把元數據轉換模型看作一個四元組（N，A，V，S），其中N表示對元數據轉換過程的元素標識的名稱空間，A表示描述元數據元素標識的元素集合，V表示所有元數據元素值域的集合，S表示元數據轉換過程中的語法表達[2]；因此可把組網雷達異構數據轉換過程中的依據：元數據庫數據表設計的列有目標數據、源數據、目標數據類型、源數據類型和轉換函數等。

在元數據轉換表中，從組網雷達數據到C4I應用系統組輸入數據間可能出現的映射關系存在著一對一、一對多和多對一三種情況。由于在一個C4I應用系統不會出現一個數據多種含義，因此，為了防止在某一個C4I應用系統在查詢元數據庫時出現一個數據對應多種含義的現象，在元數據轉換表中添加“應用標識”列，因此，元數據轉換表設計如表1所示。

在添加元數據記錄時，核心是要檢查元數據轉換表中源數據元素與對應的目標數據元素的值域，建立必要的值域轉換函數。在元數據庫中建立數據元素對應關系后，會存在一些雷達數據源與C4I應用中的數據元素值域的定義不一致的情況，特別是在語義的異構性方面，如對目標經度的描述有東經、西經、經度，若不經過嚴格規范而形成的XSLT文件，這將丟失數據集成的意義，且會導致計算機在對這種文件處理過程中出現錯誤，影響系統使用。因此，有必要檢查元素對應表中每一組元素的值域定義是否一致，如果不一致，就必須建立其值域轉換函數，并將函數標識存入到轉換函數項中。

2.3 XML文件解析方法

目前較流行的XML文件解析方法有DOM和SAX兩種，其中SAX的缺點是不支持修改XML文檔和隨機讀取，DOM的缺點是在加載大文件時內存占用較大。考慮到要解決組網雷達數據集成中的平臺異構性和大量數據處理的實時性問題，筆者決定通過刪除一些雷達組網數據集成過程中不需要的標準條款，采用較快的語法分析器等方法，修改移植性較好的DOM方法，修改后的XML解析器結構如圖2所示：

（1）編碼層：該層將判斷從XML映射器產生的數據流的編碼格式，將組網雷達終端使用的各種字符格式轉換為統一的UTF-16格式，然后把轉換后的文件字符流傳送到LEX詞法分析層。

（2）LEX（LEXical Compiler）詞法分析層：分析傳送來的字符流，識別語法成分，將輸入的各種符號，轉化成相應的標識符，然后傳送給語法分析層進行語法分析。

（3）YACC（Yet Another Compiler Compiler）語法分析層：分析語法標記，并驗證其組合次序是否符合修改后的XML語法的規定，最后將符合規定的XML語法成分的雷達組網XML數據記錄拼裝起來，送入內部數據層。

（4）內部數據層：該層將接收雷達組網XML數據記錄放入到在計算機內存的虛擬數據表中，同時提供對該表的添加、刪除、查詢等各種訪問處理。

（5）DOM接口層：以傳統的DOM數據訪問模式封裝內部數據層提供的各種數據操作。

3 結語

該文對C4I系統中雷達組網的需求與數據特點進行了分析，并通過與平臺、語言和協議無關的XML技術解決了雷達組網過程的異構數據集成問題，實現了系統間的可操作性和雷達組網的可擴展性，這對情況比較復雜、數量比較大的數據集成應用提供了一定的借鑒作用。但是，隨著現代戰爭需求的發展，多傳感器的信息集成與融合朝著廣域化、智能化、一體化的方向發展，如何將組網雷達內的數據與紅外、激光、高炮等裝備的數據實現集成，更好地為指揮員服務，有待更進一步研究。

參考文獻

[1] 童志鵬，劉興，丁冠東，等.綜合電子信息系統[M].北京：國防工業出版社，2008：185-189.

[2] 劉峰，鄭滔.應用集成原理與技術[M].北京：清華大學出版社，2011：49-52.

[3] 康耀紅.數據融合理論與應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2006：1-27.

[4] 唐忠，邱超，丁駭.電子戰仿真異構數據庫數據集成應用研究[J].艦船電子工程，2009，29（1）：132-134.

[5] 馮進，丁博，史殿習，等.XML解析技術研究[J].計算機工程與科學，2009，31（2）：120-124.

[6] 吳源源，雷斌，丁赤飚.XML技術在雷達數據處理系統中的應用[J].計算機工程與設計，2005，26（3）：787-792.

（4）XML模式轉換器和XML封裝器：主要完成XML數據模式與雷達數據源終端中的數據模式（二進制數據、HTML文檔、文本文件等）轉換，包括命令字格式、語義的映射轉換；其中XML模式轉換器是把XML文件內容轉換成雷達終端命令字，XML封裝器把組網雷達中的測量數據按一定的規則轉化為XML文件。

（5）數據處理器：在現有的通信基礎設施上，直接負責與組網雷達中的雷達數據源的交互工作。

2.2 基于元數據庫的映射轉換方法

考慮到雷達組網異構數據集成的可擴展性和通用性，本方案采用了元數據庫方法，經過查詢后自動生成XSLT文件。

通常把元數據轉換模型看作一個四元組（N，A，V，S），其中N表示對元數據轉換過程的元素標識的名稱空間，A表示描述元數據元素標識的元素集合，V表示所有元數據元素值域的集合，S表示元數據轉換過程中的語法表達[2]；因此可把組網雷達異構數據轉換過程中的依據：元數據庫數據表設計的列有目標數據、源數據、目標數據類型、源數據類型和轉換函數等。

在元數據轉換表中，從組網雷達數據到C4I應用系統組輸入數據間可能出現的映射關系存在著一對一、一對多和多對一三種情況。由于在一個C4I應用系統不會出現一個數據多種含義，因此，為了防止在某一個C4I應用系統在查詢元數據庫時出現一個數據對應多種含義的現象，在元數據轉換表中添加“應用標識”列，因此，元數據轉換表設計如表1所示。

在添加元數據記錄時，核心是要檢查元數據轉換表中源數據元素與對應的目標數據元素的值域，建立必要的值域轉換函數。在元數據庫中建立數據元素對應關系后，會存在一些雷達數據源與C4I應用中的數據元素值域的定義不一致的情況，特別是在語義的異構性方面，如對目標經度的描述有東經、西經、經度，若不經過嚴格規范而形成的XSLT文件，這將丟失數據集成的意義，且會導致計算機在對這種文件處理過程中出現錯誤，影響系統使用。因此，有必要檢查元素對應表中每一組元素的值域定義是否一致，如果不一致，就必須建立其值域轉換函數，并將函數標識存入到轉換函數項中。

2.3 XML文件解析方法

目前較流行的XML文件解析方法有DOM和SAX兩種，其中SAX的缺點是不支持修改XML文檔和隨機讀取，DOM的缺點是在加載大文件時內存占用較大。考慮到要解決組網雷達數據集成中的平臺異構性和大量數據處理的實時性問題，筆者決定通過刪除一些雷達組網數據集成過程中不需要的標準條款，采用較快的語法分析器等方法，修改移植性較好的DOM方法，修改后的XML解析器結構如圖2所示：

（1）編碼層：該層將判斷從XML映射器產生的數據流的編碼格式，將組網雷達終端使用的各種字符格式轉換為統一的UTF-16格式，然后把轉換后的文件字符流傳送到LEX詞法分析層。

（2）LEX（LEXical Compiler）詞法分析層：分析傳送來的字符流，識別語法成分，將輸入的各種符號，轉化成相應的標識符，然后傳送給語法分析層進行語法分析。

（3）YACC（Yet Another Compiler Compiler）語法分析層：分析語法標記，并驗證其組合次序是否符合修改后的XML語法的規定，最后將符合規定的XML語法成分的雷達組網XML數據記錄拼裝起來，送入內部數據層。

（4）內部數據層：該層將接收雷達組網XML數據記錄放入到在計算機內存的虛擬數據表中，同時提供對該表的添加、刪除、查詢等各種訪問處理。

（5）DOM接口層：以傳統的DOM數據訪問模式封裝內部數據層提供的各種數據操作。

3 結語

該文對C4I系統中雷達組網的需求與數據特點進行了分析，并通過與平臺、語言和協議無關的XML技術解決了雷達組網過程的異構數據集成問題，實現了系統間的可操作性和雷達組網的可擴展性，這對情況比較復雜、數量比較大的數據集成應用提供了一定的借鑒作用。但是，隨著現代戰爭需求的發展，多傳感器的信息集成與融合朝著廣域化、智能化、一體化的方向發展，如何將組網雷達內的數據與紅外、激光、高炮等裝備的數據實現集成，更好地為指揮員服務，有待更進一步研究。

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（4）XML模式轉換器和XML封裝器：主要完成XML數據模式與雷達數據源終端中的數據模式（二進制數據、HTML文檔、文本文件等）轉換，包括命令字格式、語義的映射轉換；其中XML模式轉換器是把XML文件內容轉換成雷達終端命令字，XML封裝器把組網雷達中的測量數據按一定的規則轉化為XML文件。

（5）數據處理器：在現有的通信基礎設施上，直接負責與組網雷達中的雷達數據源的交互工作。

2.2 基于元數據庫的映射轉換方法

考慮到雷達組網異構數據集成的可擴展性和通用性，本方案采用了元數據庫方法，經過查詢后自動生成XSLT文件。

通常把元數據轉換模型看作一個四元組（N，A，V，S），其中N表示對元數據轉換過程的元素標識的名稱空間，A表示描述元數據元素標識的元素集合，V表示所有元數據元素值域的集合，S表示元數據轉換過程中的語法表達[2]；因此可把組網雷達異構數據轉換過程中的依據：元數據庫數據表設計的列有目標數據、源數據、目標數據類型、源數據類型和轉換函數等。

在元數據轉換表中，從組網雷達數據到C4I應用系統組輸入數據間可能出現的映射關系存在著一對一、一對多和多對一三種情況。由于在一個C4I應用系統不會出現一個數據多種含義，因此，為了防止在某一個C4I應用系統在查詢元數據庫時出現一個數據對應多種含義的現象，在元數據轉換表中添加“應用標識”列，因此，元數據轉換表設計如表1所示。

在添加元數據記錄時，核心是要檢查元數據轉換表中源數據元素與對應的目標數據元素的值域，建立必要的值域轉換函數。在元數據庫中建立數據元素對應關系后，會存在一些雷達數據源與C4I應用中的數據元素值域的定義不一致的情況，特別是在語義的異構性方面，如對目標經度的描述有東經、西經、經度，若不經過嚴格規范而形成的XSLT文件，這將丟失數據集成的意義，且會導致計算機在對這種文件處理過程中出現錯誤，影響系統使用。因此，有必要檢查元素對應表中每一組元素的值域定義是否一致，如果不一致，就必須建立其值域轉換函數，并將函數標識存入到轉換函數項中。

2.3 XML文件解析方法

目前較流行的XML文件解析方法有DOM和SAX兩種，其中SAX的缺點是不支持修改XML文檔和隨機讀取，DOM的缺點是在加載大文件時內存占用較大。考慮到要解決組網雷達數據集成中的平臺異構性和大量數據處理的實時性問題，筆者決定通過刪除一些雷達組網數據集成過程中不需要的標準條款，采用較快的語法分析器等方法，修改移植性較好的DOM方法，修改后的XML解析器結構如圖2所示：

（1）編碼層：該層將判斷從XML映射器產生的數據流的編碼格式，將組網雷達終端使用的各種字符格式轉換為統一的UTF-16格式，然后把轉換后的文件字符流傳送到LEX詞法分析層。

（2）LEX（LEXical Compiler）詞法分析層：分析傳送來的字符流，識別語法成分，將輸入的各種符號，轉化成相應的標識符，然后傳送給語法分析層進行語法分析。

（3）YACC（Yet Another Compiler Compiler）語法分析層：分析語法標記，并驗證其組合次序是否符合修改后的XML語法的規定，最后將符合規定的XML語法成分的雷達組網XML數據記錄拼裝起來，送入內部數據層。

（4）內部數據層：該層將接收雷達組網XML數據記錄放入到在計算機內存的虛擬數據表中，同時提供對該表的添加、刪除、查詢等各種訪問處理。

（5）DOM接口層：以傳統的DOM數據訪問模式封裝內部數據層提供的各種數據操作。

3 結語

該文對C4I系統中雷達組網的需求與數據特點進行了分析，并通過與平臺、語言和協議無關的XML技術解決了雷達組網過程的異構數據集成問題，實現了系統間的可操作性和雷達組網的可擴展性，這對情況比較復雜、數量比較大的數據集成應用提供了一定的借鑒作用。但是，隨著現代戰爭需求的發展，多傳感器的信息集成與融合朝著廣域化、智能化、一體化的方向發展，如何將組網雷達內的數據與紅外、激光、高炮等裝備的數據實現集成，更好地為指揮員服務，有待更進一步研究。

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