電磁環境構設設備綜合接入技術研究

岳秀清，周小平，孫永全，任　彥，闕渭焰

(北方電子設備研究所，北京 100191)

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·試驗與評估·

電磁環境構設設備綜合接入技術研究

岳秀清，周小平，孫永全，任彥，闕渭焰

(北方電子設備研究所，北京 100191)

在電磁環境構設過程中，如何集成運用各類各型環境構設設備逼真構設所需環境，是當前開展復雜電磁環境下裝備試驗及作戰訓練亟需解決的現實問題。對電磁環境構設設備綜合接入技術進行了研究，提出了“綜合接入設備+協議適配軟件”的解決方案，并完成了系統設計與實現，為綜合運用不同電磁環境構設設備生成環境構設提供了有效技術手段。

電磁環境構設；綜合接入；協議適配

0　引言

復雜電磁環境是以信息技術為核心的高新技術在軍事領域廣泛應用、戰爭形態發生深刻演變的必然產物，是信息化條件下作戰的鮮明特征和構成戰場環境的核心要素，對預警探測、指揮控制、精確打擊等電子信息的作戰效能發揮構成重大威脅。近年來，隨著復雜電磁環境下裝備適應性試驗研究及作戰訓練研究的逐步開展與日漸深入，各界形成共識：電磁環境構設是開展復雜電磁環境下裝備試驗及作戰訓練的前提與基礎，環境構設的質量直接影響著試驗與訓練的效益。目前，環境構設設備是在不同時期由不同研制單位研制的，如何通過有效的綜合接入技術手段，實現不同環境構設設備的集成應用，通過盡可能低的費效比構設出逼真、近似實戰的電磁環境，正是本文著力解決的問題。

1　電磁環境構設現狀

1.1電磁環境構設方法

目前，國內外電磁環境構建方法主要有：實裝構建法、半實物構建法、數字仿真法等[1-2]。實裝構建法，是用真實裝備構建電磁環境，通常在外場進行。其突出優點是逼真，但對人、財、物的消耗較大、受制約影響因素較多，模擬構建敵真實戰場電磁環境的能力有限。半實物構建法，是利用各種模擬器產生電磁信號環境，一般包括輻射式信號模擬器和注入式信號模擬器。其優點是產生信號種類多、樣式豐富，內外場均可使用，節約資源和經費；缺點是模擬器性能有限，通常部署于重點區域、部位，難以逼真模擬敵作戰運用。數字仿真法，是利用計算機模擬仿真技術實現對裝備面臨的電磁環境種類、數量、密度、信號樣式以及信號時、空、頻、調制等特征參數的逼真模擬。其優點是耗費資源少，可根據需要靈活構建所需電磁環境；缺點是建模、仿真工作量大，難度高，仿真結果置信度難以驗證。

1.2電磁環境構設現狀

現代戰爭復雜多變，敵對雙方圍繞信息獲取、傳輸、控制、處理和利用，在電磁空間展開對抗博弈行動，戰場電磁環境呈現出對抗激烈、信號密集、樣式復雜和動態交迭等特點。實踐證明，運用單一的環境構設方法及設備，已無法滿足逼真模擬戰場復雜電磁環境的需要。目前，裝備試驗中，內場多采用半實物仿真與數字仿真結合、外場多采用實裝與半實物結合的方式構建電磁環境；作戰訓練中，主要采取紅藍對抗的方式，綜合運用實裝與半實物構建電磁環境。無論是裝備試驗還是作戰訓練中的復雜電磁環境構設，都需要借助各類實裝(如通信裝備、雷達裝備、電子對抗裝備)及信號模擬設備(背景信號模擬設備、通信及通信對抗信號環境模擬設備、雷達及雷達對抗信號環境模擬設備、特定目標模擬設備等等)，而后根據裝備試驗及作戰訓練的實際需要，按照“針對性、逼真性、等效性”原則，將不同類型、不同數量的實裝和模擬設備進行組合部署使用，并在一定的控制機制下，生成近似實戰的復雜電磁環境。

目前，用于構設電磁環境的各類實裝和模擬設備，是不同時期由不同單位研制的，其通信接口、信息交互協議迥異，無法實現物理層、信息層的通聯，進行環境構設時，不同構設設備通常各自為戰，嚴重影響了電磁環境構設的整體效果。因此，亟需開展復雜電磁環境構設設備綜合接入技術研究，將各型設備接入試驗、訓練基地的環境構設指揮系統，使其能在統一的指揮控制下開展電磁環境構設，充分發揮各自技術特點和優勢，形成電磁環境構設合力，為獲得良好的試驗和訓練效果奠定基礎。

2　電磁環境構設設備綜合接入技術

實現電磁環境構設設備綜合接入，需要同時解決兩方面的問題：一是物理層通聯，由于不同電磁環境構設設備采用的通信設備、方式及接口等不統一，難以在物理層上實現互聯互通；二是信息層交互，由于不同電磁環境構設設備遵循的信息交互格式、內容等不統一，難以在信息層上實現數據的有機融合和共享。

2.1綜合接入實現方式

實現綜合接入的傳統途徑是按統一的物理接口及通信協議改造現有設備。該方法的優點是改造后各設備均遵循相同的接口及協議標準，設備間可實現無縫集成與通信；缺點是改造牽涉因素多，工作量大、周期長，需要投入大量的人力和物力，不適于解決目前電磁環境構設所面臨的現實問題，因此，急需研究一種新的綜合接入技術——能在不改動各設備原有軟、硬件狀態的情況下，實現其通聯。

本文經研究提出了基于協議適配的綜合接入技術，通過“綜合接入設備+協議適配軟件”實現不同設備物理層、信息層通聯。這種方法的優點有：一是環境構設設備無需改變，只需通過協議適配軟件建立環境構設設備之間通信協議的映射模型，即可實現協議轉換；二是傳統的協議轉換工作必須由程序員通過編程完成，而協議適配軟件的用戶只需要通過圖形化的界面操作建立協議轉換模型即可，軟件會根據用戶建立的模型在后臺自動生成程序；三是協議轉換模型具有良好的可繼承性和移植性，對于新接入的環境構設裝備，只要其遵循已知的協議標準，或與已知通信協議相似，就可通過對已有協議轉換模型的修改完成新接入設備的協議轉換。

2.2協議適配軟件原理

協議適配軟件主要使用基于有限狀態機建模的協議適配技術，依據通信協議接口規則構建出對應的協議數據轉換自動機，以一組進程間的通信API提供給通信雙方使用，在不改動雙方軟件的前提下，完成實時協議轉換，實現雙方的互聯互通、信息共享。

協議適配軟件的基本理論依據是有限狀態機模型。有限狀態機(FSM)是表示有限個狀態以及在這些狀態之間的轉移和動作等行為的數學模型。有限狀態機中的基本概念包括狀態和動作，狀態存儲關于過去的信息，它反映從系統開始到現在時刻的輸入變化；動作是在給定時刻要進行的活動的描述。有限狀態機的下一個狀態和輸出是輸入和當前狀態的函數，其邏輯如圖1所示。

圖1　FSM邏輯圖

現行主流通信協議的邏輯結構都符合樹形結構，為此可以把所有的通信協議都抽象為一種與之對應的樹形語義模型——協議模型樹(PMT)。PMT就是一個狀態機，PMT的一個節點就是狀態機的一個狀態。PMT按其數據的流向分為輸入樹(IPWT)和輸出樹(OPWT)。

在協議適配中，當PWT描述的是輸入端的協議時，就為輸入樹；當PWT描述的是輸出端的協議時，就為輸出樹。協議適配的目的是將輸入樹的數據元素轉換為輸出樹的數據元素，定義一組公式包括數據類型和運算函數y=f(x…)對轉換關系進行描述，這組公式把兩棵樹以有向圖的方式連接起來，如圖2所示。

圖2　協議適配原理示意圖

2.3綜合接入設備原理

綜合接入設備兼具業務接入、數據交換和數據傳輸等多種功能，將接入的各環境構設設備提供的不同數據信息統一轉換為標準的IP數據包，再將IP數據包發送到IP網中；或接收IP網中傳來的控制指令和數據，轉換為現有設備的各種控制命令并以相應格式的信息輸出。這種方式傳輸方式單一，只要IP數據包可到達的地點均可以實現信號的接入。綜合接入設備接入示意圖如圖3所示。

圖3　綜合接入設備接入示意圖

3　系統實現

3.1協議適配軟件體系結構

協議適配軟件軟件體系結構如圖4所示，包括模型管理器、設備驅動、應用協議適配服務器和I/O通信模塊四個組成部分。模型管理器針對不同復雜電磁環境構設設備的通信協議建立與之對應的協議適配模型，通過分析協議組成，構建協議模型樹，在不同環境構設設備的協議之間建立映射關系，編譯生成相應設備驅動。設備驅動是針對不同復雜電磁環境構設設備生成的動態鏈接庫，它識別符合環境構設設備通信協議的信息，驅動應用協議適配服務器和通聯的另一端環境構設設備進行通信，從而完成兩個設備系統間的無縫集成。應用協議適配服務器是一個獨立的可執行程序，其通過調用設備驅動，完成環境構設設備雙方通信協議的相互轉換，從而實現兩者的互聯互通。I/O通信模塊完成協議適配軟件和環境構設設備的直接通信。

圖4　軟件體系結構示意圖

3.2協議適配軟件實現

協議適配軟件實現采用可視化、偽語言編程技術，其中協議模型采用XML語言描述。

協議適配軟件中采用的可視化編程視圖通過拖拽方式構建協議模型樹，并通過拖拽有向邊的方式建立不同組成元素間的映射模式，通過“偽語言”方式，讓普通用戶完成模型轉換工作，將帶有轉換函數的模型樹編譯生成標準的C/C++語言源代碼，并最終生成設備驅動程序。構建協議模型樹采用GDI方式，為用戶提供一個圖形操作環境。視圖從上到下采用不同矩形表示不同的組成節點，每個節點包括節點名稱、數據類型、節點類型等不同屬性。

擴展標記語言XML是面向內容的自描述性語言，它以一種統一的信息描述標準去定義各種數據源中的數據，屏蔽它們在平臺、系統環境、內部數據結構等方面的異構性，適于異構應用間的數據共享[3-4]。復雜電磁環境構設設備的異構數據來源，阻礙了信息集成與交換，而XML可以以一種統一的數據模式描述來自不同數據源的數據，保證了結構化數據的同一性和應用平臺無關性，方便了內容跨系統的應用。

3.3綜合接入設備實現

綜合接入設備由信息處理單元和接口適配單元組成，以信息處理單元為平臺，通過內置專用接口適配單元，實現接入數據的接口轉換、協議轉換和數據遠傳。設備原理框圖如圖5所示。

圖5　綜合接入設備原理框圖

4　結束語

電磁環境構設設備綜合接入是一項意義重大又極其復雜的工程。綜合接入設備及協議適配軟件的設計實現，為復雜電磁環境下裝備試驗、作戰訓練中的電磁環境構設提供了一種新的可行技術手段；為實現綜合運用各種不同環境構設設備形成有效、最大化的環境構設提供了技術支持。目前該系統已多次應用于演習訓練的電磁環境構設中，均取得了理想效果。后續將充分借鑒本系統研究的技術思路，將接入對象拓展到通信、雷達等用頻裝備，研究針對不同電子信息裝備的綜合接入技術，探索自動采集記錄裝備工作參數和工作狀態數據的技術途徑和實現方法，解決當前裝備效能及訓練效果評估缺乏基礎數據的難題。■

[1]劉麗明,黃文亮,孫璐璐.海戰場復雜電磁環境構建方法[J].艦船電子對抗,2010,33(4):15-17.

[2]劉尚合,孫國至.復雜電磁環境內涵及效應分析[J].裝備指揮技術學院學報,2008,19(1):1-5.

[3]郎星建,劉宏志.基于XML的信息工程監理異構數據集成研究[J].計算機技術與發展,2011,21(3):221-224.

[4]倪興旺.基于XML的異構數據交換研究與實現[J].石家莊學院學報,2014,16(3):35-38.

Integration technology for electromagnetic environment constructing equipment

Yue Xiuqing, Zhou Xiaoping, Sun Yongquan, Ren Yan, Que Weiyan

(North Electronic equipment Research Institute,Beijing 100191,China)

In the process of electromagnetic environment constructing，how to manage different equipment to construct environment realistically is the problem which needs to be resolved in equipment experiment and campaign training under complex electromagnetic environment.The integration technology of electromagnetic environment constructing equipment is studied， the solution of “integrated device and the software for multi-protocol conversion” is proposed，and the system design and realization is completed.It provides valid technique means of integrating different constructing equipment in order to create added power for environment building.

electromagnetic environment constructing;integration;multi-protocol conversion

2015-11-25；2016-03-14修回。

岳秀清(1981-)，女，工程師，博士，主要研究方向為電磁環境構建、評估與應用。

TN97

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