基于水面艦作戰(zhàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計*

劉兆才　丁學文

(91388部隊92分隊　湛江　524022)

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基于水面艦作戰(zhàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計*

劉兆才丁學文

(91388部隊92分隊湛江524022)

為滿足水面艦事后數(shù)據(jù)分析、態(tài)勢再現(xiàn)等需要，在現(xiàn)有的成熟的計算機技術基礎上，設計一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)涵蓋以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集、視頻采集、音頻采集，項目技術成熟度高、適用性強。

以太網(wǎng); 視頻; 音頻; 數(shù)據(jù)采集

Class NumberTB56

1　引言

隨著海軍新型艦船裝備的快速列裝，現(xiàn)役水面艦的系統(tǒng)測試與訓練任務頻繁。以往的簡單數(shù)據(jù)記錄設備效率低下，數(shù)據(jù)處理較為復雜，為滿足任務事后數(shù)據(jù)處理要求，需要建立一套完備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本文提出一種基于現(xiàn)役艦船作戰(zhàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)可采集導航信息、時統(tǒng)信息、聲納目標信息、雷達目標信息、武器發(fā)控信息等，具有艦船作戰(zhàn)系統(tǒng)全要素的數(shù)據(jù)采集能力，能夠為水面艦試驗和訓練提供數(shù)據(jù)保障。

2　系統(tǒng)組成

2.1系統(tǒng)工作原理

訓練評估與系統(tǒng)測試所需數(shù)據(jù)一般來自三個部分，分別是網(wǎng)絡通道信息、顯控臺視頻信息、聲納音頻信息。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)亦對應的分為三部分：網(wǎng)絡通道數(shù)據(jù)采集、顯控臺視頻信息采集、聲納音頻信息采集。網(wǎng)絡通道采集的信息較為全面，并存儲為帶格式的文本文件，可直接參與數(shù)據(jù)處理。視頻信息作為關鍵操作和特殊數(shù)據(jù)的記錄，經(jīng)過篩選參與數(shù)據(jù)處理。

圖1　系統(tǒng)總體布局與組成

2.2系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)主要硬件包括：數(shù)據(jù)采集計算機、VGA信號分配器、視頻信息采集卡、以太網(wǎng)專用電纜、視頻轉(zhuǎn)接線纜、網(wǎng)絡交換機、音頻專用線纜。其中數(shù)據(jù)采集計算機采用輕便、靈活的加固式筆記本，同時省去了UPS。

2.3系統(tǒng)軟件組成

系統(tǒng)主要軟件包括：網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集軟件、專用網(wǎng)絡授時軟件和音視頻采集軟件。網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集軟件具有網(wǎng)絡對時功能，音視頻采集計算機通過專用網(wǎng)絡授時軟件進行授時。

3　技術分析

為全面采集所需信息，采用網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集和音視頻數(shù)據(jù)采集相結合的模式。系統(tǒng)采用便攜可靠的硬件配置，減少中間過程，有效降低故障率。如顯控臺具有顯示輸出接口，可進一步精簡掉VGA分配器。軟件模塊采用成熟的技術在Visual Studio下開發(fā)，開發(fā)周期短，易調(diào)試。利用授時軟件，所有數(shù)據(jù)采集計算機均可通過網(wǎng)絡同艦艇時統(tǒng)進行時間同步。

3.1網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集

網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集部分采用網(wǎng)絡偵聽技術進行抓包分析，按照各功能模塊的通信協(xié)議進行解析，同時按照約定格式將解析數(shù)據(jù)進行存儲。

圖2　網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集流程圖

硬件部分利用網(wǎng)絡交換機連接艦艇中央網(wǎng)絡交換機監(jiān)控口，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集計算機通過交換機將網(wǎng)絡信息截獲。

數(shù)據(jù)采集軟件在Windows操作系統(tǒng)上，使用Visual Studio開發(fā)。利用winpcap“嗅探”物理線路上的數(shù)據(jù)包，對抓包數(shù)據(jù)進行分析。不同類別信息來源IP地址不同,根據(jù)數(shù)據(jù)來源IP地址對數(shù)據(jù)進行分類，同一源IP地址的數(shù)據(jù)存入相同的數(shù)據(jù)記錄表。數(shù)據(jù)解析利用協(xié)議規(guī)定的標志位和數(shù)據(jù)長度進行數(shù)據(jù)類型判別，按照協(xié)議將格式轉(zhuǎn)換為文本文件，方便數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)類型判別語句如下：

If (data.nFlag==0x00 && data.iLen_con-tents==0x12)// 0x12數(shù)據(jù)長度

nType=RET_TYPE01; // 導航信息1

else if(data.nFlag==0x01 && data.iLen_contents==0x36)// 0x36數(shù)據(jù)長度

nType=RET_TYPE02;// 導航信息 2

軟件界面具有實時顯示功能與信息回放功能，界面劃分為信息類別區(qū)、詳細信息區(qū)和原碼區(qū)，選中某信息類別可查看相關詳細信息，軟件界面如圖3所示。

圖3　網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集軟件界面

3.2音視頻數(shù)據(jù)采集

視頻數(shù)據(jù)采集功能采用市場上成熟的視頻采集卡配合專用開發(fā)包，通過二次開發(fā)完成。接線部分采用 VGA 視頻分配器對源視頻信號進行分配，一路返回顯控臺，另一路輸入視頻采集卡，同時分配器還具有信號放大功能，避免信號衰減失真。視頻采集軟件設置界面如圖4所示。

圖4　 視頻數(shù)據(jù)采集軟件設置界面

音頻部分主要用于采集聲納音頻信息，通過數(shù)據(jù)采集軟件與聲納臺視頻信息同步。部分視頻采集代碼如下：

SetTextTo hFrame, BUFF, rcRect, textFont, textmode, systime, 24；

//將時間信息疊加到當前幀

SaveImageFile hFrame, filename1, imageseq, BUFF, 0, 1；

//將當前幀存儲到指定的文件

3.3數(shù)據(jù)采集計算機授時

因采集的艦艇數(shù)據(jù)對時間非常敏感，整套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)計算機都要做到與艦艇時統(tǒng)時間同步。所以為所有數(shù)據(jù)采集計算機設計了一套對時軟件，通過與艦艇上網(wǎng)絡連接，自動接收時統(tǒng)信息，并自動更新數(shù)據(jù)采集計算機時間。該軟件同樣用到了網(wǎng)絡“嗅探”，然后針對性的提取出時間信息，并自動更新電腦系統(tǒng)時間。部分軟件代碼如下：

CTime t;

t = CTime::GetCurrentTime();

sprintf(data.sTime,"%4d-%02d-%02d %2d:%2d:%2d",t.GetYear(),t.GetMonth(),t.GetDay(),t.GetHour(),t.GetMinute(),t.GetSecond());//顯示實時時間

Set_SysTime();//修改系統(tǒng)時間

4　結語

系統(tǒng)設計采用了成熟的網(wǎng)絡偵聽技術、視頻采集技術，配合網(wǎng)絡授時功能，極大地提高了數(shù)據(jù)采集效率，并使數(shù)據(jù)采集設備更為精簡。該系統(tǒng)建設周期短，適用性、維護性較好，能夠為部隊開展艦艇試驗鑒定、訓練效果評估、事后問題分析等提供全面的數(shù)據(jù)支撐。

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Design of Data Acquisition System Based on Warship Combat System

LIU ZhaocaiDING Xuewen

(Unit 92, No. 91388 Troops of PLA, Zhanjiang524022)

To meet the needs of warship data analysis and situation recurrence, a set of warship data acquisition system is designed based on the developed computer technology. The system functions include ethernet sniff, VGA video capturing, audio recording. Therefore the system is highly developed and quite applicable.

ethernet, video, audio, data acquisition

2016年4月17日,

2016年5月20日

劉兆才，男，助理工程師，研究方向：作戰(zhàn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集。丁學文，男，工程師，研究方向：作戰(zhàn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集。

TB56

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.10.026