潛艇作戰系統試驗數據錄取系統的設計與實現*

丁學文 劉兆才 馮 達

(91388部隊92分隊 湛江 524022)

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潛艇作戰系統試驗數據錄取系統的設計與實現*

丁學文 劉兆才 馮 達

(91388部隊92分隊 湛江 524022)

論文從潛艇系統試驗數據錄取系統的研制出發，介紹了數據錄取系統的有關內容，結合當今科學技術的發展趨勢和靶場實際情況，對研制中的關鍵技術問題提出解決的思路。

作戰系統; 總線; 端口; 數據錄取

Class Number TB56

1 引言

潛艇作戰系統試驗數據錄取系統是潛艇作戰系統海上設計鑒定試驗的關鍵的測控保障設備。潛艇作戰系統及各分系統是通過網絡和串口進行數據信息交互，要滿足潛艇作戰系統試驗對作戰系統各主要設備間傳輸的數據信息、態勢顯示和表頁顯示等視頻信息以及重要作戰命令的音頻信息等錄取需求，數據錄取系統設計實現時將采用總線數據監聽、端口數據錄取、時統同步、音視頻信息錄取、傳感器數據采集和錄取信息綜合處理等技術。本文將對數據錄取系統的設計思想和實現手段進行分析和闡述。

2 需求分析

靶場承擔了兩型潛艇作戰系統的試驗任務，組織海上試驗獲取試驗數據，進行試驗數據處理、分析評定以考核作戰系統的主要戰技指標是否符合要求。試驗數據主要分為艇外測控和艇內數據錄取，數據錄取系統是獲取艇內試驗數據的唯一設備。典型的作戰系統試驗項目有：

?作戰系統試驗

?聲納系統試驗

?指控系統試驗

?戰術軟件試驗

上述試驗項目對數據錄取系統提出了具體明確的要求，需要實時錄取各武器通道上主要節點間傳輸的數據信息，錄取標準顯控臺視頻信息，數據存儲要打上統一的時標。傳輸的數據有周期和非周期性，各周期又不相同，各通道有多種數據報文協議，傳輸平臺有網絡和串口，串口有標準和非標等。靶場要研制一套潛艇作戰系統試驗數據錄取系統，必須采用各種成熟、可靠、先進的技術，以滿足各試驗項目對試驗數據的要求。

3 系統組成及功能

3.1 系統的組成

根據上述試驗項目的需求分析，數據錄取點存在于不同艙室和戰位，各試驗項目既可獨立也可組合實施，對錄取系統的組成提出了一定的要求。

數據錄取系統設計由動態數據錄取分系統、音視頻錄取分系統、綜合聲納舷角數據錄取分系統、雷彈發射參數測量分系統、錄取數據處理分系統、數據綜合處理分系統和數據庫管理分系統等組成。前四個分系統為上艇設備，負責試驗期間的數據錄取，既可獨立使用，也可同時使用。系統設計中采用模塊化、標準化、通用化設計，并有較大的技術冗余，以利于系統功能和性能的擴展，以便在艇內可實現各錄取設備間功能的互換，降低成本提高錄取系統工作的可靠性。整個系統組成如圖1所示。

圖1 系統組成

3.2 系統的功能

本文設計的錄取系統可以完成潛艇作戰系統專項試驗任務的數據錄取和處理等工作，以下為各部分功能簡介。

3.2.1 實時數據采集功能

潛艇作戰系統通過網絡總線把各設備連接起來，系統內的設備間信息流在網絡總線上傳輸的。實時數據采集既以監視工作方式實時監聽作戰系統主要設備在網絡總線上傳輸的數據通訊信息，以監聽方式實時采集RS-422(或RS-232)串行口的通訊數據，根據需要將模擬量、調頻信號轉成數字量后進行錄取。由測速傳感器和測速儀完成武器出管速度的測量采集任務。特點是數據采集的設備比較分散，數據報文協議繁多，都需時統信號的支持。

3.2.2 實時采集視頻、音頻信息功能

可把標準顯控臺的態勢顯示、表頁顯示、工作狀態及操作過程顯示的視頻信息轉換成標準的視頻信號，通過視頻采集卡將其轉換成數字信息，再經壓縮成V.264等格式后存入硬盤。特點是采集高分辨率的圖形顯示屏幕內容。也可根據需要，將試驗過程中指揮員的作戰命令等語言信息，轉換成數字信息經數據壓縮后存入硬盤。

3.2.3 信息采集監視功能

在信息采集過程中，可實時監視某一通道的數據信息以判定數據傳輸和采集的正確性，同時可通過監視器監視某一視頻信息錄取的正確性。

3.2.4 時統對時信息功能

可接收GPS授時信息，并將錄取系統機器時鐘與GPS時間同步，以便在試驗中，將錄取的各類信息打上時標，為事后數據處理提供時間統一的支持。

3.2.5 數據標注、解釋功能

在試驗中實時對某段或某時刻需要的信息打上標志符，以便快速檢閱。對錄取的數據可按選定的格式、要求，進行解釋、送顯或打印，供在線瀏覽查閱。

3.2.6 數據處理功能

對試驗錄取的數據按試驗的要求進行數據預處理和數據綜合處理，給出數據處理結果。按錄取數據信息的種類又可分為多媒體信息處理和數值數據處理。該功能的特點是數據處理方法多樣，處理信息種類繁多，數據量大等。

3.2.7 信息檔案管理功能

將試驗中所采集的信息進行整理、分類，存入多媒體數據庫中，以便查詢、處理和系統分析。

4 關鍵技術分析

4.1 網絡總線信息監聽技術

潛艇作戰系統設備間的連接采用了網絡總線結構，試驗所需的數據只能從總線的端口進行錄取。由于該端口為物理端口而非邏輯端口，因此如何從總線上錄取傳輸的信息成為一個技術難點，信息監聽技術是解決這一難題的關鍵技術。采用總線實時監聽技術，在不影響系統正常工作，不增加系統開銷和不增加網絡流量的情況下，實時監聽潛艇作戰系統X個節點設備之間在網絡總線上傳輸的通信信息，并根據總線傳輸協議，將幀信息拆包還原成數據報文，以達到數據采集的目的。

4.2 圖像轉換及錄取技術

潛艇作戰系統已采用統一規定的標準顯控臺，分辨率高達1280×1024，把如此高分辨率的圖形轉變成標準的視頻信息是技術難點之一；另外，把大量的視頻信息進行壓縮和貯存也是難題之一。采用視頻轉換技術，將聲納、雷達、指控顯控臺的一次視頻和高分辨率信號轉換成標準的電視信號(CCIR601)，通過視頻采集壓縮卡，直接把采集的視頻以HV.264的格式存到硬盤。

4.3 時鐘同步技術

數據錄取系統錄取的數據時標必須與被試系統進行時統同步，以便進行事后試驗數據的處理和分析。而本系統的數據錄取設備，由于要分散多處錄取被試系統，又需要統一的時間標志，故時間同步是一關鍵技術。采用網絡授時技術進行時鐘同步，網絡授時服務器接收GPS時鐘信號并進行校時，各錄取設備通過網絡交換機與授時服務器連接進行在線實時校時，錄取設備和被試系統各設備時間同步，以便于事后的數據處理和仿真回放。

5 系統的實現

系統的設備組成如圖2所示。

圖2 系統的設備組成

6 結語

潛艇作戰系統試驗數據錄取系統是一個完整的、面向試驗需求、具有靈活性、高可靠性和高穩定性的實時監聽錄取數據系統，兼有岸上數據處理與存儲管理功能。該系統已成功研制并應用于實際的試驗中，為試驗提供了完整有效的海上實航試驗數據，它提供的數值、模擬、多媒體等信息數據，為試驗數據處理與分析評定提供了有效的技術支撐。

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Design and Realization of Submarine Combat System Experiment Data Acquisition System

DING Xuewen LIU Zhaocai FENG Da

(Unit 92, No. 91388 Troops of PLA, Zhanjiang 524022)

This article proceeds from submarine experiment data acquisition system，elaborates the content about data acquisition system. Combined with the trend of new technologies and the fact of target range, a method is proposed to solve the key technologies in the system’s developing.

combat system, bus, data port, data acquisition

2016年5月10日,

2016年6月26日

丁學文，男，工程師，研究方向：作戰系統、數據采集。劉兆才，男，助理工程師，研究方向：反潛、火控、數據采集。馮達，男，助理工程師，研究方向：作戰系統、數據采集。

TB56

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.11.024