靶場試驗雷達組網信息系統設計

劉 丹，付 泳，袁勝智

（1.92941部隊，遼寧葫蘆島125001；2.火箭軍裝備部北京局，北京100182；3.海軍航空工程學院七系，山東煙臺264001）

靶場試驗雷達組網信息系統設計

劉 丹1，付 泳2，袁勝智3

（1.92941部隊，遼寧葫蘆島125001；2.火箭軍裝備部北京局，北京100182；3.海軍航空工程學院七系，山東煙臺264001）

針對靶場試驗跨區域雷達聯合參試的特點，結合靶場試驗信息實時處理顯示需求，分析和比較了高層體系結構（HLA）和試驗訓練使能體系結構（TENA）的原理和技術優勢，設計了適用于靶場試驗的雷達組網信息系統總體框架，闡述了該系統的組成和功能，為提高靶場綜合試驗能力做出了探索。

指揮顯示系統；HLA；TENA；發布/訂閱；組件技術

靶場試驗中，指揮顯示系統實時接收并處理來自不同測站的雷達情報信息，以此作為試驗指揮員指揮決策的重要依據。當前，跨區域多雷達聯合參試已經成為靶場試驗的主要模式。由于各區域雷達數據格式和傳輸方式等方面存在差異，原有雷達組網系統已不能滿足跨區域雷達情報信息實時交互需求，無法實現多雷達情報信息融合處理，已不適應靶場試驗新形勢的發展。為實現跨區域雷達之間的信息交互與共享，提高多雷達綜合測試能力，在借鑒了高層體系結構（High Level Architecture，HLA）和試驗訓練使能體系結構（TENA）研究成果的基礎上，構建了靶場試驗雷達組網信息系統。該系統將分布于不同位置的參試裝備通過相應的信息傳輸和交互機制整合到一個平臺上，實現了參試雷達之間的信息互聯互通，有效提高了靶場試驗雷達情報信息的綜合處理能力[1]。

1 高層體系結構HLA

HLA是美軍制定的一個通用建模與仿真的高層體系架構，經改進后，HLA的規則、接口規范、對象模型模板的內容已被美國IEEE標準化委員會正式定為HLA標準。HLA的基本思想是采用開放的、面向對象的方法設計、開發和實現仿真系統的對象模型，以達到提高分布式仿真的互操作和可重用性的目的[2]。

HLA是利用其核心運行支撐系統（Run-Time Infrastructure，RTI）實現用于仿真互聯的各種服務，同時提供底層通信支持，并將應用層與底層的支撐環境分離，即仿真功能實現、仿真運行管理和底層通信傳輸三者分離，從而使各部分專注于各自領域，充分發揮自身技術優勢，進行相對獨立的開發[3-5]。HLA系統結構如圖1所示。其中，各聯邦成員（滿足規范要求的仿真軟件或管理實體）和RTI構成了一個分布式仿真系統[6]。

圖1 HLA系統結構圖Fig.1 System architecture of HLA

2 試驗與訓練使能體系結構TENA

TENA（Test and Training Enabling Architecture）是美國國防部構建集試驗、訓練及仿真功能于一體的，可實現多種資源的互操作、可重用以及可組合的公共體系結構[7-9]。TENA借鑒了包括HLA在內的現有多種體系結構的研究成果和成功經驗，并在此基礎上構建了“邏輯靶場”概念。TENA邏輯靶場結構如圖2所示。

圖2 TENA邏輯靶場結構圖Fig.2 Logical range architecture of TENA

3 HLA與TENA比較

HLA與TENA均以提高系統的可重用性、互操作性和可組合性為根本目的，二者既有相似之處，也有很多差別。HLA的優勢在于應用范圍廣，適用于包括試驗和訓練在內的所有仿真領域，而且可提供豐富的時間管理服務。HLA的“聯邦成員”理論對于靶場試驗多雷達聯合參試的具體情況具有非常重要的指導作用和應用價值。TENA的優勢在于專門針對試驗與訓練領域而設計[10]，適用于各類靶場，其成果已在美軍多個靶場中得到應用[11]，其通信機制更為先進，而且在時間管理方面可提供實時服務，能有效滿足靶場試驗實時性強的特點。“邏輯靶場”概念對于我軍靶場試驗同樣具有借鑒意義。HLA與TENA 2種體系結構在應用范圍、通信機制等方面的分析比較如表1所示[12]。

表1 HLA與TENA比較Tab.1 Comparison of HLAand TENA

4 靶場試驗雷達組網信息系統的設計

4.1 系統層次結構總體設計

本系統在層次結構上借鑒HLA體系結構，由HLA中的聯邦成員思想演化而來[13]。系統由系統支撐平臺和信息傳輸平臺構成。系統支撐平臺的作用是支撐構成系統各部分的正常運行。首先將靶場試驗中參試的各個區域進行劃分。各區域內含多個警戒雷達和測量雷達的軟硬件設備以及承擔其他功能的試驗終端，這里統稱參試成員，而每個參試成員均通過多個功能組件來完成對各個雷達信息源數據的采集、處理、顯示、分發、存儲以及回放功能。信息傳輸平臺的作用是為系統的數據傳輸與交互提供可靠的通信保障，本系統分層次設計了通信傳輸方式，以保證各個區域及區域中各參試成員工作的獨立與統一。系統層次結構如圖3所示。

圖3 雷達組網信息系統層次結構Fig.3 Hierarchical architecture of radar networking information system

4.2 信息交互機制

4.2.1 多層次通信結構

系統采用三層通信結構，自下而上依次為本地通信代理、區域通信代理和信息傳輸平臺。本地通信代理在系統中為底層的參試成員提供基礎的通信接口。各個參試成員之間的信息交互由本地通信代理向區域通信代理提出申請，得到批準后經由調度統一完成，實現各個成員獲得信息實時同步。信息傳輸平臺負責整個系統中各參試成員的信息交互。同時，各參試成員的狀態可以更改（比如參試或不參試）而且不影響整個系統的正常運行。簡單來講，系統從節點、區域直至全局均有該層次的通信服務保障。在這種類似于分布式系統的模式下，各個成員在系統中都是相對獨立的，單個節點的故障不會對系統功能產生影響。

4.2.2 發布/訂閱機制

根據試驗性質和試驗規模的不同，參試成員在靶場試驗中會有部分參試、區域性參試以及跨區聯合參試多種試驗模式。試驗中，系統支持某個參試成員加入或退出試驗系統。系統中各個節點的雷達信息交互和共享是保障試驗順利進行的重要前提，因而系統采用了目前廣泛應用的信息交互模式——發布/訂閱機制，用于多對多信息的交互。HLA采用了發布/訂閱機制，而TENA則將分布式對象機制與發布/訂閱機制巧妙結合并進一步優化。發布/訂閱機制已經成為分布式仿真系統信息交互的主流模式。發布/訂閱模型由發布者、訂閱者和信息分發中間件組成。發布者產生信息，訂閱者訂閱所需要的信息，前兩者通過信息分發中間件實現信息的實時交互[14]。發布/訂閱機制具有異步通信和松耦合的優勢[15]，對于靶場試驗中雷達信息數據量大、信息源多的特點尤為適用。根據訂閱者需求的不同，發布/訂閱機制分為基于主題、基于內容和基于類型3類[16]。依據靶場試驗對雷達情報信息實時性的要求，選用基于主題的發布/訂閱機制，把試驗中參試人員關注的信息屬性作為主題，可以讓首長和指揮員及時得到雷達情報信息，為試驗的指揮決策提供依據。系統中，各參試成員作為發布者，通過組件實現信息發布，同時也可作為訂閱者，通過組件實現信息訂閱，信息分發中間件則由本地通信代理、區域通信代理和信息傳輸平臺構成，分別用于完成雷達級節點各功能組件之間、區域內參試成員之間以及整個系統各個參試成員之間發布/訂閱屬性列表的實現。基于組件的發布/訂閱模型如圖4所示。

圖4 基于組件的發布/訂閱模型Fig.4 Publish/subscribe model based on components

4.3 組件技術應用

組件是利用編程手段將特定功能進行封裝的軟件單元[17]。組件技術有以下優點[18]：①組件在系統中相對獨立，可在大型系統中并行獨立開發，能有效提高整體開發效率；②組件應用非常靈活，具有可復用、可替換、可組合、可移植的特點，有利于系統的維護和二次開發；③組件之間通過接口進行調用和訪問，易于實現系統的功能擴展。

本系統中，組件運行在系統支撐平臺上，實現系統所需要的各種具體功能。系統包括警戒雷達設備組件、測量雷達設備組件、信息融合組件、態勢顯示組件、數據存儲組件以及本地通信代理組件。警戒雷達設備組件和測量雷達設備組件通過網絡方式接收來自雷達的數據，并對數據報文進行解析，然后通過發布屬性為其他組件提供雷達位置和雷達跟蹤的目標信息。以警戒雷達組件X為例進行說明。警戒雷達組件X具有4個發布屬性，分別為雷達情報屬性、雷達位置信息屬性、雷達狀態屬性和雷達報文屬性。雷達情報屬性以信息幀形式發布雷達探測到的目標信息；雷達位置信息屬性發布雷達自身位置信息（包括雷達編號、經度、緯度、高度等信息）；雷達狀態信息屬性發布雷達工作狀態信息（包括雷達通信鏈路是否暢通、雷達數據是否有效等信息）；雷達數據報文屬性發布雷達探測到的目標信息。報文格式轉換組件完成報文數據格式轉換功能，轉換為開放式的信息格式。信息融合組件對雷達態勢進行融合處理。態勢顯示組件的作用是將雷達態勢信息以二維地圖的方式顯示處理，并可根據試驗需求設定顯示條件，對雷達情報信息進行過濾篩選，以直觀的形式將可用信息提供給參試人員。數據存儲組件用于實現存儲、回放和查詢雷達信息的功能。本地通信代理組件的作用是實現參試成員內部各組件間以及雷達級節點與上級節點之間的信息交互。參試成員組件及功能如圖5所示。

圖5 參試成員組件及功能示意圖Fig.5 Components and functions of member participating in the test

4.4 雷達組網信息系統在靶場中的應用

雷達組網信息系統是靶場試驗系統的重要組成部分，因此對體系結構的構建借鑒了涵蓋“邏輯靶場”概念的TENA體系結構，雷達組網信息系統體系結構如圖6所示。

圖6 雷達組網信息系統體系結構Fig.6 Architecture of radar networking information system

靶場公共基礎資源是整個體系結構的中樞，由系統工具箱、信息傳輸平臺和數據庫組成。系統工具箱分別包含實現不同功能的組件。數據庫可提供給靶場試驗實時數據處理系統和事后數據處理系統使用，并可對數據進行回放。來自外場的警戒雷達和測量雷達信息經數據采集和處理后通過信息傳輸平臺將雷情信息傳遞給試驗指揮顯示系統，以二、三維地圖和數據圖表的方式呈現給各級指揮所及外場參試站點。為滿足集試驗、訓練和演練于一體的“三場合一”需求，系統不僅為現有實體裝備和虛擬裝備提供支持，而且具備新研裝備的測試仿真功能。工具箱擴展與維護實用程序是針對系統工具箱管理專門設計的應用。試驗進程規劃實用程序用來模擬演示試驗的具體進程，按照試驗指揮組織協同程序，以二、三維地圖和視頻動畫的方式表現。系統網關允許靶場應用與非靶場應用進行信息交互。圖7以二維局部地圖效果實時展示了多區域雷達情報信息融合處理后海上參試艦船和地方漁船分布情況。

圖7 二維局部地圖Fig.7 Two-dimensional local map

5 結束語

目前，靶場試驗雷達組網信息系統已經在靶場試驗中得到應用，實現了靶場跨區域雷達聯合參試的情報信息交互與共享，完成對多雷達信息源數據的采集、處理、解析、融合、傳輸、顯示和存儲，提高了試驗輔助決策能力和組織指揮效能，經靶場試驗和演練檢驗，系統性能穩定，功能靈活，滿足試驗需求，為靶場試驗實時數據處理提供了新途徑。

[1]李程，王偉，施龍飛，等.基于多源信息融合的有源雷達組網方式序貫識別方法[J].電子與信息學報，2014，36（10）：2456-2463. LI CHENG，WANG WEI，SHI LONGFEI，et al.Sequential method for netting type recognition of active radars based on multi-source information fusion[J].Journal of Electronics&Information Technology，2014，36（10）：2456-2463.（in Chinese）

[2]張光宇.分布虛擬試驗系統運行支撐體系結構研究[D].西安：西北工業大學，2007. ZHANG GUANGYU.Research on run-time infrastructure architecture of distributed virtual test system[D].Xi’an：Northwestern Polytechnical University，2007.（in Chinese）

[3]楊輝.虛擬試驗系統運行支撐平臺開發[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2009. YANG HUI.Development of run-time infrastructure platform for virtual test system[D].Harbin：Harbin Instituteof Technology，2009.（in Chinese）

[4]關萍萍，翟正軍.虛擬靶場運行支撐體系結構研究[J].計算機測量與控制，2009，17（12）：2475-2478. GUAN PINGPING，ZHAI ZHENGJUN.Research on the architecture ofruntime infrastructure middleware[J]. Computer Measurement&Control，2009，17（12）：2475-2478.（in Chinese）

[5]李微.HIT-TENA通用協議轉換軟件開發[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2014. LI WEI.Development of protocol conversion software for HIT-TENA[D].Harbin：Harbin Institute of Technology，2014.（in Chinese）

[6]陳大雷，畢義明，范陽濤，等.基于HLA的導彈分隊作戰仿真系統設計[J].艦船電子工程，2015，35（8）：83-86. CHEN DALEI，BI YIMING，FAN YANGTAO，et al.Missile element operation simulation system design based on HLA[J].Ship Electronic Engineering，2015，35（8）：83-86.（in Chinese）

[7]車夢虎，莊錦程，蔡強.基于TENA的虛實結合的靶場公共體系結構設計[J].計算機測量與控制，2012，20（7）：1895-1897. CHE MENGHU，ZHUANG JINCHENG，CAI QIANG. Common architectures design of integration of virtual and actual range based on TENA[J].Computer Measurement&Control，2012，20（7）：1895-1897.（in Chinese）

[8]黃靚.HLA-TENA仿真訓練系統的研究[D].西安：西安電子科技大學，2003. HUANG LIANG.Research on HLA-TENA simulation training system[D].Xi’an：Xidian University，2003.（in Chinese）

[9]程景平.基于TENA的靶場虛擬實驗驗證系統中間件研究[D].西安：西安電子科技大學，2014. CHENG JINGPING.Study of virtual test and evaluation enabling architecture middleware based on TENA[D].Xi’an：Xidian University，2014.（in Chinese）

[10]許雪梅.試驗與訓練使能體系結構（TENA）及在我國靶場的應用設想[J].遙測遙控，2014，35（3）：62-68. XU XUEMEI.TENA and its application design for navy range[J].Journal of Telemetry，Tracking and Command，2014，35（3）：62-68.（in Chinese）

[11]張麗曄，廖建，蔡斐華，等.試驗與訓練使能體系結構（TENA）的研究與應用[J].計算機測量與控制，2015，23（10）：3461-3464. ZHANG LIYE，LIAO JIAN，CAI FEIHUA，et al.Development and application of test and training enabling architecture（TENA）[J].Computer Measurement&Control，2015，23（10）：3461-3464.（in Chinese）

[12]代坤，趙雯，張灝龍，等.基于TENA的虛擬試驗實現技術研究[J].系統仿真學報，2011，23（5）：857-863. DAI KUN，ZHAO WEN，ZHANG HAOLONG，et al.TENA based implementation technology for virtual test[J]. Journal of System Simulation，2011，23（5）：857-863.（in Chinese）

[13]谷雨，左燕，彭冬亮.基于HLA的多雷達組網信息融合仿真系統[J].火力與指控控制，2015，40（6）：136-139. GU YU，ZUO YAN，PENG DONGLIANG.Multi-radar netting information fusion simulation system based on HLA[J].Fire Control&Command Control，2015，40（6）：136-139.（in Chinese）

[14]趙暉.分布式發布訂閱系統建模仿真與性能分析[D].北京：北京郵電大學，2015. ZHAO HUI.Simulation and performance analysis of distributed publish subscribe system[D].Beijing：Beijing University of Posts and Telecommunication，2015.（in Chinese）

[15]董冰.一個基于內容的發布/訂閱系統的研究與實現[D].長春：吉林大學，2015. DONG BING.Research and implementation on the content-based publish/subscribe system[D].Changchun：Jinlin University，2015.（in Chinese）

[16]王辰.發布訂閱系統安全關鍵技術研究[D].北京：北京郵電大學，2014. WANG CHEN.Research on the key technology for security of publish/subscribe systems[D].Beijing：Beijing University of Posts and Telecommunication，2014.（in Chinese）

[17]張潔，張安民，王明波.基于組件技術的通用試驗軟件平臺設計[J].艦船電子工程，2011，31（7）：118-122. ZHANG JIE，ZHANG ANMIN，WANG MINGBO.Design of general test software platform based on component technology[J].Ship Electronic Engineering，2011，31（7）：118-122.（in Chinese）

[18]謬鵬志.雷達仿真標準化組件設計與使用[D].西安：西安電子科技大學，2013. MIU PENGZHI.Design and application of standard radar simulation components[D].Xi’an：Xidian University，2013.（in Chinese）

Design of Radar Networking Information System of the Range Test

LIU Dan1，FU Yong2，YUAN Shengzhi3
（1.The 92941stUnit of PLA,Huludao Liaoning 125001,China; 2.Beijing Bureau of Military Equipment Department,Beijing 100192,China; 3.No.7 Department,NAAU,Yantai Shandong 264001,China）

Aimed to characteristic of cross-regional radar joint test of the range test，combined with the range test informa?tion processing and display requirements，the principles and the technological advantages of high level architecture（HLA）and test and training enabling architecture（TENA）were analyzed and compared．The framework of radar networking in?formation system applied to the range test was designed.The system composition and function are expounded.The design of the system had been explored for improving the comprehensive test ability.

command and display system;HLA;TENA;publish/subscribe;component technology

TP391.9

A

1673-1522（2016）06-0629-06

10.7682/j.issn.1673-1522.2016.06.006

2016-08-24；

2016-10-16

劉 丹（1978-），女，工程師，碩士。