国产化计算平台在指挥控制系统中的应用研究

程健 吴蔚

（中国电子科技集团公司第28研究所）

1 引言

进入二十一世纪以来，高新技术的迅猛发展和广泛应用，快速推动了武器装备的更新和作战方式的演变。信息化战争终将成为未来战争的基本形态。随着我国综合实力的日益提高以及我军信息化建设的稳步推进，国产化计算平台呼声高涨，“核高基”国家重点专项应运而生，这是符合国家安全和利益的战略选择，是事关国家军队、政府和科研等领域信息安全的重大举措。这不仅有助于消除我国电子政务、国防等方面的安全隐患，更有利于改变我国一直以来在信息安全领域的被动局面，其重大意义不言而喻。而作为军事指挥控制系统总体研制单位，在相应领域推广应用国产化计算平台也是大势所趋。

2 国产化计算平台概述

国产化计算平台是涵盖了硬件、操作系统以及其它基础软件的一个集合。其中硬件以国产通用CPU芯片“龙芯”为代表，而基础软件则以国产“麒麟”操作系统为代表。“龙芯+麒麟”已成为国产化计算平台在军事信息系统领域的典型应用模式。

2.1 龙芯处理器介绍

众所周知，CPU是决定计算机硬件性能的核心部件，也是整个系统的核心。目前市场上，最为人们熟知的两大品牌无疑是Intel和AMD，他们的强势地位目前几乎无人能撼动。不得不承认，在CPU研制技术上，我们跟国外厂商有着相当大的差距，缺乏具有自主知识产权的 CPU芯片，是我国计算机产业的一大“芯”病。所幸，2002年9月28日，由中国科学院计算技术所研制的国产通用CPU龙芯1号正式发布。此后，龙芯2号，龙芯3号相继研制成功。龙芯1号处理器主要面向低功耗的嵌入式应用，是兼顾通用及嵌入式CPU特点的32位处理器内核，采用类MIPS III指令集，具有32位整数单元和64位浮点单元。龙芯2号处理器采用四发射超标量超流水结构，片内一级指令和数据高速缓存各64kB，片外二级高速缓存最多可达8MB[1]。最高频率1GHz，功耗为5瓦～7瓦，远低于国外同类芯片。经SPEC CPU2000程序实测显示，龙芯2号CPU的性能已达到Intel Pentium4系列中低端处理器的水平，适合桌面以及瘦客户端应用。龙芯 3号系列处理器主要面向高性能计算、低能耗数据中心以及高端嵌入式等应用，是一款多核处理器，采用65nm工艺，时钟主频为 900MHz～1GHz，晶体管数目达4.25 亿个，其设计具有分布式、架构可扩展的特点。中科龙芯表示，今后上述三个系列将并行发展，以满足各种不同应用场合的需求。

2.2 麒麟操作系统介绍

操作系统(Operating System，简称OS)是控制其它程序运行、管理系统资源并为用户提供操作界面的系统软件的集合，同时也是计算机系统的内核与基石。长期以来，操作系统市场几乎由微软等公司垄断。麒麟操作系统是由解放军国防科技大学研制的一套具有自主知识产权的操作系统。作为863计划重大攻关科研项目，目标就是要打破国外操作系统的垄断。麒麟操作系统是首家通过公安部计算机信息系统安全产品质量监督检查中心第四级结构化保护级检测和中国人民解放军信息安全测评中心军用B+级安全认证、是目前国内安全等级最高的操作系统。麒麟操作系统在结构上主要分为三层，底层为可自由替换加载的基础层，用以保证系统安全性和实时性，中间是FreeBSD的内核，上层是Linux兼容库，以实现与Linux平台应用的二进制兼容。

3 多雷达点迹航迹混合处理设备研究实现

3.1 研究背景

现代化战争中，为了应对日益复杂的战场环境，快速掌握战场统一态势，并及时发现各种特殊目标（如高速高机动、低速、慢速、隐身目标等），雷达情报处理系统除了处理雷达航迹数据以外，还需要处理含有固定回波、杂波干扰、虚警等的点迹数据，并根据实际情况采用适当的算法进行融合处理[2]。这就要求情报处理系统具备单独处理点迹数据、航迹数据，混合处理点迹航迹的能力，并不断提升系统对空情容量大、目标密集的海量情报数据的处理能力[3]。现有的雷达情报处理系统大多只能处理航迹信息，为了快速实现工程项目的量测级信息处理能力，以及实现对现有工程项目从航迹处理能力到混合处理能力的改装，本文基于国产化计算平台提出了一种具备多雷达点迹航迹混合处理能力的小型化设备的实现技术，介绍了设备处理系统中多雷达点迹航迹混合式数据融合处理模型，并给出了设备实际运行效果。

3.2 硬件系统设计

硬件系统设计首先要满足雷达情报处理的实时性要求，同时要兼顾小型化、高可靠、低功耗的要求；其次，还要满足设备在冲击振动及电磁干扰等各种恶劣战场环境下的适应能力。综合以上两个要素，基于ETX模块组建的高可靠嵌入式计算平台无疑是小型化设备的首选。ETX（Embedded Technology eXtended嵌入式应用技术扩展）是嵌入式控制领域近年来得到广泛应用的标准之一。ETX模块本身具有高集成度，低功耗及高可靠性等显著优势。其它外围接口和特殊功能扩展则可设计在任意形状或尺寸的载板上，ETX模块通过4个100引脚的高密度连接器和载板连接。这样的设计使得其在很小的尺寸上实现了灵活多样的可扩展性，系统升级也轻而易举，并且最大限度地减少线缆连接，增强了嵌入式系统的可靠性。

中科龙芯也推出了面向高端嵌入式应用的 ETX模块，模块采用低功耗的龙芯 2F处理器，工作主频800MHz，片内集成DDR2控制器，板载512MB内存。模块在95mm×114mm标准尺寸上集成了显示控制器及丰富的I/O端口，包括1个网络接口，2个IDE接口，2个USB接口等。当处理器全速工作时，模块整板功耗不到10瓦，采用固定散热片被动散热设计即可完成散热功能，使其在恶劣条件下的适应能力大幅提升。根据应用场景，我们在自行设计的载板上扩充了3个网络控制器，以实现多网络接入的能力。通过IDE总线扩充了固态硬盘接口及电子盘接口，分别用于存储应用程序数据和麒麟操作系统。

3.3 设备的操作系统运行环境

国产化计算平台在操作系统的选用上，目前除了麒麟还没有太多选择。因此这个环节的主要工作在于如何针对硬件平台做好系统优化并最大程度发挥出系统的性能，并从实时性、可靠性以及安全性等各个方面为系统应用提供支撑。借鉴多年来在战术级指挥控制系统中深入研究和应用Linux操作系统的经验，结合硬件平台特征对麒麟操作系统目前运行的内核进行裁剪，去除大量不必要的硬件驱动模块和系统服务模块；在文件系统层面，通过定制系统运行等级及其系统服务等方法提高系统运行效率。专用的精简型内核具备以下特性：① 高效的任务管理，支持抢占式任务调度；② 灵活多样的任务间通讯手段；③ 支持完整的TCP/IP网络协议。

4 软件系统设计

4.1 多雷达点迹航迹混合融合处理模型

多雷达点迹航迹混合处理设备中，多雷达点迹航迹混合式数据融合处理模型如图1所示。

图1 多雷达点迹航迹混合式数据融合处理模型

根据提出的模型，经过处理的量测级数据，在关联处理模块中，与航迹数据进行数据关联。当系统判决出点迹数据比航迹数据对于目标跟踪有更大的优势时，系统将自动切换成为利用点迹数据进行目标跟踪。与航迹融合相比，多雷达点迹航迹混合融合处理有如下优点：

(1) 结合了分布式航迹数据融合方法和集中式点迹数据融合方法的优点，具有明显优势；

(2) 提高了对隐身目标、小目标、低空目标和高速机动目标的起始能力；

(3) 提高系统对目标跟踪的连续性和精确度。

4.2 多雷达点迹航迹混合融合设备的运行效果

4.2.1 平均目标起始时间

试验数据为3部雷达的点迹航迹混合数据。多雷达点迹航迹混合融合处理的结果为：目标的平均起始时间为24s，目标最小起始时间为9s，目标最大起始时间为34s，起始目标批数为263批。

图2 平均目标起始时间

4.2.2 平均目标更新时间

试验数据为 3部雷达的点迹航迹混合数据。多雷达点迹航迹混合融合处理的结果为：目标的平均更新时间 ＜6s；目标最小更新时间为3s；目标最大更新时间为19s；起始目标批数为263批。

图3 平均目标更新时间

5 结束语

本文研发的点迹航迹混合处理设备对多雷达点迹航迹数据进行处理取得了良好效果，提出的基于国产化计算平台的实现技术能够快速应用到工程项目中并提供所需的量测级信息处理能力。同时，该设备具有良好的可升级性，只需要升级更换新一代龙芯处理器模块，便可在处理性能上得到进一步的提升。多雷达数据融合的主要功能和实际效果与传统多雷达数据融合设备相仿，但在信息的安全可控方面具有不可比拟的优势，应用前景广阔。在轰轰烈烈的国产化大潮中，必须理性面对现实中存在的不足和差距，合理运用、科学研发相应的信息设备，而不能好高骛远、脱离实际。

[1]龙芯2F数据手册,http://www.loongson.cn,2010.

[2]何友,修建娟,张晶炜,关欣.雷达数据处理及应用[M].北京:电子工业出版社,2006.

[3]韩崇昭,朱洪艳,段战胜等.多源信息融合[M].北京:清华大学出版社,2006.