软件能力集成对舰载电子装备的作用和意义

陈 锋，汪 晋，吕呈悦

(1. 海军装备部驻上海地区军事代表室， 上海 200000； 2. 南京电子技术研究所， 南京 210039)



·总体工程·

软件能力集成对舰载电子装备的作用和意义

陈 锋1，汪 晋2，吕呈悦2

(1. 海军装备部驻上海地区军事代表室， 上海 200000； 2. 南京电子技术研究所， 南京 210039)

由于未来大型电子装备的规模越来越大，系统化程度越来越高，传统的定制开发模式在装备研发的可持续性、开放性、移植性和可扩展性上都存在局限。文中提出了以通用硬件平台、统一软件架构为基础，通过软件无线电实现电子装备的功能软件化，有效解决了大型电子装备的系统能力集成问题，并从电子技术支撑、技术状态管理、工程研发组织和全寿命使用维护方面进行可行性分析，可应用到大型电子装备的研发过程中。

软件能力集成；开放式架构；软件无线电

0 引 言

舰艇作为高度集成化的作战单元，既可以单独执行作战任务，也可以与其他作战单元协作构成作战编队。未来战争是信息化战争，舰载电子装备的性能直接决定了舰艇的作战性能，进而决定了整个作战编队的作战性能。

近年来舰载电子装备迅速发展，其系统化程度越来越高，功能覆盖面越来越广，协作研发的单位越来越多，以往电子装备研发采用类似定制模式在可持续性、开放性、技术可移植性、功能扩展性等方面存在局限，已无法适应以信息为中心的新一代大型电子装备的研制。研究顺应新形势下的系统能力集成解决方案对提升电子装备的总体作战性能、可持续扩展性能以及技术移植性能起着至关重要的作用[1]。

1 软件能力集成的技术途径

新一代的舰载电子装备规模由功能单一的中小型

电子设备向功能全面的大型/超大型电子系统转变[2]，装备的研制模式从以往单个单位独自研制、独自集成向多个单位协作并行研制、统一集成进行转变。电子系统的能力集成解决方案除了应满足其总体功能性能在装备研制的全周期内可以进行开放式的演进和迭代之外，还应满足在装备交付后的全寿命周期内可以进行持续性的维护和扩展。软件能力集成在开放式体系架构的基础上[3]，通过软件无线电进行相应作战能力单元的加载和互联，为电子装备作战能力单元的重构和扩展提供了可能。

1) 软件能力集成的指导思想：以开放、通用的硬件架构为基础，以软件无线电技术为依托，以数据开放共享为手段，以模型设计和优化为核心，以功能软件化为成果，以全寿命柔性灵活的技术移植为愿景，以持续保持和提升全寿命周期内装备性能和作战能力为目的，站在系统的视野，打破行业界限，积极稳步，统筹规划，共同协作。

2) 软件能力集成的技术途径：采用统一的、开放式的体系架构，通过软件无线电进行作战能力的动态加载和开放式互联。

3) 软件能力集成的实施方式：共同设计，分头开发，统一集成。

2 基于软件的能力集成对舰载电子装备的作用和意义

电子装备的功能越来越复杂，涉及系统平台、雷达、通信、电子战等多个技术层面，基于软件的能力集成在可持续性、开放性、技术移植性和功能扩展性方面具有与生俱来的优势。

2.1 可持续性

电子装备的可靠性越来越高，全寿命周期越来越长，系统的功能在装备服役期间不断进行演进，在硬件平台不进行大规模改造的前提下，通过软件的升级和扩展来满足系统新增的能力需求，保证了可靠性，降低了研制成本，缩短了研制周期。

基于软件的能力集成将系统能力分解为软件能力，在开放式体系架构的基础上，根据新的系统需求对软件能力进行扩展，可实现软件的迭代，进而满足装备在不同阶段的可持续性的能力要求。

2.2 开放性

大型电子装备功能极其复杂，涉及大批量的数据存储、数据运算和数据传输，以往的面向用途的体系架构约束了各任务之间的信息共享，限制了未来云存储、云计算等云技术的应用。软件能力集成采用开放式的体系架构，各功能之间通过软件无线电进行互联，通过面向任务的数据发布/订阅机制，将硬件和物理资源虚拟化，资源统一调度，信息充分共享，将大量分散的硬件资源整合成一个协调统一的系统，使各作战任务之间的信息高度开放，提高了信息、资源的利用率。

2.3 技术可移植性

基于软件的能力集成将系统能力实现从功能单一的硬件设备中剥离出来，改变了以往的软件与硬件捆绑的模式。系统中的资源具有灵活的可配置性，可根据需求的变化，可对任务进行动态的加载，对计算资源进行动态的分配和管理，实现高度“弹性”的缩放和优化使用。

各任务之间能够实时的侦测开放式架构中各节点的运行状态，收集重要节点和集群的流量负荷和运算负荷，按照特定的优选策略分配负荷低的其他节点进行任务迁移，实现负载均衡。

2.4 功能扩展性

基于软件的能力集成以模块化、通用化、标准化的硬件支持平台为基础，实现了功能软件化，为系统的升级和拓展提供了便利，在当前系统资源满足的情况下，通过动态加载软件就能够适应不同的作战任务。面临的新的作战场景和任务需求时，在现有能力集成基础上进行新增软件能力的扩展即可满足新作战任务的需要。在不影响原有软件的可靠性的大前提下，系统的总体功能得到扩展，总体性能得到提升。

3 典型途径描述

大型电子装备的研制过程中，通过软件能力集成实现系统能力是一种全新的研发模式。基于软件的能力集成主要分为分解和集成两个阶段。如图1所示。

图1 系统能力“分解-集成”

1)自顶向下的分解阶段：通过对系统能力的分解，形成对应的软件能力，进一步按照功能分成几大功能集成，再分解为子功能，明确到每个子功能模块中。各研制单位按照子功能模块的接口和流程进行开发。

2)自下向上的集成阶段：各子功能按照遵循标准化的接口和流程进行集成互联，逐级向上，形成全系统的软件能力，进而构成系统能力。

软件能力集成的实现建立在开放式的体系架构之上，通过硬件和软件的层次模型来实现，如图2所示。其硬件层使用通用化的统一硬件平台，平台之间用异构/同构的网络进行互联；其软件层按照普遍性和特殊性的需求进行层次分解，形成以核心层、中间层和应用层构建起的软件层次模型。

图2 开放式架构模型

4 工程可行性

以下通过电子技术支撑、技术状态管理、工程研发组织和全寿命部队使用维护四个方面对基于软件的能力集成在舰载电子装备中的可行性进行分析。

4.1 电子技术支撑方面

随着系统软件设计、处理器、高速数据总线等技术的进步，以通用的硬件平台为基础，采用开放式的体系架构，通过软件无线电进行动态互联来实现系统集成优化成为可能。

软件无线电具有高度的灵活性，将系统的多功能任务与面向用途的传感器完全解耦，建立一个通用的、开放的硬件平台，最大限度的减少功能单一、灵活性差的硬件，采用高速数据总线进行数据互联，通过软件来实现各种功能，实现资源高度利用、信息高度共享、软件高度密集。系统的功能升级通过软件升级来实现。

4.2 技术状态管理方面

电子装备技术发展迅速，研发周期长，在研发过程中面临在多项试验同步开展，技术状态不断迭代完善的问题。在研发过程中，如果系统的技术状态得不到有效的控制，会给系统集成带来极大的困难，甚至引起重大质量问题[4]。软件能力集成通过对将系统能力对应分解为软件能力，再分配到各个子功能模块中，通过接口和流程规范对系统的能力要求进行约束，在技术状态变化的各个阶段，各子能力之间互不干扰，通过对各子能力的控制，达到对系统能力的控制，降低了集成风险。

4.3 工程研发组织方面

不同于以往由单个单位独立研发的传统模式，大型电子装备系统功能复杂，往往由多家单位协作研发。在工程研发的组织方面通过设立技术总体单位，对技术进行全面负责，下设各功能集成单位，分别对各功能集成负责。研发过程中采用“自顶向下，逐步分解”的模式对各研制单位的研发任务进行分解，确立“共同设计、分头开发、统一集成”的总体思路，共同设计是指采用开发性、分层次的统一架构开展系统设计；分头开发是指各承制单位在统筹规划下，分头并行开展功能的研发和测试；统一集成是指各承制单位在系统中进行统一集成。

4.4 全寿命部队使用维护方面

以开放的体系架构为基础，通过软件无线电实现互联，保证了软件能力与硬件资源的分离，通用化、模块化、标准化的硬件单元之间可进行任意的互换，开放式的体系架构给任意节点的接入提供了保证，基于此模式的系统在可维护性、互换性上都得到较大的提升[5]。

新配置的硬件单元可动态加载对应的软件能力模块，通过软件能力集成，以实现系统的能力，这种虚拟化的方式使用户不需要关心底层具体的数据流和逻辑流，即可操作完成相应的作战任务。

5 结束语

基于软件的能力集成消除了传统电子装备定制研发的局限性，本文探索出大型电子装备集成研发的新途径，以通用的硬件平台、统一的软件架构为基础，通过软件无线电实现能力单元的动态加载和开放式互联，既支持装备在全寿命周期中的功能扩展和移植，也支持后续的维护和升级。

基于软件的能力集成是未来大型电子装备的发展方向，通过软件无线电技术和标准化硬件，能够大大提高系统集成化水平，减少体积和质量，同时使得设计更加灵活，重构更加方便，系统更加可靠，可广泛应用到大型电子装备的研制中。

[1] 余 明. 软件集成技术在直升机研制中的应用探索[J]. 直升机技术，2008(1): 41-44. Yu Ming. The application research of software integration technique in the helicopter development[J]. Helicopter Technique，2008(1): 41-44.

[2] 关中锋. 基于软件无线电的多功能射频综合一体化设计[J]. 通信技术，2014，47(11)：1333-1337. Guan Zhongfeng. Integrated design of multifunction RF system based on software defined radio[J]. Communications Technology, 2014，47(11)：1333-1337.

[3] 施海锋，潘 奇. 基于光纤通道多网融合系统的设计与实现[J]. 现代雷达，2014, 36(4)：42-45. Shi Haifeng, Pan Qi. Design and implementation of multi-network convergence system based on fiber channel[J]. Modern Radar, 2014,36(4)：42-45.

[4] 高秉亚，黄 强，王高飞. 军用软件研制质量提升对策探讨[J]. 现代雷达，2014, 36(12): 83-86,90. Gao Bingya, Huang Qiang, Wang Gaofei. Improvement countermeasures of military software development quality[J]. Modern Radar, 2014, 36(12): 83-86,90.

[5] 胥永康，吴家菊，杨永辉, 等. 全寿命周期装备综合保障信息化框架研究[J]. 现代雷达，2014，36(3): 1-5. Xu Yongkang, Wu Jiaju, Yang Yonghui. A study on informatization framework of all-life-cycle equipment logistic support[J]. Modern Radar, 2014，36(3): 1-5.

陈 锋 男，1964年生，高级工程师。研究方向为舰船电子装备。

汪 晋 男，1985年生，工程师。研究方向为雷达数据处理。

吕呈悦 男,1982年生，工程师。研究方向为雷达数据处理。

The Effect and Meaning of Software Ability Integration to Shipborne Electronic Equipment

CHEN Feng1，WANG Jin2，Lü Chengyue2

(1. Military Representative Bureau of Naval Armament Department in Shanghai, Shanghai 200000, China) (2. Nanjing Research Institute of Electronics Technology, Nanjing 210039, China)

With bigger scale of large electronic equipment and higher systematic program in the future, there are limitations on the continuity, openness, transportability and extendibility of equipment research and development for traditional model. Based on the generic hardware platform and software frame, function implemented by software of electronic equipment is realized through software defined radio(SDR), and the problem of system capability integration for large electronic equipment is solved. Probability analysis is made through electronic technology support, technical management, engineering research and organization and whole-life maintenance, which could be applied during the process of development of large scale electronic equipment.

software ability integration; open architecture; SDR

10.16592/ j.cnki.1004-7859.2015.10.003

陈锋 Email：wjkbf1926@sina.com

2015-06-05

2015-09-14

TN959.72；TP311

A

1004-7859(2015)10-0011-03