基于时隙序列的数据链模拟系统研究

潘博文（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安，710068）



基于时隙序列的数据链模拟系统研究

潘博文
（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安，710068）

摘要：本文针对Link16数据链的TDMA结构，从概念原理上进行了论述，对如何实现战场态势的精确时间模拟作了深入的研究，并进行了仿真验证。

关键词：Link16；TDMA

在现代战争中，数据链是军事指挥系统的重要组成部分，是军用通信系统的核心装备。在很大程度上，数据链的应用水平决定着信息化战争的水平和能力，在现代战争中起到了决定性的作用。

Link 16，也称为JTIDS——Joint Tactical Information Distribution System——联合战术信息分发系统，它是一种保密、大容量、抗摧毁、抗干扰，能实现三军一体化联合作战的集成通信、导航、识别系统（ICNI），主要用于战场态势共享、电子战、任务管理、武器协同、相对导航以及语音加密等。Link 16主要包括TDMA协议，JTIDS波形和TADIL J消息标准等，是C4KISR系统的重要组成部分。

Link 16能使各成员所产生的我方成员信息为网内全体成员所共享，也能使雷达系统所发现的敌情信息为网内全体成员所共享，使所有系统成员能在统一的坐标系中实现导航定位，不仅知道我方所有成员的精确位置信息，还能将敌情信息的坐标转换到统一的坐标系中，从而得到整个战场的敌我分布态势。

图1　系统时间结构

1　Link16组网方式

Link 16数据链是一套时分多址（TDMA）的系统。TDMA的基本要素是由多个用户共享系统资源的通信网络，该网络又被细分为可分配给某个端机用来发送消息的时隙。此时，需要为所有端机分配发送和接收时隙，通过分配时隙的方式来让用户发送消息。也就是说，用户必须在给定的发送时隙内将信息发送完毕，然后处于接收状态，直至下一个发送时隙到来，依次循环。每个端机按照它的消息格式传输一组脉冲序列。系统的容量取决于每个成员分配的时隙的多寡。采用多网工作技术可进一步扩展容量，但每个端机同时只能在一个网上工作。

Link16 数据链TDMA的基本实现方式是将时间轴划分为等长的循环时间段，其中，将24小时划分为112.5个时元，每个时元等于12.8分钟；每个时元又划分为64个时帧，每个时帧长度为12秒；每个时帧再划分为1536个时隙，每个时隙长度为7.8125毫秒 。

时元、时帧、时隙的换算关系如下：1时元 ＝ 64时帧 ＝98304个时隙；1时帧 ＝ 1536时隙；参见图1。

对系统内每个成员，应当根据其承担的战术使命分配足够数量的时隙。每个成员在分配给自己的时隙内发射信息，在其它时隙内则处于接收状态，接收其它成员分发的各类信息。为了实现系统TDMA的通信工作方式，要指定一个时间基准承担者，以该成员的时钟为基准，通过RTT技术使其它成员的时钟都与之同步，以形成统一的系统时。

2　MapX技术

MapX是Maplnfo公司提供的具有强大地图分析功能的软件产品。MapX以OCX的方式提供了真正的对象连接与嵌入式OLE的地理信息系统应用开发方案。由于它是一种基于Windows操作系统的标准组件，因而能支持绝大多数标准的可视化开发环境，如 Visual C＋＋、VisualStudio.NET等。这给予了编程人员的开发过程以很大的自由，可以选用自己最熟悉的开发语言，轻松地将强大的电子地图功能嵌入到新开发的应用系统中。利用MapX增强软件的空间分析能力。

地理数据结构是MapX的基石，MapX通过地理数据结构建立地理图形的空间数据模型，并定义相互之间的关系，从而实现地理图形和数据库的紧密结合。MapX管理地图数据的方法为分层管理，同一类型的空间对象存放在相同图层中，如图2。通过这种管理方式，用户可以根据自己的需求对实际的地理空间实体进行分层组合，将原本一张电子地图分成不同的图层，每个图层表达不同类型的信息。通过采用这种分层存放的地图结构，可以提高电子地图的搜索速度，便于各种不同数据的灵活调用、更新和管理。

图2　MapX的地理数据结构

3　数据链模拟系统

数据链模拟系统的主要功能是按照网络规划预设的作战想定，为被测的软件提供数据链工作时，数据链网络内各个平台在网内广播的平台参数信息，并利用MapX技术将生成的平台参数信息转化为图标，标绘在电子地图的可视化界面上，主要用于数据链的设计开发、测试评估等方面，能够模拟出海、陆、空等多批“真实”的敌我双方的目标信息。

3.1硬件组成

数据链模拟系统采用加固型工控机结构，监控系统硬件由一个整机机箱和配套电缆组成。整机机箱配有操作键盘、鼠标和显示器，供操作员使用。

考虑到需要处理的数据量比较大，数据处理的实时性较高，特别是需要严格按照时隙脉冲序列完成消息的编码和发送等任务，因此采用最新的硬件资源，包括CPU、内存、芯片组等，确保性能满足要求。

系统内嵌时统板扩展卡（SD7615），采用PCI接口，时统板CPU主频≥100MHz，外部存储区根据用户数据量的大小可灵活调配。

时统板能够仿照Link16的工作特点，产生以7.8125毫秒为周期的时隙脉冲信号，模拟系统可以通过这一信号，进行时间对准处理，同时根据作战想定的时隙任务表，按照时间顺序，模拟出网络内各个成员入网工作时发送的入网消息和精确定位消息，构建一个完整的Link16网络环境。

3.2工作原理

系统运行时，首先读取网络规划参数文件，解析出成员编号表和时隙任务表，建立起每个成员编号与时隙任务的对应关系，确定每个时隙需要发送相关消息的成员编号。

同时，脉冲板产生7.8125毫秒周期的脉冲，通过系统接口，同时提供给外部环境和模拟系统软件，软件根据时隙变化的情况，查找时隙任务表，判断当前时隙需要发送入网消息或者精确定位消息，由对应的软件模块产生消息内容。

其中，计算每个成员的位置信息时采用WGS84大地坐标系，由于各平台航迹数据建立在不同的坐标系下，为了进行数据处理，必须将各个平台的数据换算到同一坐标系下，一般采用直角坐标系进行运算解析，完成运算后，通过坐标变换公式转换成WGS84大地坐标系数据进行输出。

然后，通过坐标变换模块，将其中的直角坐标转换为地理坐标，并将消息进行编码，通过以太网口发送出去。

最后，将相应编号的平台所对应的图标在电子地图MapX上进行显示。若是新成员，则新建图标，若是已经显示的成员，则更新其地理位置，刷新界面显示。

模拟系统的工作原理如图3所示。

图3　模拟系统工作原理图

4　仿真测试结果

测试中，以40个成员的网络规划为基础，设计了18个陆地成员，2个水面成员，20个空中成员，仿真测试结果如图4。

图4　仿真测试效果图

5　结束语

本文在介绍Link16数据链概念和原理的基础上，提出了数据链模拟系统的实现方案，并进行了研究和仿真验证，取得了很好效果。数据链模拟系统能够模拟Link16数据链的运行环境，对于数据链的研究和应用有着重要意义。

参考文献

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[7] 彭刚， 王艳琴， 王涛， 刘宇. 基于MapInfo 与MapX的电子地图[J]. 计算机系统应用. 2011.20（9）

Study of Data Link Simulation System in Slot Sequence

Pan Bowen
（Institute of China Electronic Technology Group Corporation，Xi'an，710068，twentieth）

Abstract：Aiming at the TDMA Structure in Link16， The paper covers the conception.The detailed researches on how to obtain precision Simulation in time are made in this paper with its concepts and principles.The method to realize the system are emulated.

Keywords：Link16；TDMA