靶场试验雷达组网信息系统设计

刘 丹，付 泳，袁胜智

（1.92941部队，辽宁葫芦岛125001；2.火箭军装备部北京局，北京100182；3.海军航空工程学院七系，山东烟台264001）

靶场试验雷达组网信息系统设计

刘 丹1，付 泳2，袁胜智3

（1.92941部队，辽宁葫芦岛125001；2.火箭军装备部北京局，北京100182；3.海军航空工程学院七系，山东烟台264001）

针对靶场试验跨区域雷达联合参试的特点，结合靶场试验信息实时处理显示需求，分析和比较了高层体系结构（HLA）和试验训练使能体系结构（TENA）的原理和技术优势，设计了适用于靶场试验的雷达组网信息系统总体框架，阐述了该系统的组成和功能，为提高靶场综合试验能力做出了探索。

指挥显示系统；HLA；TENA；发布/订阅；组件技术

靶场试验中，指挥显示系统实时接收并处理来自不同测站的雷达情报信息，以此作为试验指挥员指挥决策的重要依据。当前，跨区域多雷达联合参试已经成为靶场试验的主要模式。由于各区域雷达数据格式和传输方式等方面存在差异，原有雷达组网系统已不能满足跨区域雷达情报信息实时交互需求，无法实现多雷达情报信息融合处理，已不适应靶场试验新形势的发展。为实现跨区域雷达之间的信息交互与共享，提高多雷达综合测试能力，在借鉴了高层体系结构（High Level Architecture，HLA）和试验训练使能体系结构（TENA）研究成果的基础上，构建了靶场试验雷达组网信息系统。该系统将分布于不同位置的参试装备通过相应的信息传输和交互机制整合到一个平台上，实现了参试雷达之间的信息互联互通，有效提高了靶场试验雷达情报信息的综合处理能力[1]。

1 高层体系结构HLA

HLA是美军制定的一个通用建模与仿真的高层体系架构，经改进后，HLA的规则、接口规范、对象模型模板的内容已被美国IEEE标准化委员会正式定为HLA标准。HLA的基本思想是采用开放的、面向对象的方法设计、开发和实现仿真系统的对象模型，以达到提高分布式仿真的互操作和可重用性的目的[2]。

HLA是利用其核心运行支撑系统（Run-Time Infrastructure，RTI）实现用于仿真互联的各种服务，同时提供底层通信支持，并将应用层与底层的支撑环境分离，即仿真功能实现、仿真运行管理和底层通信传输三者分离，从而使各部分专注于各自领域，充分发挥自身技术优势，进行相对独立的开发[3-5]。HLA系统结构如图1所示。其中，各联邦成员（满足规范要求的仿真软件或管理实体）和RTI构成了一个分布式仿真系统[6]。

图1 HLA系统结构图Fig.1 System architecture of HLA

2 试验与训练使能体系结构TENA

TENA（Test and Training Enabling Architecture）是美国国防部构建集试验、训练及仿真功能于一体的，可实现多种资源的互操作、可重用以及可组合的公共体系结构[7-9]。TENA借鉴了包括HLA在内的现有多种体系结构的研究成果和成功经验，并在此基础上构建了“逻辑靶场”概念。TENA逻辑靶场结构如图2所示。

图2 TENA逻辑靶场结构图Fig.2 Logical range architecture of TENA

3 HLA与TENA比较

HLA与TENA均以提高系统的可重用性、互操作性和可组合性为根本目的，二者既有相似之处，也有很多差别。HLA的优势在于应用范围广，适用于包括试验和训练在内的所有仿真领域，而且可提供丰富的时间管理服务。HLA的“联邦成员”理论对于靶场试验多雷达联合参试的具体情况具有非常重要的指导作用和应用价值。TENA的优势在于专门针对试验与训练领域而设计[10]，适用于各类靶场，其成果已在美军多个靶场中得到应用[11]，其通信机制更为先进，而且在时间管理方面可提供实时服务，能有效满足靶场试验实时性强的特点。“逻辑靶场”概念对于我军靶场试验同样具有借鉴意义。HLA与TENA 2种体系结构在应用范围、通信机制等方面的分析比较如表1所示[12]。

表1 HLA与TENA比较Tab.1 Comparison of HLAand TENA

4 靶场试验雷达组网信息系统的设计

4.1 系统层次结构总体设计

本系统在层次结构上借鉴HLA体系结构，由HLA中的联邦成员思想演化而来[13]。系统由系统支撑平台和信息传输平台构成。系统支撑平台的作用是支撑构成系统各部分的正常运行。首先将靶场试验中参试的各个区域进行划分。各区域内含多个警戒雷达和测量雷达的软硬件设备以及承担其他功能的试验终端，这里统称参试成员，而每个参试成员均通过多个功能组件来完成对各个雷达信息源数据的采集、处理、显示、分发、存储以及回放功能。信息传输平台的作用是为系统的数据传输与交互提供可靠的通信保障，本系统分层次设计了通信传输方式，以保证各个区域及区域中各参试成员工作的独立与统一。系统层次结构如图3所示。

图3 雷达组网信息系统层次结构Fig.3 Hierarchical architecture of radar networking information system

4.2 信息交互机制

4.2.1 多层次通信结构

系统采用三层通信结构，自下而上依次为本地通信代理、区域通信代理和信息传输平台。本地通信代理在系统中为底层的参试成员提供基础的通信接口。各个参试成员之间的信息交互由本地通信代理向区域通信代理提出申请，得到批准后经由调度统一完成，实现各个成员获得信息实时同步。信息传输平台负责整个系统中各参试成员的信息交互。同时，各参试成员的状态可以更改（比如参试或不参试）而且不影响整个系统的正常运行。简单来讲，系统从节点、区域直至全局均有该层次的通信服务保障。在这种类似于分布式系统的模式下，各个成员在系统中都是相对独立的，单个节点的故障不会对系统功能产生影响。

4.2.2 发布/订阅机制

根据试验性质和试验规模的不同，参试成员在靶场试验中会有部分参试、区域性参试以及跨区联合参试多种试验模式。试验中，系统支持某个参试成员加入或退出试验系统。系统中各个节点的雷达信息交互和共享是保障试验顺利进行的重要前提，因而系统采用了目前广泛应用的信息交互模式——发布/订阅机制，用于多对多信息的交互。HLA采用了发布/订阅机制，而TENA则将分布式对象机制与发布/订阅机制巧妙结合并进一步优化。发布/订阅机制已经成为分布式仿真系统信息交互的主流模式。发布/订阅模型由发布者、订阅者和信息分发中间件组成。发布者产生信息，订阅者订阅所需要的信息，前两者通过信息分发中间件实现信息的实时交互[14]。发布/订阅机制具有异步通信和松耦合的优势[15]，对于靶场试验中雷达信息数据量大、信息源多的特点尤为适用。根据订阅者需求的不同，发布/订阅机制分为基于主题、基于内容和基于类型3类[16]。依据靶场试验对雷达情报信息实时性的要求，选用基于主题的发布/订阅机制，把试验中参试人员关注的信息属性作为主题，可以让首长和指挥员及时得到雷达情报信息，为试验的指挥决策提供依据。系统中，各参试成员作为发布者，通过组件实现信息发布，同时也可作为订阅者，通过组件实现信息订阅，信息分发中间件则由本地通信代理、区域通信代理和信息传输平台构成，分别用于完成雷达级节点各功能组件之间、区域内参试成员之间以及整个系统各个参试成员之间发布/订阅属性列表的实现。基于组件的发布/订阅模型如图4所示。

图4 基于组件的发布/订阅模型Fig.4 Publish/subscribe model based on components

4.3 组件技术应用

组件是利用编程手段将特定功能进行封装的软件单元[17]。组件技术有以下优点[18]：①组件在系统中相对独立，可在大型系统中并行独立开发，能有效提高整体开发效率；②组件应用非常灵活，具有可复用、可替换、可组合、可移植的特点，有利于系统的维护和二次开发；③组件之间通过接口进行调用和访问，易于实现系统的功能扩展。

本系统中，组件运行在系统支撑平台上，实现系统所需要的各种具体功能。系统包括警戒雷达设备组件、测量雷达设备组件、信息融合组件、态势显示组件、数据存储组件以及本地通信代理组件。警戒雷达设备组件和测量雷达设备组件通过网络方式接收来自雷达的数据，并对数据报文进行解析，然后通过发布属性为其他组件提供雷达位置和雷达跟踪的目标信息。以警戒雷达组件X为例进行说明。警戒雷达组件X具有4个发布属性，分别为雷达情报属性、雷达位置信息属性、雷达状态属性和雷达报文属性。雷达情报属性以信息帧形式发布雷达探测到的目标信息；雷达位置信息属性发布雷达自身位置信息（包括雷达编号、经度、纬度、高度等信息）；雷达状态信息属性发布雷达工作状态信息（包括雷达通信链路是否畅通、雷达数据是否有效等信息）；雷达数据报文属性发布雷达探测到的目标信息。报文格式转换组件完成报文数据格式转换功能，转换为开放式的信息格式。信息融合组件对雷达态势进行融合处理。态势显示组件的作用是将雷达态势信息以二维地图的方式显示处理，并可根据试验需求设定显示条件，对雷达情报信息进行过滤筛选，以直观的形式将可用信息提供给参试人员。数据存储组件用于实现存储、回放和查询雷达信息的功能。本地通信代理组件的作用是实现参试成员内部各组件间以及雷达级节点与上级节点之间的信息交互。参试成员组件及功能如图5所示。

图5 参试成员组件及功能示意图Fig.5 Components and functions of member participating in the test

4.4 雷达组网信息系统在靶场中的应用

雷达组网信息系统是靶场试验系统的重要组成部分，因此对体系结构的构建借鉴了涵盖“逻辑靶场”概念的TENA体系结构，雷达组网信息系统体系结构如图6所示。

图6 雷达组网信息系统体系结构Fig.6 Architecture of radar networking information system

靶场公共基础资源是整个体系结构的中枢，由系统工具箱、信息传输平台和数据库组成。系统工具箱分别包含实现不同功能的组件。数据库可提供给靶场试验实时数据处理系统和事后数据处理系统使用，并可对数据进行回放。来自外场的警戒雷达和测量雷达信息经数据采集和处理后通过信息传输平台将雷情信息传递给试验指挥显示系统，以二、三维地图和数据图表的方式呈现给各级指挥所及外场参试站点。为满足集试验、训练和演练于一体的“三场合一”需求，系统不仅为现有实体装备和虚拟装备提供支持，而且具备新研装备的测试仿真功能。工具箱扩展与维护实用程序是针对系统工具箱管理专门设计的应用。试验进程规划实用程序用来模拟演示试验的具体进程，按照试验指挥组织协同程序，以二、三维地图和视频动画的方式表现。系统网关允许靶场应用与非靶场应用进行信息交互。图7以二维局部地图效果实时展示了多区域雷达情报信息融合处理后海上参试舰船和地方渔船分布情况。

图7 二维局部地图Fig.7 Two-dimensional local map

5 结束语

目前，靶场试验雷达组网信息系统已经在靶场试验中得到应用，实现了靶场跨区域雷达联合参试的情报信息交互与共享，完成对多雷达信息源数据的采集、处理、解析、融合、传输、显示和存储，提高了试验辅助决策能力和组织指挥效能，经靶场试验和演练检验，系统性能稳定，功能灵活，满足试验需求，为靶场试验实时数据处理提供了新途径。

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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

刘 丹（1978-），女，工程师，硕士。