复杂电磁环境卫星侦察仿真系统架构设计与探讨

王玉娟，赵 卫，王志印，胡 进，朱梅梅

(中国航天科工集团8511研究所，江苏 南京 210007)

·试验与评估·

复杂电磁环境卫星侦察仿真系统架构设计与探讨

王玉娟，赵 卫，王志印，胡 进，朱梅梅

(中国航天科工集团8511研究所，江苏 南京 210007)

复杂电磁环境卫星侦察仿真系统具有功能复杂、仿真数据量大等特点，系统涉及到雷达、通信等辐射源建模仿真、侦察载荷工作模式建模仿真、卫星平台建模仿真、数据传输建模仿真等方面。探讨了如何设计出仿真效率高、系统扩展性好、易于维护的系统架构。

卫星侦察；仿真；架构设计；组件；分布式

0 引言

电子侦察卫星覆盖范围广、飞行速度快，可以在全球范围内对有关国家和地区的各种电子信号进行侦察，因此它已成为军事战略战术情报获取的重要手段，在现代战争尤其是未来信息化战争中具有至关重要的作用[1]。但由于侦察卫星造价高、研制周期长，在卫星发射前需产生仿真数据以验证卫星应用系统的处理能力，在卫星发射后其作战效能也可通过仿真软件进行模拟仿真验证，因此研究和开发复杂电磁环境卫星侦察仿真系统具有比较重要的现实意义。

复杂电磁环境卫星侦察仿真系统具有功能复杂、仿真数据量大等特点，系统涉及到雷达、通信等辐射源建模仿真、侦察载荷工作模式建模仿真、卫星平台建模仿真、数据传输建模仿真等方面。复杂电磁环境卫星侦察仿真系统的开发首先要进行体系架构设计，架构设计在软件系统中的地位十分关键，它可以说是软件系统的基础，也可以说是软件系统的关键元素，其存在影响着软件系统的大致主体布局、宏观特性以及功能特点，它开始于软件开发中的初期阶段。如何设计出仿真效率高、系统扩展性好、易于维护的系统架构是本文探讨的方向。

1 复杂电磁环境卫星侦察仿真系统需求简介

复杂电磁环境卫星侦察仿真系统通过建立一个计算机仿真系统和相应的仿真模型，根据卫星侦察载荷的工作模式对辐射源信号进行侦收，形成侦察数据并传输至应用系统，实现对雷达、通信等侦察信号的仿真。

仿真系统可发挥以下几个方面的作用：

1) 为复杂体制雷达信号分析、卫星侦察数据处理提供数据支撑；

2) 通过仿真系统的仿真推演，得到优化的工作模式，充分发挥卫星作战效能；

3) 作为一个训练系统，通过典型的场景训练，培训各类系统操作人员；

4) 在实装系统出现不明原因故障时，通过仿真系统有针对性的仿真推演，复现故障现象，为故障定位、故障排除提供技术支撑。

仿真系统的业务流程如图1所示。

图1 复杂电磁环境卫星侦察仿真系统业务流程图

2 架构设计

对仿真系统进行需求分析，仿真系统应包含复杂电磁环境建立与管理、复杂电磁环境仿真、卫星平台想定、侦察载荷想定、侦察过程仿真以及数据传输仿真等模块以及数据库等。

2.1基于一体化思想的架构设计

一体化的架构设计思想是：复杂电磁环境建立与管理、复杂电磁环境仿真、卫星平台想定、侦察载荷想定、侦察过程仿真以及数据传输仿真等所有功能模块，由一个软件即复杂电磁环境卫星侦察仿真软件完成。用户打开软件界面，在界面中设置侦察场景，包括电磁信号环境、卫星的姿态和轨道、以及侦察载荷的工作模式、数据传输计划等。完成侦察场景设置后，软件按侦察时间进行侦察过程仿真、侦察数据产生及数据传输分发。一体化架构设计图如图2所示。

一体化设计的优点是：系统实现相对较容易，流程简单，对硬件资源要求不多，软件部署方便。缺点是：系统维护困难、扩展性不好，对辐射源模型的修改、侦察载荷模型的修改都会影响到整个仿真系统，仿真效率低。

图2 一体化架构设计图

2.2基于组件化思想的架构设计

在一体化设计的基础上，采用组件化技术构造仿真系统模型的做法是对系统模型进行分解，将每个具有个性特征的仿真模型分解成若干个共性的子模型，即组件模型。这样在后期构造其他系统时就无需重新建立一套完整的系统模型，将一系列可重用的组件模型组装起来即可。为实现复杂电磁环境卫星侦察仿真系统模型的重用性、可扩展性，采用面向对象的方法分析仿真系统，将各仿真对象的属性和行为进行抽象，分解为目标平台、辐射源、背景噪声、信号发射、传感器、侦察平台、接收站、行为模型等8类组件模型，并在此基础上设计形成3层模型组件架构，如图3所示。

图3 模型组件架构图

1) 组件模型库，是最基本的模型组件的集合，如图3所示，根据抽象分析的结果划分为8个基本类型，其中每类模型组件都完成一些特定的功能，从不同角度描述仿真对象。将这些组件进行组装后可以提供一个侦察数据仿真的全部功能。

2) 组件对象库，是组件模型库中每个组件模型实例化的结果集。对每个组件模型的参数赋值后即可生成一个组件对象。

3) 仿真单元库，是将8类组件对象组装后形成的有独立侦察数据仿真能力的仿真单元集合。在单元组装时以目标平台组件和侦察平台组件为基础，将各平台所搭载的各种辐射源、各类传感器集成在一起，形成一个仿真实体，进行侦察数据的仿真。

基于组件化思想的架构设计，可以极大地实现重用性，提高开发效率，快速灵活地应对业务需求，通过降低耦合度提升系统的可管理性，从而降低维护成本。

不过，以上设计还是在一体化设计的框架下进行的，仿真效率没有得到提高。

2.3基于分层分布式仿真的架构设计

在组件化分层设计的基础上，将业务流程、基础资源松耦合设计，将业务功能中的核心算法、业务数据流、控制流与用户应用界面、基础的网络服务、数据库和文件存储服务分层设计实现松耦合。仿真系统的分层设计体系如图4所示。

图4 分层设计体系图

仿真系统一个重要的指标就是仿真效率。仿真效率将直接影响系统的性能，从而也影响到任务的完成情况，因此从提高仿真效率的角度考虑，在分层设计的基础上提出一种分布式仿真架构，对位于服务层的仿真计算模块通过调度控制进行并行调度。调度分2种，一种为处理服务器之间的调度，另一种为处理服务器内部调度。据此，复杂电磁环境卫星侦察仿真系统可划分为人工交互软件和自动处理构件。人工交互软件运行在Windows操作系统上，自动处理构件运行在Linux操作系统上，各软件之间的交互通过数据库进行，如图5所示。

图5 系统软件组成图

复杂电磁环境想定软件完成雷达信号、通信信号等辐射源场景的想定；接收站想定软件完成地面接收站物理、数传跟踪接收计划、数据传输任务队列的想定；卫星侦察载荷想定软件完成卫星平台轨道和姿态、侦察载荷工作模式、侦察载荷数字接收机参数、侦察载荷测向误差、侦察计划、存储策略、回放策略的想定；仿真时间段分配构件将一次仿真任务分成若干段，每一段分别由一个侦察数据仿真构件执行数据仿真；侦察数据仿真构件根据星上侦察载荷工作模式完成相应时间段内侦察数据的仿真；数据传输构件根据数据传输任务队列，对接收站接收的数据进行组帧后传输至应用系统；处理服务器之间的并行调度按时间段进行，作业调度构件对仿真时间段分配构件划分的时间段再进行细分，每个细分后的仿真时间段启动一个侦察数据仿真构件进程进行处理。

系统运行环境部署图如图6所示。

图6 系统部署运行环境图

基于分层思想的分布式仿真体系架构设计具有仿真效率高、系统扩展性好、易维护等特征。在整个软件生命周期内，通过增加新的侦察载荷，可实现多星组网仿真、星机联合仿真等扩展功能，能够不断促进仿真能力的提升。

3 结束语

复杂电磁环境卫星侦察仿真系统功能复杂、涉及到的仿真模型较多，系统的架构设计关系到软件的质量、仿真的效率等方面。本文从基于一体化思想、组件化思想以及分层分布式仿真设计思想三个方面对仿真系统架构进行了设计，比较了三种架构的优缺点。基于分层思想的分布式仿真体系架构设计较为复杂，但具有仿真效率高、系统扩展性好、易维护等特征，是复杂电磁环境卫星侦察仿真系统体系架构的设计方向。■

[1] 罗景青.雷达对抗原理[M].北京：解放军出版社,2003.

[2] 蒙洁,汪连栋,王国良,等.雷达电子战系统电磁环境仿真[J].计算机仿真，2004(12):21-24.

[3] 魏丽.组件化建模技术在作战模拟训练系统中的应用[J].电子科技,2012(7):48-52.

[4] 赵晓睿,高晓光.大规模分布仿真系统架构设计技术参考模型[J].系统仿真学报,2006(3):613-617.

[5] 杜国红,韦伟,李路遥.作战仿真实体组件化建模研究[J].系统仿真学报,2015(2):234-239.

Design and discussion of architecture for satellite reconnaissance simulation system in complex electromagnetic environment

Wang Yujuan， Zhao Wei， Wang Zhiyin， Hu Jin， Zhu Meimei

(No.8511 Research Institute of CASIC，Nanjing 210007，Jiangsu，China)

Satellite reconnaissance simulation system in the complex electromagnetic environment possesses complex functions along with big data to be simulated. The system involves the modeling and simulation of radiation such as radar and communication, electronic reconnaissance system, satellite platform, data transmission system, etc.The architecture design of system which is effective and easy to be expanded and maintained is discussed.

satellite reconnaissance；simulation；architecture design；component；distributed

2017-06-16;2017-07-20修回。

王玉娟(1977-)，女，高工，主要研究方向为电子对抗数据处理。

TP391.92；V474.2+7

： A