基于插件的协同组网探测系统软件设计与实现

张 超，李华君，周 元，李 强

（中国船舶集团有限公司第八研究院，南京211153）

0 引 言

现代战争中电子对抗的程度非常激烈，雷达的生存也变得越来越困难。［1］使用单部雷达进行各自为战的探测以获取空间信息的效果将变得越来越差。［2］依托现有装备部署和协同作战体系的不断完善，在节约经济成本的情况下实现雷达之间的最优配置［3］，可提升某区域在复杂、对抗环境下传感器体系的探测能力。通过优化设计协同组网探测系统的软件架构，有效实现区域内传感器资源统一调度控制和情报资源共享，形成统一战场态势，并有针对性地对重点目标进行综合目标协同识别，形成体系合力，从而快速、有效地获得目标信息是当前一项重要的研究课题。［4］

针对传统的雷达组网系统软件架构柔性不足，以及不便于对系统进行升级、扩展和维护的问题，本文采用开放式分层设计思想实现了基于插件的协同探测系统软件，实现了协同组网探测系统显示与数据处理高度解耦。协同组网探测系统软件采用插件化和参数化设计，解决了软硬件耦合程度高、功能模块可重用程度低、研发周期长、系统升级难度大、维护成本高等问题，提高了系统的可维护性和可扩展性。

1 插件式软件开发

1.1 插 件

插件是按照统一接口规范编写的一种程序，能够动态地加入或退出系统，是插件式软件系统的重要组成部分。插件式软件系统通过在程序中插入大量的插件来增强系统功能，完善系统的能力。插件结构如图1所示。

图1 插件结构图

1.2 插件式软件特点

一个使用插件结构的软件由一个可执行程序和许多完成子功能的插件组成，主要分为宿主程序、插件、接口3个部分。插件式软件系统主要有以下特点：

（1）降低系统的复杂度，提高软件并行开发效率

将功能复杂的软件系统分解为具有单一功能且耦合程度更低的插件集合，并根据插件间的组织关系和交互方式抽象出符合需求的策略文件，大大降低系统软件的复杂程度，从而为快速构建大规模的软件系统提供支持；得益于插件的独立性，不同的软件开发人员专注于不同插件的开发，大大缩短了软件的研发周期，节约了研发成本，提高了软件并行开发效率。

（2）提高系统的可扩展性和可维护性

传统软件的体系结构可重用性低且不易对功能模块进行改进升级，无法适应用户多变的需求。插件软件系统通过动态地增加、减少或替换功能插件来实现系统的升级，而不影响整个系统的体系结构，提高了系统了可扩展性和可维护性。

（3）提高系统可重构能力

软件系统可分解为插件、插件间组织关系和交互关系的集合，插件组织关系和交互关系以策略文件的形式进行描述。通过加载不同的插件或调整插件间组织关系对外提供不同的能力，从而提高了系统的动态重构能力，使得系统能够适应动态多变的应用环境。

2 系统软件设计

2.1 系统软件体系架构

协同组网探测系统软件的主要功能在于实现区域内某型雷达间协同探测，系统应具备以下几点功能：

（1）具备对入网雷达的组网配置及管理功能；

（2）具备目标及环境特性分析、协同策略生成、协同方案拟定等信息处理功能；

（3）具备对重点目标进行引导探测、融合、定位及联合识别功能；

（4）具备整合区域内雷达主、被动探测资源跨平台远程调度及探测功能；

（5）具备监控各雷达装备的运行状态，完成区域内探测信息的共享、整合、处理和集成，形成组网雷达综合态势显示功能。

针对雷达组网系统的功能特点，本文提出了一种支持插件配置与组装的开放式分层软件体系结构框架。该体系结构以插件作为系统的基本功能单元，从整体上反映了软件的组织结构、设计思想和数据交互。

软件体系架构如图2所示，从下至上依次是网络接收层、协同处理层、协同调度层和综合显示层。

图2 协同组网探测系统软件体系架构

（1）网络接收层对系统外部的各种数据源进行数据处理转换和数据汇集分发，提高软件显示能力及异型产品间的接口适配能力。数据转换实现了将外部数据源转化为内部统一的数据格式，使得其他功能软件只关注于功能和逻辑，同时将来自其他功能软件的数据转化为外部系统能够识别的数据格式并下发；数据分发实现了系统对数据流的过滤和管理，大大减少了功能软件之间的关联复杂度，有利于软件升级和系统维护。

（2）协同处理层主要实现多源数据整合、分析、加工、挖掘等处理，实现对各站主动探测目标进行匹配识别、被动探测的辐射源配对进行联合协同快速定位，并将处理后结果发送至综合显示层进行数据信息的整合展示。

（3）协同调度层主要实现区域内资源协同调度，主要对接收到的航迹信息、辐射源信息和网内各雷达工作状态等信息进行融合处理生成相应策略并下发，实现目标交接、协同定位、目标引导等功能。

（4）综合显示层主要根据雷达组网系统的功能，构建友好的用户图形界面，实现系统的人机交互功能、综合显示控制功能和管理维护功能，实现原始及加工信息的集成综合显示。用户也可以根据个人喜好，改变软件界面显示风格。

分层软件架构是一个具有高度扩展性的开放的系统架构，实现了系统的高度解耦。将协同组网探测系统划分为带有明确接口定义的功能层，保证了各层次之间的相对稳定与独立，不需暴露层内的实现逻辑，减少了各层次之间的关联复杂度。上下层之间通过消息传递，数据流从下层至上层传递，原始数据被逐渐抽象和融合后进行综合显示；控制命令从上层至下层传递，用来下发用户发起的引导、协同定位和目标处理等命令。

分层软件架构为系统重构提供了指导和约束。协同组网探测系统软件采用插件化方法进行开发，在系统进行修改、维护或者功能扩展时只需修改、替换或添加相关插件而不影响其他软件或整个系统的集成，使得系统能依据动态多变的战场环境进行动态集成，大大提高了系统的重构能力。

2.2 系统软件中插件的设计

根据插件功能与职责的不同，本项目给出一种插件的分层组织模式，将插件划分为功能插件和服务插件，如图3所示。

图3 插件层次化组织结构

功能插件实现具体共性的、与业务无关的功能，具有较高的复用性。此类插件的特点是提供特定的显示、计算或通信能力，主要包括态势管理插件、坐标转换插件、网络通信插件、表页扩展插件等。功能插件的物理实体是一个动态库或静态库，并且以自定义接口形式向外暴露自身的能力。

服务插件实现具体领域相关的功能，组织多个功能插件，它可以调用功能插件的各个能力以便对外提供服务。服务插件是在功能插件的基础上抽象出来的更高一层主体，它们之间相互协作，对外提供更为复杂的能力，主要包括态势综合显示插件、平台操控插件、网络服务插件、可视化显示插件等。服务插件物理实体是一个动态库，支持动态加载，与系统集成框架接口统一，可以被系统集成框架识别管理。

2.3 系统软件中插件的集成

系统软件插件集成过程如图4所示。根据协同组网探测系统软件功能，协同组网探测系统包括综合态势显控、综合识别与数据库、综合协同调度、综合协同处理和数据接口处理5个软件实体。

图4 插件集成过程

在开发设计阶段，首先应分析系统各个软件的组织架构，然后将其划分为若干可由插件替换的软件单元，并使用工具完成插件开发。在此阶段还需抽取各插件之间的组织关系和交互方式，并对其进行形式化描述，生成具体的策略文件用以指导插件的具体交互行为。策略文件的实体是若干个XML（Extensible Markup Language，可扩展标记语言）文件，其内容主要包括插件名称、插件唯一ID值、插件类型、插件大小以及插件位置和插件间交互方式的描述。

软件集成框架是一个与插件统一接口的可执行程序，框架通过加载不同插件对外提供不同的服务并提供插件管理、插件能力注册、插件通信服务、插件XML策略文件解析等功能。当进入系统运行阶段，软件集成框架加载、激活指定目录下的插件，集成框架中解析控制模块将加载并解析XML策略文件，并依据策略文件对插件进行基本信息配置，使插件根据策略文件既定的组织关系和交互方式进行插件间的自主协作，从而根据用户需求实现了插件的自动化集成。

当用户需求发生变化或有新功能插件加入系统时，用户只需按照规则编写新的策略文件，并将策略加载到框架中，系统即可在以后运行的过程中针对特定策略动态调整插件的组织关系和交互方式，从而改变系统的构态，适应动态变化的外部需求。

3 系统软件实现

协同组网探测系统软件以基于VPX架构的硬件平台为运行载体，实现显示与数据处理高度解耦的开放式软件体系架构，实现基于统一数据源的协同数据处理模式，同时提供基于配置的数据接口层进行数据预处理、转码、整合、分发等，提高软件的显示能力及异型产品间的接口适配能力。遵循“系统功能软件可配置”的思路，展开协同组网探测功能软件的模块化和参数化设计，为系统的可重构性和可扩展性奠定良好的基础。

系统软件采用插件化实现，开发准备阶段依照应用需求，将系统软件划分为若干可相对完整、独立的功能软件。配置阶段开发人员根据功能单元的特点抽象出相应能力，使用统一的开发方法生成相应插件；程序运行阶段使用软件集成框架对插件进行加载、卸载、激活、停用、查询等管理，并提供插件间的通信服务。软件集成框架对插件进行实例化加载，形成面向用户需求的应用模式。使用插件开发方法增加了软件的灵活性和可复用性，当某个插件出现问题时可以单独修改此插件而不需要更改整个软件，便于软件的管理和维护。

系统运行情况如图5所示。系统软件的实现验证了本文所提出系统软件体系架构的有效性。系统完成了区域内3站6部某型雷达的资源协同调度，全局掌握及监控雷达各站点的运行状态，实现各雷达的远程引导及控制；完成了区域内主动探测信息的共享，建立目标航迹级的整合；完成了区域内被动探测信息的整合，根据协同需求生成协同策略；提供了基于分站／区域的多层次信息集成显示界面，实现原始及加工信息的集成综合显示。系统以软件体系架构为指导，通过复用、集成各种不同功能的插件，可以构建出面向不同应用需求的构态，以适应动态变换的作战场景的需求。

图5 协同组网探测系统态势展示

4 结束语

本文依托和挖掘现役某型雷达协同探测功能，采用分层模式设计某海域战场雷达协同组网探测系统软件架构，实现了网络接收、信息处理、协同调度、数据可视化的高度解耦；采用插件化思想开发系统软件，提升了系统可复用性、可移植性及可靠性，形成基于配置的产品级软件灵活重构，充分发挥了系统的协同探测能力。