电磁环境构设设备综合接入技术研究

岳秀清，周小平，孙永全，任　彦，阙渭焰

(北方电子设备研究所，北京 100191)



·试验与评估·

电磁环境构设设备综合接入技术研究

岳秀清，周小平，孙永全，任彦，阙渭焰

(北方电子设备研究所，北京 100191)

在电磁环境构设过程中，如何集成运用各类各型环境构设设备逼真构设所需环境，是当前开展复杂电磁环境下装备试验及作战训练亟需解决的现实问题。对电磁环境构设设备综合接入技术进行了研究，提出了“综合接入设备+协议适配软件”的解决方案，并完成了系统设计与实现，为综合运用不同电磁环境构设设备生成环境构设提供了有效技术手段。

电磁环境构设；综合接入；协议适配

0　引言

复杂电磁环境是以信息技术为核心的高新技术在军事领域广泛应用、战争形态发生深刻演变的必然产物，是信息化条件下作战的鲜明特征和构成战场环境的核心要素，对预警探测、指挥控制、精确打击等电子信息的作战效能发挥构成重大威胁。近年来，随着复杂电磁环境下装备适应性试验研究及作战训练研究的逐步开展与日渐深入，各界形成共识：电磁环境构设是开展复杂电磁环境下装备试验及作战训练的前提与基础，环境构设的质量直接影响着试验与训练的效益。目前，环境构设设备是在不同时期由不同研制单位研制的，如何通过有效的综合接入技术手段，实现不同环境构设设备的集成应用，通过尽可能低的费效比构设出逼真、近似实战的电磁环境，正是本文着力解决的问题。

1　电磁环境构设现状

1.1电磁环境构设方法

目前，国内外电磁环境构建方法主要有：实装构建法、半实物构建法、数字仿真法等[1-2]。实装构建法，是用真实装备构建电磁环境，通常在外场进行。其突出优点是逼真，但对人、财、物的消耗较大、受制约影响因素较多，模拟构建敌真实战场电磁环境的能力有限。半实物构建法，是利用各种模拟器产生电磁信号环境，一般包括辐射式信号模拟器和注入式信号模拟器。其优点是产生信号种类多、样式丰富，内外场均可使用，节约资源和经费；缺点是模拟器性能有限，通常部署于重点区域、部位，难以逼真模拟敌作战运用。数字仿真法，是利用计算机模拟仿真技术实现对装备面临的电磁环境种类、数量、密度、信号样式以及信号时、空、频、调制等特征参数的逼真模拟。其优点是耗费资源少，可根据需要灵活构建所需电磁环境；缺点是建模、仿真工作量大，难度高，仿真结果置信度难以验证。

1.2电磁环境构设现状

现代战争复杂多变，敌对双方围绕信息获取、传输、控制、处理和利用，在电磁空间展开对抗博弈行动，战场电磁环境呈现出对抗激烈、信号密集、样式复杂和动态交迭等特点。实践证明，运用单一的环境构设方法及设备，已无法满足逼真模拟战场复杂电磁环境的需要。目前，装备试验中，内场多采用半实物仿真与数字仿真结合、外场多采用实装与半实物结合的方式构建电磁环境；作战训练中，主要采取红蓝对抗的方式，综合运用实装与半实物构建电磁环境。无论是装备试验还是作战训练中的复杂电磁环境构设，都需要借助各类实装(如通信装备、雷达装备、电子对抗装备)及信号模拟设备(背景信号模拟设备、通信及通信对抗信号环境模拟设备、雷达及雷达对抗信号环境模拟设备、特定目标模拟设备等等)，而后根据装备试验及作战训练的实际需要，按照“针对性、逼真性、等效性”原则，将不同类型、不同数量的实装和模拟设备进行组合部署使用，并在一定的控制机制下，生成近似实战的复杂电磁环境。

目前，用于构设电磁环境的各类实装和模拟设备，是不同时期由不同单位研制的，其通信接口、信息交互协议迥异，无法实现物理层、信息层的通联，进行环境构设时，不同构设设备通常各自为战，严重影响了电磁环境构设的整体效果。因此，亟需开展复杂电磁环境构设设备综合接入技术研究，将各型设备接入试验、训练基地的环境构设指挥系统，使其能在统一的指挥控制下开展电磁环境构设，充分发挥各自技术特点和优势，形成电磁环境构设合力，为获得良好的试验和训练效果奠定基础。

2　电磁环境构设设备综合接入技术

实现电磁环境构设设备综合接入，需要同时解决两方面的问题：一是物理层通联，由于不同电磁环境构设设备采用的通信设备、方式及接口等不统一，难以在物理层上实现互联互通；二是信息层交互，由于不同电磁环境构设设备遵循的信息交互格式、内容等不统一，难以在信息层上实现数据的有机融合和共享。

2.1综合接入实现方式

实现综合接入的传统途径是按统一的物理接口及通信协议改造现有设备。该方法的优点是改造后各设备均遵循相同的接口及协议标准，设备间可实现无缝集成与通信；缺点是改造牵涉因素多，工作量大、周期长，需要投入大量的人力和物力，不适于解决目前电磁环境构设所面临的现实问题，因此，急需研究一种新的综合接入技术——能在不改动各设备原有软、硬件状态的情况下，实现其通联。

本文经研究提出了基于协议适配的综合接入技术，通过“综合接入设备+协议适配软件”实现不同设备物理层、信息层通联。这种方法的优点有：一是环境构设设备无需改变，只需通过协议适配软件建立环境构设设备之间通信协议的映射模型，即可实现协议转换；二是传统的协议转换工作必须由程序员通过编程完成，而协议适配软件的用户只需要通过图形化的界面操作建立协议转换模型即可，软件会根据用户建立的模型在后台自动生成程序；三是协议转换模型具有良好的可继承性和移植性，对于新接入的环境构设装备，只要其遵循已知的协议标准，或与已知通信协议相似，就可通过对已有协议转换模型的修改完成新接入设备的协议转换。

2.2协议适配软件原理

协议适配软件主要使用基于有限状态机建模的协议适配技术，依据通信协议接口规则构建出对应的协议数据转换自动机，以一组进程间的通信API提供给通信双方使用，在不改动双方软件的前提下，完成实时协议转换，实现双方的互联互通、信息共享。

协议适配软件的基本理论依据是有限状态机模型。有限状态机(FSM)是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型。有限状态机中的基本概念包括状态和动作，状态存储关于过去的信息，它反映从系统开始到现在时刻的输入变化；动作是在给定时刻要进行的活动的描述。有限状态机的下一个状态和输出是输入和当前状态的函数，其逻辑如图1所示。

图1　FSM逻辑图

现行主流通信协议的逻辑结构都符合树形结构，为此可以把所有的通信协议都抽象为一种与之对应的树形语义模型——协议模型树(PMT)。PMT就是一个状态机，PMT的一个节点就是状态机的一个状态。PMT按其数据的流向分为输入树(IPWT)和输出树(OPWT)。

在协议适配中，当PWT描述的是输入端的协议时，就为输入树；当PWT描述的是输出端的协议时，就为输出树。协议适配的目的是将输入树的数据元素转换为输出树的数据元素，定义一组公式包括数据类型和运算函数y=f(x…)对转换关系进行描述，这组公式把两棵树以有向图的方式连接起来，如图2所示。

图2　协议适配原理示意图

2.3综合接入设备原理

综合接入设备兼具业务接入、数据交换和数据传输等多种功能，将接入的各环境构设设备提供的不同数据信息统一转换为标准的IP数据包，再将IP数据包发送到IP网中；或接收IP网中传来的控制指令和数据，转换为现有设备的各种控制命令并以相应格式的信息输出。这种方式传输方式单一，只要IP数据包可到达的地点均可以实现信号的接入。综合接入设备接入示意图如图3所示。

图3　综合接入设备接入示意图

3　系统实现

3.1协议适配软件体系结构

协议适配软件软件体系结构如图4所示，包括模型管理器、设备驱动、应用协议适配服务器和I/O通信模块四个组成部分。模型管理器针对不同复杂电磁环境构设设备的通信协议建立与之对应的协议适配模型，通过分析协议组成，构建协议模型树，在不同环境构设设备的协议之间建立映射关系，编译生成相应设备驱动。设备驱动是针对不同复杂电磁环境构设设备生成的动态链接库，它识别符合环境构设设备通信协议的信息，驱动应用协议适配服务器和通联的另一端环境构设设备进行通信，从而完成两个设备系统间的无缝集成。应用协议适配服务器是一个独立的可执行程序，其通过调用设备驱动，完成环境构设设备双方通信协议的相互转换，从而实现两者的互联互通。I/O通信模块完成协议适配软件和环境构设设备的直接通信。

图4　软件体系结构示意图

3.2协议适配软件实现

协议适配软件实现采用可视化、伪语言编程技术，其中协议模型采用XML语言描述。

协议适配软件中采用的可视化编程视图通过拖拽方式构建协议模型树，并通过拖拽有向边的方式建立不同组成元素间的映射模式，通过“伪语言”方式，让普通用户完成模型转换工作，将带有转换函数的模型树编译生成标准的C/C++语言源代码，并最终生成设备驱动程序。构建协议模型树采用GDI方式，为用户提供一个图形操作环境。视图从上到下采用不同矩形表示不同的组成节点，每个节点包括节点名称、数据类型、节点类型等不同属性。

扩展标记语言XML是面向内容的自描述性语言，它以一种统一的信息描述标准去定义各种数据源中的数据，屏蔽它们在平台、系统环境、内部数据结构等方面的异构性，适于异构应用间的数据共享[3-4]。复杂电磁环境构设设备的异构数据来源，阻碍了信息集成与交换，而XML可以以一种统一的数据模式描述来自不同数据源的数据，保证了结构化数据的同一性和应用平台无关性，方便了内容跨系统的应用。

3.3综合接入设备实现

综合接入设备由信息处理单元和接口适配单元组成，以信息处理单元为平台，通过内置专用接口适配单元，实现接入数据的接口转换、协议转换和数据远传。设备原理框图如图5所示。

图5　综合接入设备原理框图

4　结束语

电磁环境构设设备综合接入是一项意义重大又极其复杂的工程。综合接入设备及协议适配软件的设计实现，为复杂电磁环境下装备试验、作战训练中的电磁环境构设提供了一种新的可行技术手段；为实现综合运用各种不同环境构设设备形成有效、最大化的环境构设提供了技术支持。目前该系统已多次应用于演习训练的电磁环境构设中，均取得了理想效果。后续将充分借鉴本系统研究的技术思路，将接入对象拓展到通信、雷达等用频装备，研究针对不同电子信息装备的综合接入技术，探索自动采集记录装备工作参数和工作状态数据的技术途径和实现方法，解决当前装备效能及训练效果评估缺乏基础数据的难题。■

[1]刘丽明,黄文亮,孙璐璐.海战场复杂电磁环境构建方法[J].舰船电子对抗,2010,33(4):15-17.

[2]刘尚合,孙国至.复杂电磁环境内涵及效应分析[J].装备指挥技术学院学报,2008,19(1):1-5.

[3]郎星建,刘宏志.基于XML的信息工程监理异构数据集成研究[J].计算机技术与发展,2011,21(3):221-224.

[4]倪兴旺.基于XML的异构数据交换研究与实现[J].石家庄学院学报,2014,16(3):35-38.

Integration technology for electromagnetic environment constructing equipment

Yue Xiuqing, Zhou Xiaoping, Sun Yongquan, Ren Yan, Que Weiyan

(North Electronic equipment Research Institute,Beijing 100191,China)

In the process of electromagnetic environment constructing，how to manage different equipment to construct environment realistically is the problem which needs to be resolved in equipment experiment and campaign training under complex electromagnetic environment.The integration technology of electromagnetic environment constructing equipment is studied， the solution of “integrated device and the software for multi-protocol conversion” is proposed，and the system design and realization is completed.It provides valid technique means of integrating different constructing equipment in order to create added power for environment building.

electromagnetic environment constructing;integration;multi-protocol conversion

2015-11-25；2016-03-14修回。

岳秀清(1981-)，女，工程师，博士，主要研究方向为电磁环境构建、评估与应用。

TN97

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