智能封控子弹药组网技术研究

俞 洋，王 玲，白 帆

(沈阳理工大学 自动化与电气工程学院，辽宁 沈阳 110159)

智能封控子弹药组网技术研究

俞 洋，王 玲，白 帆

(沈阳理工大学 自动化与电气工程学院，辽宁 沈阳 110159)

阐述了智能封控子弹药的工作流程，设计相应通讯硬件来完成封控子弹药系统的物理实现.通过AODV协议实现智能封控子弹药的自组网，从而实现战场信息的交互.实验结果表明，该系统能够为封控子弹药信息获取、传输、交互、显示和攻击提供通讯基础，完成封锁和控制特定区域的任务.

智能封控子弹药； AODV协议； 自组网

从上世纪九十年代，美国国防高级研究计划局提出“组网子弹药”计划到现在，封控子弹药组网技术已经取得了许多优秀的成果[1].在网络化协同打击弹药技术方面，地面网络化区域封控子弹药系统目前已进入批量生产阶段，可实现弹药节点间通信、中继转发通信以及网关与指挥中心的信息互通互联等功能.

国内地面封控子弹药的网络化技术经过近几年的研究，已突破了有限节点网络的自组网与自定位、简单的网络协同等单项关键技术，但离工程应用还有一定差距，针对具体军事应用背景的系统级关键技术研究还没有开展，如网络弹载终端的抗过载及加固技术、复杂战场环境自适应性技术、复杂自组织网络动态组网技术以及系统小型化低功耗技术等.

网络化智能封控子弹药是适应信息化战场需要而诞生的智能弹药，是集信息获取、传输、交互、显示和攻击为一体的武器系统，它结合了无线通讯、传感器采集、智能攻击决策等技术.系统凭借多传感器采集封锁区域信息，通过无线通讯模块将战场目标信息传递至整个子弹药系统，对目标综合分析后，选定最优的攻击子弹药.

Ad Hoc网络是一种新颖的移动计算机网络类型，其自身的独特性赋予其巨大的发展前景.AODV(Ad Hoc按需距离向量)协议作为Ad Hoc协议的一种，用于实现封控子弹药系统每个节点的平等通信地位，避免了子弹药因使用路由器、协调器等造成的功能差异，以及因功能性子弹药被摧毁而导致的整个系统通信中断.同时，AODV协议作为按距离矢量路由，可以实现低功耗通讯，降低整个系统的功耗.

1 智能封控子弹药的工作流程

网络化智能封控子弹药的工作过程为：智能封控子弹药通过飞机布撒、抛射或人工布置等方式被部署在封控任务区域；智能弹药投放在目标任务区域以后，依照最优散布方式散布在目标区域，智能子弹药之间进行自组网，对各节点信息进行共享；若目标进入弹药的探测范围，则弹药系统依据目标识别算法对目标进行判断；一旦目标被弹药系统确认为真目标，则弹药对该目标进行攻击；目标被攻击后，其他子弹药可对其进行毁伤评估，判断其状态(完全摧毁或是仍然可以工作)[2].

在网络化弹药协同作战的过程中，各子弹药之间需要相互通信，所有目标区域的弹药都处于同一个网络之中.网络化弹药协同作战流程如图1所示.

图1 网络化智能弹药协同作战流程

2 硬件电路设计

封控子弹药系统由多个子弹药组成，每个子弹药拥有独立的S3C2416核心电路、WIFI数据传输模块、传感器预留接口，可根据不同战场环境选择不同传感器进行战场信息探测.各子弹药通过WIFI通讯模块彼此进行数据传输.本系统微控模块使用三星公司的S3C2416芯片.其内核版本为ARM926，主频为400 MHz，内嵌了Watch DOG功能.系统的运行内存选用三星的K4T51163 DDRII266 64MByte RAM，程序存储选用三星的NAND FLASH.S3C2416芯片的引脚较多，电路较复杂，此处不再附图.图2、图3、图4分别是DDR电路图、Flash电路图以及WIFI电路图

WIFI数据传输模块能够实现远距离高速数据传输.它可以选择陶瓷天线通讯，也可通过IPEX连接外置天线通讯.这两种天线可以适应不同通讯距离的封锁任务.该通讯模块功耗低，线性输出功率较大，符合IEEE802.11B/G/N规范要求，支持IEEE802.11i安全协议，达到了IEEE 802.11e标准要求的服务质量，可以与其他符合该标准的无线设备互相联通,支持最新的64/128位WEP数据加密，支持WPA-PSK/WPA2-PSK，WPA/WPA2安全机制，无线传输速率高达150 Mb/s.同时，其硬件还预留多个传感器接口、标准的USB数据接口和串行数据接口，方便了传感器模块的数据信息传输.

3 软件系统设计

本文通过无线通信技术、自组网技术、传感器探测技术、GPS定位技术等，针对网络化智能封控弹药，形成了集信息获取、传输、交互、显示和攻击为一体的新型弹药武器系统，从功能角度上，使得智能封控弹药系统具备目标探测功能、定位功能、通信组网功能、自主决策功能与毁伤功能等.其目标探测功能主要以多传感器为探测手段，实现对攻击目标的探测、识别与跟踪；定位功能主要为弹药提供自身地理位置信息；通信组网功能实现智能封控弹药的自动组网，为系统的信息融合与自主决策提供硬件支持；自主决策功能基于网络平台实现自主决策计算，并对多节点获取的目标状态进行评级；毁伤功能指智能封控弹药战斗部对目标的打击与毁伤.

本系统采用Linux为主的嵌入式系统.Linux系统支持无线局域网，通过系统应用编程接口为WLAN协议栈和WLAN设备驱动程序提供软件运行环境.Linux操作系统可为无线网卡提供API接口，用户能够更便捷地操控硬件设备.本系统成功移植了版本为2.6.21.5的Linux内核、busybox根文件系统，并在Linux系统的基础上采用RTL8192芯片的无线网卡驱动.本系统编译安装的AODV-UU-0.9.5.是一款成熟的Linux平台下的AODV路由协议，能够实现智能封控子弹药的无线自组网多跳路由.本系统的定位功能模块选取目前占主流地位的GPS全球定位芯片，为智能封控子弹药提供准确的地理位置信息.决策功能模块采用AHP-EW(熵权法-层次分析法融合算法)评价体系的改进算法，实现智能封控子弹药对目标属性复杂决策的定量判断，并通过网络的群决策得到最后的毁伤方案.使用这种“AHP-EW”进行目标决策，不仅能够较好地反映客观智能封控子弹药数据本身的作用，又能够较为科学地运用算法偏向等主观因素，选出更具有合理性的攻击子弹药，从而实现智能封控子弹药系统对某区域进行较长时间的有效封锁,减小智能封控子弹药系统整体的电量损耗，并实现智能封控子弹药系统内部的良好通信[3-4].

系统程序流程如图5所示.系统开机后，首先初始化，然后运行AODV协议，建立网络通讯，之后利用各传感器进行目标搜索，检测目标是否进入封锁区域.若有目标进入，系统则利用“AHP-EW”决策算法进行目标攻击；若无目标进入，系统则继续进行目标搜索.

图2 DDR电路图

图3 Flash电路图

图4 WIFI电路图

图5 系统的程序流程

4 AODV组网多跳实验测试

本系统采用基于WIFI的AODV路由协议，实现了智能封控子弹药系统数据的多跳数据传输.其WIFI通讯模块使用2.4 GHz的通讯频率.WIFI的使用范围广，数据传输速率高，且支持“永远在线”功能，能够实现数据的实时传输.AODV协议是Ad Hoc网络路由协议的一个分支，具有灵活性强、无需基站支持、组建迅速、适应环境能力强、多跳路由等特性[5].本系统利用AODV-UU-0.9.5协议包，使封控子弹药快速获取到达目标子弹药的路由，并且，针对子弹药毁坏而产生的通讯链路断裂可做出快速反应，从而保持系统内无线数据传输的通畅.

采用3个子弹药进行AODV协议的多跳实验时，A、B、C子弹药呈直线分布，A、C子弹药处于线段两端，B子弹药处于线段中点.A子弹药与C子弹药彼此不能直接通信.B子弹药可以与A、C两个子弹药通信.

无线自组网由A子弹药(IP：192.168.1.1)发起，B子弹药(IP：192.168.1.5)、C子弹药(IP：192.168.1.9)随后启动，同时运行AODV协议.协议运行后，会在自身的路由表中加入其他节点的IP信息.AODV协议运行结果如图6所示.

在A子弹药系统中，利用ping-R IP命令进行信道检测及路由路径显示.A子弹药ping B子弹药的实验结果如图7所示.

为了测试A子弹药到C子弹药的数据传输，在A子弹药系统中利用ping-F IP不停地向目的子弹药发送数据包，然后利用nload软件工具进行测试.测试结果如图8所示.

在网络信道检测中，系统通过中间节点进行数据转发，实现无线通讯路由转发功能；在数据传输测速实验中，系统的数据传输速度达到了114 kb/s，能够满足封控子弹药的数据传输需求.

图6 AODV协议运行结果

图7 A子弹药ping B子弹药实验结果

图8 A子弹药ping C子弹药实验结果

实验证明，AODV协议可实现数据的多跳传输，能够以较高速率传输数据，符合封控子弹药系统的通讯需求，能够提供网络化协同作战的通讯基础.

5 结束语

本系统以Linux系统为软件平台，以WIFI作为通讯硬件手段，利用AODV-UU-0.9.5作为路由协议实现封控子弹药无线自组网，为封控子弹药实现网络化协同作战提供了通讯基础.

[1] 赵 阳.基于ARM平台的AODV路由协议实现与AODV协议的改进[D].北京：北京邮电大学，2009.

[2] 安媛媛.Ad-Hoc网络环境下基于嵌入式Linux平台的视频传输系统设计[D]. 哈尔滨：哈尔滨理工大学,2015.

[3] 付自军,赵捍东,曹红松，等.网络化智能雷群的目标优化分配问题研究[J].弹箭与制导学报，2009，29(3)：235-238.

[4] 汪 翼,李 炜,张 伟.网络化弹药协同作战效能研究[J].指挥控制与仿真,2011，33(1)：64-70.

[5] 丁 浩,范生万,张 磊.基于“AHP & EW融合技术”的多目标决策权重确定方法[J].通化师范学院学报(自然科学),2016,37(2):19-22,25.

Research on the Network Technology of Intelligent Sealed-controlled Submunition

YU Yang,WANG Ling,BAI Fan

(School of the Electrical Engineering & Automation, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159,China)

With the upgrading of the modern war, the military technology is unceasing innovation, the intelligent sealing the bullet medicine is the product of this change, the network is its next change, through the network technology, it can realize its battlefield coordinated combat military demand.In this paper,the work processes of network-based intelligent submunition is described,the corresponding hardware is designed, completed the physical implementation.By AODV protocol,it makes submunition to Ad Hoc network, and achieve battlefield information interaction.Experimental results show that the system has abilities of information obtaining, transmission,displaying,and attacking,it can complete the task of blocking and controlling specific areas.

intelligent sealed-controlled submunition;AODV protocol;Ad Hoc network

2017-04-21

俞 洋(1991-)，男，甘肃武威人，硕士研究生，研究方向为先进控制理论与应用.

1006-3269(2017)02-0043-06

TP39

A

10.3969/j.issn.1006-3269.2017.02.010