基于时钟同步和通信解析的某型导调系统设计*

舒 畅

（1.武昌工学院，武汉 430065；2.陆军工程大学军械士官学校，武汉 430075）

0 引言

军事装备武器系统间的无缝链接、协调和配合、信息交互是未来战争发挥整体效能，最大程度满足作战需要的必经之路，各系统需要在同一导调系统的控制和指挥下，按照时间轴、信息流、人员配置合理规划作战方案，也是充分发挥全系统效能的必然要求。过去，分散的武器系统各自为政，自成体系，没有统一的导调系统指挥协调，最多也就是简单的通信协调，很难适应信息化条件下复杂快速的作战需要。为此，依据某武器系统间的信息互联关系，研制开发了某武器系统导调系统。

该导调系统将某型中低空目标指示雷达系统、某型指挥控制系统、某型自行高炮武器系统和某型地空导弹系统，按照信息流、时间轴和人员分工合理配属方案，将系统管理、预案生成、导调控制、态势显示、事件报告、系统监控和重演显示等席位组建成一套全系统，确保发挥整体效能。各武器系统向导调系统发请求指令，导调分发或广播导调文电，按时间轴运行。

同时，系统需要解决以下问题：一是各武器分系统执行节奏不一致，复杂性不同，导调系统如何合理导调，这是难点；二是导调方案设置是否合理和科学，如何选择方案。对于复杂系统，信息流、网络传输的稳定性和带宽需求，还需要加强研究。

1 总体设计

导调系统由系统管理、预案生成、导调控制、态势显示、事件报告、系统监控和重演显示等模块组成，全系统结构组成如图1 所示。系统连接某型指挥控制系统、某型中低空目标指示雷达系统、某型自行高炮武器系统和某型地空导弹系统，通过训练网和接口协议转换系统组建成一个整系统；导调系统通过导调控制席完成导调控制（方案编辑、方案下发、导调控制、状态显示），通过态势管理席完成态势管理（态势编辑、态势显示），通过事件报告席完成事件报告（事件显示、事件过滤、历史查询），通过监控席完成系统监控（状态监控、视频监控），通过系统管理席完成系统管理（席位管理、用户管理、权限管理），通过重演席完成系统回放管理（方案管理、重演控制）。

图1 全系统结构组成图

系统采用“平台+功能构件”的设计思想，以柔性开发平台为基础，定制开发功能构件来灵活组建。整系统采用开放式体系结构，基于统一的基础平台，遵照规范标准化接口。功能构件开发采用原型迭代、灵活集成、动态部署、集中管控，且部分功能使用开源脚本开发，在提升系统稳定性的同时降低维护工作量。系统软件使用C++语言进行开发，界面库为Qt，配置文件使用XML，态势显示使用二维态势显示。

具体设计特点是：

1）采用开放式体系结构，使本系统具有可移植、可扩展、可互操作、可剪裁等特点，提高系统的可集成性和集成效率；

2）基于统一的基础平台，按照各个项目实现界面库和通用中间件，提高平台开发的效率；

3）遵照规范标准化接口，进行标准化设计，方便功能扩充和第三方研制软件的接入；

4）吸取借鉴商用技术（Qt），充分采用成熟的商用技术，提高系统研制的效率；

5）平台开发采用模块化和中间件技术，消除系统紧耦合现象，减少模块之间的依赖性，便于升级维护。

导调系统连接图如图2 所示，由5 台PC，每台配置为主机：联想Intel i5/4 G/1 T，显示器：21 寸或以上；1 台服务器，Intel E3/4 G/1 T；1 台路由器；1 套网络监控设备组成。

图2 导调系统连接图

导调系统通过训练网和接口协议转换系统，将导调系统插件集和各武器系统链接起来，各部分信息流和控制流通过协议转换相互衔接和控制，实现流程控制。

2 关键技术

首先，因为各武器系统采用不同的操作平台，且不在一个物理区域内，这就需要考虑各系统间的通信和指令解析问题，通信解析问题是该导调系统的核心关键问题之一；其次，系统时间轴同步问题是保证导调在同一时钟节奏下有序运行的关键；再者，导调时钟触发执行指令，是导调实时发送电文、武器系统接收和执行电文的重点之一。为了解决各武器系统间的数据通信，需要一种通用的通信手段，这种通信手段要求格式简单、性能高效、低带宽、高可靠、支持一对一/一对多/多对多的通信。为此，系统提供了一种基于消息队列的多线程网络库，其对套接字类型、连接处理、帧，甚至路由的底层细节进行抽象，提供跨多种传输协议的套接字，可分布式并行运行。

系统关键技术有：

1）数据通信和指令解析技术；

2）系统时间轴同步控制技术；

3）时钟触发驱动技术。

通过模块划分，接口设计，packet.xml、network.xml、packet_adapter.xml 插件实现，时钟同步和触发等方法实现了导调系统数据通信等关键问题。

3 设计实现

3.1 数据通信和指令解析

3.1.1 packet.xml 文件

packet.xml 文件的主要作用为描述数据模型，正确配置此文件是系统间进行数据通信的基础。packet.xml 根节点为报文协议，子节点包含多个报文结点，packet.xml 配合network.xml、packet_adapter.xml 完成通信服务的基本设置，实现数据通信。

1）报文标识

报文标识主要用来指明数据本身是何种类型，在整个系统中，报文标识应该事先规划好，避免在系统通信中发生混乱，出现不应该出现的报文。报文标识包含一级标识和二级标识，如图3 所示。

图3 报文标识

2）标识定位

标识定位主要用来指明所有字段子节点中哪个字段用来存储一级标识或二级标识数据。在当前报文或引用的报文中，如果不定义标识定位，Roshan通信服务子系统将无法判断正确的数据类型，无法正确收发数据。标识定位包含一级标识属性和二级标识属性，如图4 所示。

图4 标识定位

3）字段结点

字段结点用来描述通信数据的所有字段集合，通过大量不同的字段集合来组成一串通信数据流，系统将通过字段结点来将其序列化成二进制流发送出去，或从一段二进制流中反序列化为字段，正确定义字段结点是系统正确解析数据的重要手段。

3.1.2 network.xml 文件

network.xml 文件的主要作用为配置网络数据的接收，正确配置此文件能够让系统接收外部二进制流数据，并将二进制流数据映射到packet.xml 文件所描述的数据模型中，免去编写C++代码进行解析的过程。

3.1.3 packet_adapter.xml 文件

packet_adapter.xml 文件有两个主要功能：一是将接收到的数据通过packet.xml 描述映射到model.xml 描述中去；二是将model.xml 中的模型数据直接映射到packet.xml 描述中并通过网络配置发送。正确配置此文件能够让开发人员编写代码进行数据接收、解析、设置模型、更新界面，以及界面操作、更新模型、打包数据、发送，达到开发人员只关心业务顶层设计和模型算法实现。

1）adapter 结点

adapter 结点用来定义每一种packet 的收发模式，处于接收模式时recvPackets 中的值必须存在于packet.xml 中，处于发送模式时子节点sender 必须存在。在一个adapter 结点中收发模式不能同时存在，也就是说recvPackets 属性和sender 结点不能同时存在。

2）sender 结点

sender 结点用来定义在什么时刻什么条件下如何进行数据发送，triggers 结点定义“什么时刻”和“什么条件”，network 结点定义了“如何发送”。

3）mapper 报文结点

mapper 结点定义了在收发模式下packet 与model 之间的映射关系。在接收模式下，系统会将packetProperty 属性映射到modelProperty 属性中，同样的在发送模式下，系统会将modelProperty 属性映射到packetProperty 属性中。

3.2 系统时间轴同步控制

时间轴同步控制是系统时序控制，统一各席位之间的时间同步，保证各席位业务处理一致性的关键。系统中设置有天文时间轴、计划时间轴、实际时间轴和倒计时功能，通过“开启时统服务”按钮，可进行时间统一校验，统一进程运行。

系统在导调方案中设置各席位时间轴，在导调系统下达开机指令时，各武器系统按方案进度运行，席位时间轴设置如图5 所示。

图5 席位时间轴设置

系统中目标指示雷达子系统导调任务执行过程如图6 所示，在导调系统的时钟控制下，按预定方案有序执行。

图6 目标指示雷达子系统导调任务执行过程

3.3 时钟触发驱动技术

系统在时间轴编辑中设置时间断点，该断点是前一任务结束点，也是后一任务触发点。当运行至断点时，导调发送时间报文给武器系统，武器系统及时转换工作程序，记录前一任务完成情况，进入后一任务运行。本系统中采用标识技术很好地解决了系统与系统之间接口通信问题。系统采用大量配置化的方式对通信双方进行约束，简化维护成本，降低运行时间错误，避免了因接口发生变动需要重新编译代码，帮助开发人员将精力完全放在业务开发上。时钟触发驱动运行界面如图7 所示。

图7 时钟触发驱动运行效果图

以一个雷达子系统的接收数据为例，使用本系统进行数据接收代码如下：

事实证明，这种设计在项目后期进行系统联调联试时非常行之有效，节省了大量的调试时间。

4 结论

为了解决武器系统导调系统通信问题，通过基于统一的基础平台，采用时钟同步和通信解析相关技术，设计packet.xml、network.xml、packet_adapter.xml 插件来实现系统间数据通信，在提高开发效率的同时，也提高了稳定性和可靠性。平台开发采用模块化和中间件技术，避免了传统代码开发的复杂性，各功能构件相互独立，使本系统具有更好的可移植、可扩展、可互操作、可剪裁性，提高了系统的可集成性和集成效率。技术进步点主要有：采用模块化、组合化和松耦合设计技术；采用“平台+ 插件”的开发方式；突破传统代码编写方法，设计插件来实现数据处理和通信。不足之处在于需要开发各武器系统接口协议转换程序，增大了数据传输的开销，降低了传输效率。