基于XML技術(shù)的武器控制系統(tǒng)交聯(lián)信息解析

呂曉峰，馬登武，曲曉燕

(海軍航空工程學(xué)院，山東 煙臺(tái) 264001)

0 引言

懸掛物管理系統(tǒng)［1-2］(又稱為武器控制系統(tǒng))在一方為飛行員及火力控制系統(tǒng)、另一方為導(dǎo)彈的兩者之間執(zhí)行接口功能，用于管理和控制載機(jī)所攜帶的導(dǎo)彈，完成戰(zhàn)斗和訓(xùn)練中對(duì)導(dǎo)彈的加熱、供電和發(fā)射等任務(wù)。某型飛機(jī)武器控制系統(tǒng)是以武器控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)為核心，采用ARINC429總線信號(hào)與武器接口組件、交聯(lián)組件、操作控制臺(tái)等12個(gè)通道進(jìn)行信息交聯(lián)，傳遞與武器發(fā)射控制相關(guān)的信息，此信息稱為武器控制系統(tǒng)交聯(lián)信息。而“飛機(jī)-發(fā)射架-導(dǎo)彈”接口間的發(fā)射控制信號(hào)為“27V/OPEN”和“GND/OPEN”等開(kāi)關(guān)量，包括飛機(jī)向?qū)梻鬏數(shù)墓╇姟⒅评洹?zhàn)術(shù)發(fā)射等信號(hào)和導(dǎo)彈向飛機(jī)傳輸?shù)膾燧d指示、導(dǎo)彈準(zhǔn)備好等信號(hào)。

可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言(eXtensible Markup Language，XML)［3］作為描述數(shù)據(jù)表現(xiàn)的一種形式，它借助 DTD或XSD來(lái)靈活定義標(biāo)記從而可以表示任意數(shù)據(jù);在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的表示方面，由于XML文件本身就是一種樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，因此它更能直觀地反映數(shù)據(jù)本身的特征;在信息呈現(xiàn)方面，由于XML可以自定義標(biāo)記和屬性，當(dāng)待表述的信息較復(fù)雜時(shí)，它具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì);在可擴(kuò)展方面，由于用戶可以隨時(shí)定義自己的標(biāo)記或?qū)傩詠?lái)表示數(shù)據(jù)，因此具備良好的可擴(kuò)展性和可移植性。以往表示武器控制系統(tǒng)交聯(lián)信號(hào)等元信息常采用電子表格或特定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，必須以二進(jìn)制形式存檔于文件才方便計(jì)算機(jī)處理，人們?cè)陂喿x時(shí)很不直觀。XML文件實(shí)際上是一種特定格式的文本文檔，在計(jì)算機(jī)處理方面，W3C等組織已開(kāi)發(fā)了眾多優(yōu)秀的API接口非常方便于計(jì)算機(jī)解析，因此具備良好的人機(jī)可讀性。

通過(guò)分析武器控制系統(tǒng)交聯(lián)信息發(fā)現(xiàn)，它具有高度結(jié)構(gòu)化的特點(diǎn)，因此，采用XML來(lái)表示這些信息，當(dāng)今后交聯(lián)信息需要擴(kuò)展或重定義時(shí)，只要增加或修改XML文件相應(yīng)的標(biāo)記或?qū)傩约纯桑鵁o(wú)需修改應(yīng)用程序。本文通過(guò)XML解析采集的交聯(lián)信息數(shù)據(jù)文件來(lái)分析武器發(fā)射控制信號(hào)。

1 數(shù)據(jù)格式分析

ARINC429總線數(shù)據(jù)傳輸［4］是一種串行通信。其數(shù)據(jù)信息通過(guò)一對(duì)單向、差分耦合、雙絞屏蔽線傳輸。在傳輸信息時(shí)，ARINC429數(shù)據(jù)總線的碼型為32位雙極性歸零碼，如圖1所示，發(fā)送的脈沖有3個(gè)電平:高電平(+6.5～+13 V)、低電平(-13～-6.5 V)、零電平(-2.5～ +2.5 V)，分別對(duì)應(yīng)邏輯1、邏輯0和本身的時(shí)鐘脈沖。數(shù)據(jù)交換方式是異步進(jìn)行的，數(shù)據(jù)傳送速度為50 kb/s。

圖1 ARINC429總線數(shù)據(jù)傳輸Fig.1 Transmission of ARINC429 bus data

對(duì)于某型飛機(jī)武器控制系統(tǒng)內(nèi)部傳輸?shù)?2位ARINC429總線信息，32位為一個(gè)字，字的前8位為地址位，第32位為奇偶校驗(yàn)位，第9～31位為信息位，某一位或者某兩位的組合表示一個(gè)武器發(fā)射控制信號(hào)。

通過(guò)WinHex軟件分析采集得到的交聯(lián)信息文件可知，信息按數(shù)據(jù)幀保存，每幀64位二進(jìn)制數(shù)，共8個(gè)字節(jié)，表示的含義如圖2所示。

圖2 采集數(shù)據(jù)格式Fig.2 Format of acquired data

2 總體方案設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)二進(jìn)制交聯(lián)信息進(jìn)行分析可知，它每一位的含義分明，可通過(guò)位運(yùn)算來(lái)表述特定的含義，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)清晰，非常適合XML來(lái)表示。對(duì)于該交聯(lián)信息分析系統(tǒng)，首先采用樹(shù)結(jié)構(gòu)模型對(duì)交聯(lián)信息進(jìn)行建模，將樹(shù)結(jié)構(gòu)映射到XML文件對(duì)象樹(shù)，實(shí)現(xiàn)了交聯(lián)信息的XML表示，摒棄以往以電子表格或特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等二進(jìn)制方式表示不方便閱讀以及修改、擴(kuò)展困難的缺點(diǎn);然后，對(duì)XML文件進(jìn)行解析［5］，由于它本身是一種樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，它的解析實(shí)際上是樹(shù)的遍歷過(guò)程，現(xiàn)有的解析接口十分豐富，隨取隨用;最后，編寫(xiě)應(yīng)用程序，通過(guò)調(diào)用XML解析API完成對(duì)源數(shù)據(jù)的分析、處理與顯示。總體方案如圖3所示，利用XML解析交聯(lián)信息的基本步驟為:1)建立統(tǒng)一規(guī)范的XML文件;2)對(duì)文件進(jìn)行解析，獲得需要的數(shù)據(jù);3)數(shù)據(jù)計(jì)算與顯示。

圖3 總體方案Fig.3 Overall plan

3 建立XML文件

此交聯(lián)信息的XML文件應(yīng)根據(jù)交聯(lián)信息碼的邏輯定義關(guān)系，采用位運(yùn)算方法確定，如表1、表2所示。表1為飛機(jī)傳輸給導(dǎo)彈的控制信號(hào)交聯(lián)信息邏輯定義，表2為導(dǎo)彈傳輸給飛機(jī)的反饋信號(hào)交聯(lián)信息邏輯定義。以“導(dǎo)彈加溫”指令和“發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火”指令為例進(jìn)行分析。

表1 控制信號(hào)邏輯定義Table 1 Logic definition of controlling signal

“導(dǎo)彈加溫”指令為ARINC429串行碼9～31位中的某一位表示一個(gè)指令的情形，當(dāng)32位中的第18位為邏輯“1”時(shí)，表示存在“導(dǎo)彈加溫”指令，考慮將ARINC429數(shù)據(jù)中的第9～32位與V1(0x4000)做“與”運(yùn)算，當(dāng)結(jié)果為V2(0x4000)時(shí)該信號(hào)存在，結(jié)果為V3(0)時(shí)信號(hào)不存在。

“發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火”指令為某兩位的組合表示一個(gè)指令的情形，當(dāng)?shù)?1/12位的組合為“0/1”時(shí)，表示存在“發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火”指令，考慮將ARINC429數(shù)據(jù)中的第9～32位與 V1(0x300000)做“與”運(yùn)算，當(dāng)結(jié)果為 V2(0x100000)時(shí)該信號(hào)存在，結(jié)果為V3(0x200000)時(shí)信號(hào)不存在，因?yàn)槲淦骺刂葡到y(tǒng)硬件電路要求當(dāng)某兩位的組合表示一個(gè)指令時(shí)，兩位數(shù)值互不相等，因此，“與”運(yùn)算后的結(jié)果不會(huì)為V1。

表2 反饋信號(hào)邏輯定義Table 2 Logic definition of feedback signal

以上分析得知，根據(jù)“通道號(hào)→前8位地址→9～31位中的某一位或某兩位組合”即可定位到具體某個(gè)發(fā)射控制信號(hào)，因此，XML文件定義各個(gè)彈型參數(shù)應(yīng)該包含參數(shù)名、通道號(hào)、地址和位運(yùn)算等信息，對(duì)于不同的武器類型，我們定義各類“武器類型”標(biāo)記，在這個(gè)標(biāo)記下，再定義子標(biāo)記來(lái)表示各種控制信號(hào)，子標(biāo)記定義一些屬性，包括通道號(hào)、地址和位運(yùn)算關(guān)系等。

XML文件采用節(jié)點(diǎn)樹(shù)的形式來(lái)表示，文檔中的每一部分都是樹(shù)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)樹(shù)訪問(wèn)文檔的內(nèi)容，并根據(jù)需要修改文檔。XML文件示例如下:

4 XML解析

XML解析就是對(duì)讀入的XML文件進(jìn)行結(jié)構(gòu)解碼和信息檢索。當(dāng)前主流的XML文件解析方式有兩種:DOM(Document Object Mode)解析［6-7］和 SAX(Simple API for XML)解析［8］。SAX解析技術(shù)適用于流式XML解析，但不支持多標(biāo)記同步訪問(wèn)。DOM解析器首先遍歷整個(gè)文檔，構(gòu)建Document對(duì)象，以樹(shù)形方式建模XML數(shù)據(jù)，解決了多標(biāo)記訪問(wèn)問(wèn)題。

DOM解析方式［9］采用面向?qū)ο竽Ｐ秃鸵幌盗薪涌趤?lái)描述XML文件的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。它采用節(jié)點(diǎn)樹(shù)的形式來(lái)表示XML文件，文檔中的每一部分都是樹(shù)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)樹(shù)訪問(wèn)文檔的內(nèi)容，并根據(jù)需要修改文檔，且由于DOM解析方式所用的樹(shù)結(jié)構(gòu)的思想與XML文件的結(jié)構(gòu)相吻合，因此，該XML文件采用DOM解析方式，C++Builder平臺(tái)已提供了現(xiàn)成的DOM解析接口，非常方便調(diào)用。

C++Builder有處理XML文件讀寫(xiě)的類和庫(kù)函數(shù)，XML文件中主要包含各種彈型的參數(shù)信息及其運(yùn)算關(guān)系，XML類(接口)_di_IXMLDocument獲取XML結(jié)點(diǎn)實(shí)際上就是樹(shù)的遍歷［10］。XML解析過(guò)程部分程序如下:

5 數(shù)據(jù)計(jì)算與顯示

通過(guò)解析交聯(lián)信息XML文件，可得到相應(yīng)的通道號(hào)、前8位地址、9～31位數(shù)據(jù)和位運(yùn)算關(guān)系。同時(shí)，根據(jù)“通道號(hào)→前8位地址→9～31位中的某一位或某兩位組合”即可定位到具體某個(gè)發(fā)射控制信號(hào)。因此，通過(guò)位運(yùn)算，將ARINC429數(shù)據(jù)中的第9～32位與V1做“與”運(yùn)算，當(dāng)結(jié)果為V2時(shí)該信號(hào)存在(邏輯“1”)，結(jié)果為 V3時(shí)信號(hào)不存在(邏輯“0”)。以橫坐標(biāo)表示采集時(shí)間，縱坐標(biāo)表示計(jì)算結(jié)果，XML解析結(jié)果顯示曲線部分如圖4所示(部分區(qū)間放大后)，曲線直觀顯示了飛機(jī)武器控制系統(tǒng)內(nèi)部交聯(lián)信息。

圖4 XML解析數(shù)據(jù)曲線Fig.4 Curve of XML parsing data

6 結(jié)束語(yǔ)

由于歷史遺留或技術(shù)封鎖等原因，在開(kāi)發(fā)機(jī)載或地面飛行數(shù)據(jù)處理程序上，對(duì)元數(shù)據(jù)表示的方法和結(jié)構(gòu)比較混亂，沒(méi)有遵從特定的標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議，因此，在二次開(kāi)發(fā)上往往比較困難，本文提出的基于XML的數(shù)據(jù)表示方法不僅具備先天的可移植、可擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)，而且方便人機(jī)閱讀和處理，勢(shì)必是今后元數(shù)據(jù)表示的方向。

［1］王朝陽(yáng)，季曉光，丁全心.機(jī)載懸掛物管理系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展分析［J］.電光與控制，2009，16(3):1-5.

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［3］丁躍潮，張濤.XML實(shí)用教程［M］.北京:北京大學(xué)出版社，2006.

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