基于軟件架構設計的多源信息融合系統

高 義，劉承禹

(1.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊050081;2.二炮裝備研究院，北京100085)

0 引言

多源信息融合，也可稱為多傳感器信息綜合處理，是一種對信息的多層次、多方面的處理過程。多源信息融合系統中各融合節點對應的數據源是多種傳感器，由于各傳感器的功能不同、性能各異，它們所能提取的信息也不同。傳統的多源信息融合系統的實現主要是針對融合系統中不同節點、不同層次、不同信息處理需求等設計相應的軟件，來完成相應的融合功能，這種實現方法最終會導致整個信息融合系統異常龐大，融合系統中各部分組成關系異常復雜。

為優化多源信息融合系統的綜合處理和集成能力，針對多源信息融合系統這一領域工程進行分析，采用目前較為流行的軟件架構設計思路，來設計一種混合多級式多源信息處理系統架構模型。

1 基本概念

1.1 軟件架構

軟件架構是一種由特定領域的軟件體系結構所決定的軟件構造框架，是整個或部分系統的可重用設計。軟件架構都是針對特定領域進行分析，識別這些應用的共同特征和可變特征，對刻畫這些特征的對象和操作進行選擇和抽象。

基于領域工程軟件架構設計，首先對多源信息融合系統進行領域需求獲取，構建領域模型，進而進行領域設計，最終完成多源信息融合系統架構設計。

1.2 多源信息融合系統領域分析

目前，多源信息融合系統結構體系通常采用3種信息處理結構:集中式、分布式和混合式，另外還有一種拓展結構:多級式。

對于單級小型融合節點或中心，大多可采用集中式或分布式融合結構，融合節點對傳感器數據直接或經過局部預處理后，進行數據對準、聯合檢測、數據關聯、航跡相關、航跡合成、特征提取和屬性判定等。

圖1 單級融合節點結構框圖

對于多級式融合處理系統，具有多個局部融合節點。各局部融合節點可以是集中、分布或混合式融合處理中心，它們接收、處理多個(種)傳感器的數據，可形成初級的信息融合結果;系統融合中心或高級融合節點又可將各局部融合節點看作為其輸入傳感器，再次對各局部融合節點傳送來的航跡數據(目標屬性)進行關聯和合成，形成更準確、全面的融合結果。

基于多級式的多源信息綜合處理系統框架如圖2所示。

圖2 多級多源信息綜合處理系統框架

圖中單級融合節點可以是某一類承載平臺，其上的融合處理器對平臺搭載的多種傳感器匯集的數據進行融合處理，形成本節點的初級結果數據;多級融合節點可以是一個區域信息融合中心或者綜合處理中心，可采用混合式融合處理結構，既可接收初級融合節點的數據，也直接獲得初級融合節點傳感器的原始數據，對這些數據的處理可采用特殊的數據處理軟件，也可采用與初級節點相同的融合處理軟件構件。

2 多源信息融合系統軟件架構設計

2.1 領域需求分析

通過對多源信息融合系統領域進行分析，從該領域的應用模式來看系統需求和功能配置具有顯著的共性，同時不同的應用系統(平臺)側重點以及結構層次又不盡相同。它們的不同點體現在:系統的規模、結構層級不同，系統的傳感器種類、功能不同，信息融合處理側重點不同。它們的共性體現在:數據級的融合模塊針對同類傳感器數據可進行直接處理;特征級融合模塊可針對不同層級的傳感器數據進行融合;不同層級的融合節點對于同類傳感器數據的融合算法基本相通;基于數據庫的融合信息管理模塊可以通用。

通過以上分析發現，多源信息融合系統作為特定領域的應用，其業務方式和業務范圍相對比較規范、穩定，雖然對于不同應用環境，其業務處理不盡相同，但在業務流程以及基本數據處理算法上基本都是類似的，其應用模式具有非常大的相似性，這一點符合實施軟件架構領域工程的前提，即領域特征的相對穩定性。基于多源信息融合這一特定應用領域，完全可以建立一套合理、可行的該領域軟件架構的解決方案，從而改變目前該領域軟件開發模塊復雜、研制周期長、擴展能力差和維護困難等現實問題。

2.2 領域設計

通過對多源信息融合系統架構的分析，可以看到對于多級多平臺的信息融合系統可利用軟件構件化設計思想，將各級融合算法模塊進行構件化設計，將特征層和決策層融合方法相結合，來構建多級混合式信息融合系統。

在進行多源信息融合系統領域的通用架構設計時，應該遵循領域工程的基本原則，同時，為了使通用架構更加具有生命力，必須考慮到該領域的技術發展和需求變化情況，盡可能采用構件技術和設計模式，以達到最大限度地重用和擴展目的。

根據對多源信息融合系統的領域分析，提取領域通用架構需求，在此基礎上，對領域軟件架構進行如圖3設計。

圖3 多源信息融合系統領域軟件架構模型

(1)服務管理(構件管理)構件

服務管理模塊是整個架構的核心和支撐，用來管理組成應用系統的各個業務功能構件和架構通用構件。服務管理模塊包含一個全局的服務管理器和若干服務。

(2)用戶界面管理構件

用戶界面管理模塊只是實現了一個架構的通用模式，在具體應用系統開發時，開發者可以開發具體的應用界面。

(3)通信管理構件

多源信息融合系統需要對多級融合節點、多種傳感器的信息進行交互，各應用節點內以及應用節點間的通信需求非常復雜，為了提高系統內通信傳輸的效率，需要建立一個通用的通信管理平臺。包括:組成應用系統和架構的各個構件之間、各個平臺之間、軟件和傳感器設備之間的數據、消息、指令的交互管理。通信管理并不關心所接收和分發的具體信息，僅負責整個應用系統內部和外部的通信收發。

(4)數據庫管理構件

提供增、刪、改、查、備份、恢復等數據管理功能。

(5)傳感器驅動構件

多源信息融合系統要完成一定的傳感器數據采集工作，必須指揮控制相應的傳感器設備。在以往的系統開發過程中，每增加一種新的設備，或者原有設備功能改造升級后，往往需要改動相應的軟件，以適應新的接口和功能需求。為了減少這樣的工作量，在通用架構中設計一個傳感器驅動管理構件。該驅動構件是一類特殊的適配器，它負責將標準的設備控制命令轉換成各種設備特有的控制指令。針對不同的設備只需構造不同的設備驅動構件，設備升級或更換時只需替換相應的設備驅動構件，而無需修改程序的其他部分。

6)業務處理構件包

業務處理構件包是多源信息融合系統應用領域需求核心，主要是針對不同傳感器對象、不同融合層級實現相應的融合處理功能。包括:目標融合業務構件包、目標識別業務構件包和態勢綜合業務構件包等。

各業務處理構件以插件形式集成在多源融合信息系統框架中，不同應用領域、不同融合節點層級可根據需要進行靈活組件，這樣既能滿足不同融合系統的業務需求，又保持了整個系統框架標準統一，有利于靈活配置、系統維護。

3 通用構件實現

3.1 通用構件提取

為增強系統的復用性、可擴展性，提高系統的運行效率，將系統中一些公共的、使用頻度較高的模塊抽取出來通用化，形成系統通用的構件庫。隨著系統架構模型的不斷完善，通用構件庫中的構件可以不同的升級和完善，同時新的構件可以不斷地增加進來。

領域通用構件的提取一般分為3個步驟:① 標識構件和操作;②對構件進行抽象，將分解后的實體所擁有的共同屬性抽象出來。③構件的分類、合并和優化。

下面以最常用的數據庫管理構件為例說明通用構件設計實現方法。

3.2 通用構件設計

3.2.1 數據庫管理構件需求分析

數據庫管理構件完成數據庫表的查詢、新增、編輯、刪除、打印和數據庫的備份、恢復功能。由于該構件可以依據不同的數據庫構成和權限，分配對不同庫表的操作權限，因此構件設計時，必須滿足以上的要求。

3.2.2 數據庫管理構件設計實現

數據庫維護構件的開發完全基于COM技術規范，由于該構件定位在嵌入其它軟件內，因此采用進程內方式。由于以往信息處理領域軟件中的數據庫都使用Oracle數據庫，在此選用OO40實現數據庫的連接、數據集的訪問等功能。

數據庫管理功能可提取的公共模塊包括:增、刪、查、改等，其中數據庫查詢功能是通用構件中重要部分，下面以數據庫查詢功能為例，說明其實現過程。

數據庫查詢功能可分為無條件查詢和條件查詢2種類型。查詢功能中一個關鍵技術是動態SQL語句生成。這其中的難點又是過濾條件的生成。根據用戶所選字段的類型不同，相應的該字段的組合條件也不同。當用戶選擇多個條件時，各個條件之間還要依靠連接符進行連接。連接符最常用的就是與(＆＆)和或(||)。

實現條件查詢的部分代碼如下:

4 結束語

通過對軟件架構技術基本理論和方法的介紹，針對多源信息融合系統工程領域的應用分析，設計了一個基于軟件架構體系的多源信息融合系統框架模型，從系統角度對混合多級式多源信息融合系統的構建提出了一種新的設計思路。

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