軟件能力集成對艦載電子裝備的作用和意義

陳 鋒，汪 晉，呂呈悅

(1. 海軍裝備部駐上海地區軍事代表室， 上海 200000； 2. 南京電子技術研究所， 南京 210039)

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·總體工程·

軟件能力集成對艦載電子裝備的作用和意義

陳 鋒1，汪 晉2，呂呈悅2

(1. 海軍裝備部駐上海地區軍事代表室， 上海 200000； 2. 南京電子技術研究所， 南京 210039)

由于未來大型電子裝備的規模越來越大，系統化程度越來越高，傳統的定制開發模式在裝備研發的可持續性、開放性、移植性和可擴展性上都存在局限。文中提出了以通用硬件平臺、統一軟件架構為基礎，通過軟件無線電實現電子裝備的功能軟件化，有效解決了大型電子裝備的系統能力集成問題，并從電子技術支撐、技術狀態管理、工程研發組織和全壽命使用維護方面進行可行性分析，可應用到大型電子裝備的研發過程中。

軟件能力集成；開放式架構；軟件無線電

0 引 言

艦艇作為高度集成化的作戰單元，既可以單獨執行作戰任務，也可以與其他作戰單元協作構成作戰編隊。未來戰爭是信息化戰爭，艦載電子裝備的性能直接決定了艦艇的作戰性能，進而決定了整個作戰編隊的作戰性能。

近年來艦載電子裝備迅速發展，其系統化程度越來越高，功能覆蓋面越來越廣，協作研發的單位越來越多，以往電子裝備研發采用類似定制模式在可持續性、開放性、技術可移植性、功能擴展性等方面存在局限，已無法適應以信息為中心的新一代大型電子裝備的研制。研究順應新形勢下的系統能力集成解決方案對提升電子裝備的總體作戰性能、可持續擴展性能以及技術移植性能起著至關重要的作用[1]。

1 軟件能力集成的技術途徑

新一代的艦載電子裝備規模由功能單一的中小型

電子設備向功能全面的大型/超大型電子系統轉變[2]，裝備的研制模式從以往單個單位獨自研制、獨自集成向多個單位協作并行研制、統一集成進行轉變。電子系統的能力集成解決方案除了應滿足其總體功能性能在裝備研制的全周期內可以進行開放式的演進和迭代之外，還應滿足在裝備交付后的全壽命周期內可以進行持續性的維護和擴展。軟件能力集成在開放式體系架構的基礎上[3]，通過軟件無線電進行相應作戰能力單元的加載和互聯，為電子裝備作戰能力單元的重構和擴展提供了可能。

1) 軟件能力集成的指導思想：以開放、通用的硬件架構為基礎，以軟件無線電技術為依托，以數據開放共享為手段，以模型設計和優化為核心，以功能軟件化為成果，以全壽命柔性靈活的技術移植為愿景，以持續保持和提升全壽命周期內裝備性能和作戰能力為目的，站在系統的視野，打破行業界限，積極穩步，統籌規劃，共同協作。

2) 軟件能力集成的技術途徑：采用統一的、開放式的體系架構，通過軟件無線電進行作戰能力的動態加載和開放式互聯。

3) 軟件能力集成的實施方式：共同設計，分頭開發，統一集成。

2 基于軟件的能力集成對艦載電子裝備的作用和意義

電子裝備的功能越來越復雜，涉及系統平臺、雷達、通信、電子戰等多個技術層面，基于軟件的能力集成在可持續性、開放性、技術移植性和功能擴展性方面具有與生俱來的優勢。

2.1 可持續性

電子裝備的可靠性越來越高，全壽命周期越來越長，系統的功能在裝備服役期間不斷進行演進，在硬件平臺不進行大規模改造的前提下，通過軟件的升級和擴展來滿足系統新增的能力需求，保證了可靠性，降低了研制成本，縮短了研制周期。

基于軟件的能力集成將系統能力分解為軟件能力，在開放式體系架構的基礎上，根據新的系統需求對軟件能力進行擴展，可實現軟件的迭代，進而滿足裝備在不同階段的可持續性的能力要求。

2.2 開放性

大型電子裝備功能極其復雜，涉及大批量的數據存儲、數據運算和數據傳輸，以往的面向用途的體系架構約束了各任務之間的信息共享，限制了未來云存儲、云計算等云技術的應用。軟件能力集成采用開放式的體系架構，各功能之間通過軟件無線電進行互聯，通過面向任務的數據發布/訂閱機制，將硬件和物理資源虛擬化，資源統一調度，信息充分共享，將大量分散的硬件資源整合成一個協調統一的系統，使各作戰任務之間的信息高度開放，提高了信息、資源的利用率。

2.3 技術可移植性

基于軟件的能力集成將系統能力實現從功能單一的硬件設備中剝離出來，改變了以往的軟件與硬件捆綁的模式。系統中的資源具有靈活的可配置性，可根據需求的變化，可對任務進行動態的加載，對計算資源進行動態的分配和管理，實現高度“彈性”的縮放和優化使用。

各任務之間能夠實時的偵測開放式架構中各節點的運行狀態，收集重要節點和集群的流量負荷和運算負荷，按照特定的優選策略分配負荷低的其他節點進行任務遷移，實現負載均衡。

2.4 功能擴展性

基于軟件的能力集成以模塊化、通用化、標準化的硬件支持平臺為基礎，實現了功能軟件化，為系統的升級和拓展提供了便利，在當前系統資源滿足的情況下，通過動態加載軟件就能夠適應不同的作戰任務。面臨的新的作戰場景和任務需求時，在現有能力集成基礎上進行新增軟件能力的擴展即可滿足新作戰任務的需要。在不影響原有軟件的可靠性的大前提下，系統的總體功能得到擴展，總體性能得到提升。

3 典型途徑描述

大型電子裝備的研制過程中，通過軟件能力集成實現系統能力是一種全新的研發模式。基于軟件的能力集成主要分為分解和集成兩個階段。如圖1所示。

圖1 系統能力“分解-集成”

1)自頂向下的分解階段：通過對系統能力的分解，形成對應的軟件能力，進一步按照功能分成幾大功能集成，再分解為子功能，明確到每個子功能模塊中。各研制單位按照子功能模塊的接口和流程進行開發。

2)自下向上的集成階段：各子功能按照遵循標準化的接口和流程進行集成互聯，逐級向上，形成全系統的軟件能力，進而構成系統能力。

軟件能力集成的實現建立在開放式的體系架構之上，通過硬件和軟件的層次模型來實現，如圖2所示。其硬件層使用通用化的統一硬件平臺，平臺之間用異構/同構的網絡進行互聯；其軟件層按照普遍性和特殊性的需求進行層次分解，形成以核心層、中間層和應用層構建起的軟件層次模型。

圖2 開放式架構模型

4 工程可行性

以下通過電子技術支撐、技術狀態管理、工程研發組織和全壽命部隊使用維護四個方面對基于軟件的能力集成在艦載電子裝備中的可行性進行分析。

4.1 電子技術支撐方面

隨著系統軟件設計、處理器、高速數據總線等技術的進步，以通用的硬件平臺為基礎，采用開放式的體系架構，通過軟件無線電進行動態互聯來實現系統集成優化成為可能。

軟件無線電具有高度的靈活性，將系統的多功能任務與面向用途的傳感器完全解耦，建立一個通用的、開放的硬件平臺，最大限度的減少功能單一、靈活性差的硬件，采用高速數據總線進行數據互聯，通過軟件來實現各種功能，實現資源高度利用、信息高度共享、軟件高度密集。系統的功能升級通過軟件升級來實現。

4.2 技術狀態管理方面

電子裝備技術發展迅速，研發周期長，在研發過程中面臨在多項試驗同步開展，技術狀態不斷迭代完善的問題。在研發過程中，如果系統的技術狀態得不到有效的控制，會給系統集成帶來極大的困難，甚至引起重大質量問題[4]。軟件能力集成通過對將系統能力對應分解為軟件能力，再分配到各個子功能模塊中，通過接口和流程規范對系統的能力要求進行約束，在技術狀態變化的各個階段，各子能力之間互不干擾，通過對各子能力的控制，達到對系統能力的控制，降低了集成風險。

4.3 工程研發組織方面

不同于以往由單個單位獨立研發的傳統模式，大型電子裝備系統功能復雜，往往由多家單位協作研發。在工程研發的組織方面通過設立技術總體單位，對技術進行全面負責，下設各功能集成單位，分別對各功能集成負責。研發過程中采用“自頂向下，逐步分解”的模式對各研制單位的研發任務進行分解，確立“共同設計、分頭開發、統一集成”的總體思路，共同設計是指采用開發性、分層次的統一架構開展系統設計；分頭開發是指各承制單位在統籌規劃下，分頭并行開展功能的研發和測試；統一集成是指各承制單位在系統中進行統一集成。

4.4 全壽命部隊使用維護方面

以開放的體系架構為基礎，通過軟件無線電實現互聯，保證了軟件能力與硬件資源的分離，通用化、模塊化、標準化的硬件單元之間可進行任意的互換，開放式的體系架構給任意節點的接入提供了保證，基于此模式的系統在可維護性、互換性上都得到較大的提升[5]。

新配置的硬件單元可動態加載對應的軟件能力模塊，通過軟件能力集成，以實現系統的能力，這種虛擬化的方式使用戶不需要關心底層具體的數據流和邏輯流，即可操作完成相應的作戰任務。

5 結束語

基于軟件的能力集成消除了傳統電子裝備定制研發的局限性，本文探索出大型電子裝備集成研發的新途徑，以通用的硬件平臺、統一的軟件架構為基礎，通過軟件無線電實現能力單元的動態加載和開放式互聯，既支持裝備在全壽命周期中的功能擴展和移植，也支持后續的維護和升級。

基于軟件的能力集成是未來大型電子裝備的發展方向，通過軟件無線電技術和標準化硬件，能夠大大提高系統集成化水平，減少體積和質量，同時使得設計更加靈活，重構更加方便，系統更加可靠，可廣泛應用到大型電子裝備的研制中。

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陳 鋒 男，1964年生，高級工程師。研究方向為艦船電子裝備。

汪 晉 男，1985年生，工程師。研究方向為雷達數據處理。

呂呈悅 男,1982年生，工程師。研究方向為雷達數據處理。

The Effect and Meaning of Software Ability Integration to Shipborne Electronic Equipment

CHEN Feng1，WANG Jin2，Lü Chengyue2

(1. Military Representative Bureau of Naval Armament Department in Shanghai, Shanghai 200000, China) (2. Nanjing Research Institute of Electronics Technology, Nanjing 210039, China)

With bigger scale of large electronic equipment and higher systematic program in the future, there are limitations on the continuity, openness, transportability and extendibility of equipment research and development for traditional model. Based on the generic hardware platform and software frame, function implemented by software of electronic equipment is realized through software defined radio(SDR), and the problem of system capability integration for large electronic equipment is solved. Probability analysis is made through electronic technology support, technical management, engineering research and organization and whole-life maintenance, which could be applied during the process of development of large scale electronic equipment.

software ability integration; open architecture; SDR

10.16592/ j.cnki.1004-7859.2015.10.003

陳鋒 Email：wjkbf1926@sina.com

2015-06-05

2015-09-14

TN959.72；TP311

A

1004-7859(2015)10-0011-03