基于時隙序列的數據鏈模擬系統研究

潘博文（中國電子科技集團公司第二十研究所，西安，710068）

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基于時隙序列的數據鏈模擬系統研究

潘博文
（中國電子科技集團公司第二十研究所，西安，710068）

摘要：本文針對Link16數據鏈的TDMA結構，從概念原理上進行了論述，對如何實現戰場態勢的精確時間模擬作了深入的研究，并進行了仿真驗證。

關鍵詞：Link16；TDMA

在現代戰爭中，數據鏈是軍事指揮系統的重要組成部分，是軍用通信系統的核心裝備。在很大程度上，數據鏈的應用水平決定著信息化戰爭的水平和能力，在現代戰爭中起到了決定性的作用。

Link 16，也稱為JTIDS——Joint Tactical Information Distribution System——聯合戰術信息分發系統，它是一種保密、大容量、抗摧毀、抗干擾，能實現三軍一體化聯合作戰的集成通信、導航、識別系統（ICNI），主要用于戰場態勢共享、電子戰、任務管理、武器協同、相對導航以及語音加密等。Link 16主要包括TDMA協議，JTIDS波形和TADIL J消息標準等，是C4KISR系統的重要組成部分。

Link 16能使各成員所產生的我方成員信息為網內全體成員所共享，也能使雷達系統所發現的敵情信息為網內全體成員所共享，使所有系統成員能在統一的坐標系中實現導航定位，不僅知道我方所有成員的精確位置信息，還能將敵情信息的坐標轉換到統一的坐標系中，從而得到整個戰場的敵我分布態勢。

圖1　系統時間結構

1　Link16組網方式

Link 16數據鏈是一套時分多址（TDMA）的系統。TDMA的基本要素是由多個用戶共享系統資源的通信網絡，該網絡又被細分為可分配給某個端機用來發送消息的時隙。此時，需要為所有端機分配發送和接收時隙，通過分配時隙的方式來讓用戶發送消息。也就是說，用戶必須在給定的發送時隙內將信息發送完畢，然后處于接收狀態，直至下一個發送時隙到來，依次循環。每個端機按照它的消息格式傳輸一組脈沖序列。系統的容量取決于每個成員分配的時隙的多寡。采用多網工作技術可進一步擴展容量，但每個端機同時只能在一個網上工作。

Link16 數據鏈TDMA的基本實現方式是將時間軸劃分為等長的循環時間段，其中，將24小時劃分為112.5個時元，每個時元等于12.8分鐘；每個時元又劃分為64個時幀，每個時幀長度為12秒；每個時幀再劃分為1536個時隙，每個時隙長度為7.8125毫秒 。

時元、時幀、時隙的換算關系如下：1時元 ＝ 64時幀 ＝98304個時隙；1時幀 ＝ 1536時隙；參見圖1。

對系統內每個成員，應當根據其承擔的戰術使命分配足夠數量的時隙。每個成員在分配給自己的時隙內發射信息，在其它時隙內則處于接收狀態，接收其它成員分發的各類信息。為了實現系統TDMA的通信工作方式，要指定一個時間基準承擔者，以該成員的時鐘為基準，通過RTT技術使其它成員的時鐘都與之同步，以形成統一的系統時。

2　MapX技術

MapX是Maplnfo公司提供的具有強大地圖分析功能的軟件產品。MapX以OCX的方式提供了真正的對象連接與嵌入式OLE的地理信息系統應用開發方案。由于它是一種基于Windows操作系統的標準組件，因而能支持絕大多數標準的可視化開發環境，如 Visual C＋＋、VisualStudio.NET等。這給予了編程人員的開發過程以很大的自由，可以選用自己最熟悉的開發語言，輕松地將強大的電子地圖功能嵌入到新開發的應用系統中。利用MapX增強軟件的空間分析能力。

地理數據結構是MapX的基石，MapX通過地理數據結構建立地理圖形的空間數據模型，并定義相互之間的關系，從而實現地理圖形和數據庫的緊密結合。MapX管理地圖數據的方法為分層管理，同一類型的空間對象存放在相同圖層中，如圖2。通過這種管理方式，用戶可以根據自己的需求對實際的地理空間實體進行分層組合，將原本一張電子地圖分成不同的圖層，每個圖層表達不同類型的信息。通過采用這種分層存放的地圖結構，可以提高電子地圖的搜索速度，便于各種不同數據的靈活調用、更新和管理。

圖2　MapX的地理數據結構

3　數據鏈模擬系統

數據鏈模擬系統的主要功能是按照網絡規劃預設的作戰想定，為被測的軟件提供數據鏈工作時，數據鏈網絡內各個平臺在網內廣播的平臺參數信息，并利用MapX技術將生成的平臺參數信息轉化為圖標，標繪在電子地圖的可視化界面上，主要用于數據鏈的設計開發、測試評估等方面，能夠模擬出海、陸、空等多批“真實”的敵我雙方的目標信息。

3.1硬件組成

數據鏈模擬系統采用加固型工控機結構，監控系統硬件由一個整機機箱和配套電纜組成。整機機箱配有操作鍵盤、鼠標和顯示器，供操作員使用。

考慮到需要處理的數據量比較大，數據處理的實時性較高，特別是需要嚴格按照時隙脈沖序列完成消息的編碼和發送等任務，因此采用最新的硬件資源，包括CPU、內存、芯片組等，確保性能滿足要求。

系統內嵌時統板擴展卡（SD7615），采用PCI接口，時統板CPU主頻≥100MHz，外部存儲區根據用戶數據量的大小可靈活調配。

時統板能夠仿照Link16的工作特點，產生以7.8125毫秒為周期的時隙脈沖信號，模擬系統可以通過這一信號，進行時間對準處理，同時根據作戰想定的時隙任務表，按照時間順序，模擬出網絡內各個成員入網工作時發送的入網消息和精確定位消息，構建一個完整的Link16網絡環境。

3.2工作原理

系統運行時，首先讀取網絡規劃參數文件，解析出成員編號表和時隙任務表，建立起每個成員編號與時隙任務的對應關系，確定每個時隙需要發送相關消息的成員編號。

同時，脈沖板產生7.8125毫秒周期的脈沖，通過系統接口，同時提供給外部環境和模擬系統軟件，軟件根據時隙變化的情況，查找時隙任務表，判斷當前時隙需要發送入網消息或者精確定位消息，由對應的軟件模塊產生消息內容。

其中，計算每個成員的位置信息時采用WGS84大地坐標系，由于各平臺航跡數據建立在不同的坐標系下，為了進行數據處理，必須將各個平臺的數據換算到同一坐標系下，一般采用直角坐標系進行運算解析，完成運算后，通過坐標變換公式轉換成WGS84大地坐標系數據進行輸出。

然后，通過坐標變換模塊，將其中的直角坐標轉換為地理坐標，并將消息進行編碼，通過以太網口發送出去。

最后，將相應編號的平臺所對應的圖標在電子地圖MapX上進行顯示。若是新成員，則新建圖標，若是已經顯示的成員，則更新其地理位置，刷新界面顯示。

模擬系統的工作原理如圖3所示。

圖3　模擬系統工作原理圖

4　仿真測試結果

測試中，以40個成員的網絡規劃為基礎，設計了18個陸地成員，2個水面成員，20個空中成員，仿真測試結果如圖4。

圖4　仿真測試效果圖

5　結束語

本文在介紹Link16數據鏈概念和原理的基礎上，提出了數據鏈模擬系統的實現方案，并進行了研究和仿真驗證，取得了很好效果。數據鏈模擬系統能夠模擬Link16數據鏈的運行環境，對于數據鏈的研究和應用有著重要意義。

參考文獻

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Study of Data Link Simulation System in Slot Sequence

Pan Bowen
（Institute of China Electronic Technology Group Corporation，Xi'an，710068，twentieth）

Abstract：Aiming at the TDMA Structure in Link16， The paper covers the conception.The detailed researches on how to obtain precision Simulation in time are made in this paper with its concepts and principles.The method to realize the system are emulated.

Keywords：Link16；TDMA