潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄取系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

丁學(xué)文 劉兆才 馮 達(dá)

(91388部隊(duì)92分隊(duì) 湛江 524022)

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潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄取系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

丁學(xué)文 劉兆才 馮 達(dá)

(91388部隊(duì)92分隊(duì) 湛江 524022)

論文從潛艇系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄取系統(tǒng)的研制出發(fā)，介紹了數(shù)據(jù)錄取系統(tǒng)的有關(guān)內(nèi)容，結(jié)合當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和靶場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)研制中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題提出解決的思路。

作戰(zhàn)系統(tǒng); 總線; 端口; 數(shù)據(jù)錄取

Class Number TB56

1 引言

潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄取系統(tǒng)是潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)海上設(shè)計(jì)鑒定試驗(yàn)的關(guān)鍵的測(cè)控保障設(shè)備。潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)及各分系統(tǒng)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和串口進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互，要滿足潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)試驗(yàn)對(duì)作戰(zhàn)系統(tǒng)各主要設(shè)備間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息、態(tài)勢(shì)顯示和表頁(yè)顯示等視頻信息以及重要作戰(zhàn)命令的音頻信息等錄取需求，數(shù)據(jù)錄取系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時(shí)將采用總線數(shù)據(jù)監(jiān)聽(tīng)、端口數(shù)據(jù)錄取、時(shí)統(tǒng)同步、音視頻信息錄取、傳感器數(shù)據(jù)采集和錄取信息綜合處理等技術(shù)。本文將對(duì)數(shù)據(jù)錄取系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)手段進(jìn)行分析和闡述。

2 需求分析

靶場(chǎng)承擔(dān)了兩型潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的試驗(yàn)任務(wù)，組織海上試驗(yàn)獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、分析評(píng)定以考核作戰(zhàn)系統(tǒng)的主要戰(zhàn)技指標(biāo)是否符合要求。試驗(yàn)數(shù)據(jù)主要分為艇外測(cè)控和艇內(nèi)數(shù)據(jù)錄取，數(shù)據(jù)錄取系統(tǒng)是獲取艇內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的唯一設(shè)備。典型的作戰(zhàn)系統(tǒng)試驗(yàn)項(xiàng)目有：

?作戰(zhàn)系統(tǒng)試驗(yàn)

?聲納系統(tǒng)試驗(yàn)

?指控系統(tǒng)試驗(yàn)

?戰(zhàn)術(shù)軟件試驗(yàn)

上述試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)數(shù)據(jù)錄取系統(tǒng)提出了具體明確的要求，需要實(shí)時(shí)錄取各武器通道上主要節(jié)點(diǎn)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，錄取標(biāo)準(zhǔn)顯控臺(tái)視頻信息，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要打上統(tǒng)一的時(shí)標(biāo)。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有周期和非周期性，各周期又不相同，各通道有多種數(shù)據(jù)報(bào)文協(xié)議，傳輸平臺(tái)有網(wǎng)絡(luò)和串口，串口有標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)等。靶場(chǎng)要研制一套潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄取系統(tǒng)，必須采用各種成熟、可靠、先進(jìn)的技術(shù)，以滿足各試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的要求。

3 系統(tǒng)組成及功能

3.1 系統(tǒng)的組成

根據(jù)上述試驗(yàn)項(xiàng)目的需求分析，數(shù)據(jù)錄取點(diǎn)存在于不同艙室和戰(zhàn)位，各試驗(yàn)項(xiàng)目既可獨(dú)立也可組合實(shí)施，對(duì)錄取系統(tǒng)的組成提出了一定的要求。

數(shù)據(jù)錄取系統(tǒng)設(shè)計(jì)由動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)錄取分系統(tǒng)、音視頻錄取分系統(tǒng)、綜合聲納舷角數(shù)據(jù)錄取分系統(tǒng)、雷彈發(fā)射參數(shù)測(cè)量分系統(tǒng)、錄取數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)綜合處理分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理分系統(tǒng)等組成。前四個(gè)分系統(tǒng)為上艇設(shè)備，負(fù)責(zé)試驗(yàn)期間的數(shù)據(jù)錄取，既可獨(dú)立使用，也可同時(shí)使用。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化設(shè)計(jì)，并有較大的技術(shù)冗余，以利于系統(tǒng)功能和性能的擴(kuò)展，以便在艇內(nèi)可實(shí)現(xiàn)各錄取設(shè)備間功能的互換，降低成本提高錄取系統(tǒng)工作的可靠性。整個(gè)系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成

3.2 系統(tǒng)的功能

本文設(shè)計(jì)的錄取系統(tǒng)可以完成潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)專項(xiàng)試驗(yàn)任務(wù)的數(shù)據(jù)錄取和處理等工作，以下為各部分功能簡(jiǎn)介。

3.2.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集功能

潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)總線把各設(shè)備連接起來(lái)，系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備間信息流在網(wǎng)絡(luò)總線上傳輸?shù)摹?shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集既以監(jiān)視工作方式實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)作戰(zhàn)系統(tǒng)主要設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通訊信息，以監(jiān)聽(tīng)方式實(shí)時(shí)采集RS-422(或RS-232)串行口的通訊數(shù)據(jù)，根據(jù)需要將模擬量、調(diào)頻信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字量后進(jìn)行錄取。由測(cè)速傳感器和測(cè)速儀完成武器出管速度的測(cè)量采集任務(wù)。特點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集的設(shè)備比較分散，數(shù)據(jù)報(bào)文協(xié)議繁多，都需時(shí)統(tǒng)信號(hào)的支持。

3.2.2 實(shí)時(shí)采集視頻、音頻信息功能

可把標(biāo)準(zhǔn)顯控臺(tái)的態(tài)勢(shì)顯示、表頁(yè)顯示、工作狀態(tài)及操作過(guò)程顯示的視頻信息轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的視頻信號(hào)，通過(guò)視頻采集卡將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息，再經(jīng)壓縮成V.264等格式后存入硬盤。特點(diǎn)是采集高分辨率的圖形顯示屏幕內(nèi)容。也可根據(jù)需要，將試驗(yàn)過(guò)程中指揮員的作戰(zhàn)命令等語(yǔ)言信息，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息經(jīng)數(shù)據(jù)壓縮后存入硬盤。

3.2.3 信息采集監(jiān)視功能

在信息采集過(guò)程中，可實(shí)時(shí)監(jiān)視某一通道的數(shù)據(jù)信息以判定數(shù)據(jù)傳輸和采集的正確性，同時(shí)可通過(guò)監(jiān)視器監(jiān)視某一視頻信息錄取的正確性。

3.2.4 時(shí)統(tǒng)對(duì)時(shí)信息功能

可接收GPS授時(shí)信息，并將錄取系統(tǒng)機(jī)器時(shí)鐘與GPS時(shí)間同步，以便在試驗(yàn)中，將錄取的各類信息打上時(shí)標(biāo)，為事后數(shù)據(jù)處理提供時(shí)間統(tǒng)一的支持。

3.2.5 數(shù)據(jù)標(biāo)注、解釋功能

在試驗(yàn)中實(shí)時(shí)對(duì)某段或某時(shí)刻需要的信息打上標(biāo)志符，以便快速檢閱。對(duì)錄取的數(shù)據(jù)可按選定的格式、要求，進(jìn)行解釋、送顯或打印，供在線瀏覽查閱。

3.2.6 數(shù)據(jù)處理功能

對(duì)試驗(yàn)錄取的數(shù)據(jù)按試驗(yàn)的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和數(shù)據(jù)綜合處理，給出數(shù)據(jù)處理結(jié)果。按錄取數(shù)據(jù)信息的種類又可分為多媒體信息處理和數(shù)值數(shù)據(jù)處理。該功能的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理方法多樣，處理信息種類繁多，數(shù)據(jù)量大等。

3.2.7 信息檔案管理功能

將試驗(yàn)中所采集的信息進(jìn)行整理、分類，存入多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便查詢、處理和系統(tǒng)分析。

4 關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 網(wǎng)絡(luò)總線信息監(jiān)聽(tīng)技術(shù)

潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)設(shè)備間的連接采用了網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)所需的數(shù)據(jù)只能從總線的端口進(jìn)行錄取。由于該端口為物理端口而非邏輯端口，因此如何從總線上錄取傳輸?shù)男畔⒊蔀橐粋€(gè)技術(shù)難點(diǎn)，信息監(jiān)聽(tīng)技術(shù)是解決這一難題的關(guān)鍵技術(shù)。采用總線實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)技術(shù)，在不影響系統(tǒng)正常工作，不增加系統(tǒng)開(kāi)銷和不增加網(wǎng)絡(luò)流量的情況下，實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)X個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備之間在網(wǎng)絡(luò)總線上傳輸?shù)耐ㄐ判畔?，并根?jù)總線傳輸協(xié)議，將幀信息拆包還原成數(shù)據(jù)報(bào)文，以達(dá)到數(shù)據(jù)采集的目的。

4.2 圖像轉(zhuǎn)換及錄取技術(shù)

潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)已采用統(tǒng)一規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)顯控臺(tái)，分辨率高達(dá)1280×1024，把如此高分辨率的圖形轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的視頻信息是技術(shù)難點(diǎn)之一；另外，把大量的視頻信息進(jìn)行壓縮和貯存也是難題之一。采用視頻轉(zhuǎn)換技術(shù)，將聲納、雷達(dá)、指控顯控臺(tái)的一次視頻和高分辨率信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電視信號(hào)(CCIR601)，通過(guò)視頻采集壓縮卡，直接把采集的視頻以HV.264的格式存到硬盤。

4.3 時(shí)鐘同步技術(shù)

數(shù)據(jù)錄取系統(tǒng)錄取的數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)必須與被試系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)統(tǒng)同步，以便進(jìn)行事后試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析。而本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)錄取設(shè)備，由于要分散多處錄取被試系統(tǒng)，又需要統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)志，故時(shí)間同步是一關(guān)鍵技術(shù)。采用網(wǎng)絡(luò)授時(shí)技術(shù)進(jìn)行時(shí)鐘同步，網(wǎng)絡(luò)授時(shí)服務(wù)器接收GPS時(shí)鐘信號(hào)并進(jìn)行校時(shí)，各錄取設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與授時(shí)服務(wù)器連接進(jìn)行在線實(shí)時(shí)校時(shí)，錄取設(shè)備和被試系統(tǒng)各設(shè)備時(shí)間同步，以便于事后的數(shù)據(jù)處理和仿真回放。

5 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的設(shè)備組成如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)的設(shè)備組成

6 結(jié)語(yǔ)

潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄取系統(tǒng)是一個(gè)完整的、面向試驗(yàn)需求、具有靈活性、高可靠性和高穩(wěn)定性的實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)錄取數(shù)據(jù)系統(tǒng)，兼有岸上數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)管理功能。該系統(tǒng)已成功研制并應(yīng)用于實(shí)際的試驗(yàn)中，為試驗(yàn)提供了完整有效的海上實(shí)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)，它提供的數(shù)值、模擬、多媒體等信息數(shù)據(jù)，為試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析評(píng)定提供了有效的技術(shù)支撐。

[1] 戴自立.現(xiàn)代艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,1999:20-24.

[2] 任家富.數(shù)據(jù)采集與總線技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008：45-48.

[3] 韓旭，王娣. C語(yǔ)言從入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010：60-65.

[4] 立波.C#入門經(jīng)典[M],北京: 清華大學(xué)出版社,2006:25-30.

[5] 劉憲秋，何新華.基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程時(shí)統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)[J].通信技術(shù),2011,44(7):92-95.

[6] 陳璇，譚顯春.艦船時(shí)統(tǒng)設(shè)備電磁兼容測(cè)試分析[J].艦船電子工程,2006,26(4):174-176.

[7] 張永強(qiáng),趙永勇,李崇德.嵌入式遠(yuǎn)程視頻采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2006,29(4):75-77.

[8] 彭宇行，陳福接.分布式VOD系統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2000,23(6):671-671.

[9] 榮治國(guó)，陳松喬.實(shí)時(shí)音頻采集、播放技術(shù)的研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究,2003,20(1):156-158.

[10] 張兵.基于多緩沖區(qū)實(shí)時(shí)音頻采集和傳輸實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程,2006,32(12):272-273.

Design and Realization of Submarine Combat System Experiment Data Acquisition System

DING Xuewen LIU Zhaocai FENG Da

(Unit 92, No. 91388 Troops of PLA, Zhanjiang 524022)

This article proceeds from submarine experiment data acquisition system，elaborates the content about data acquisition system. Combined with the trend of new technologies and the fact of target range, a method is proposed to solve the key technologies in the system’s developing.

combat system, bus, data port, data acquisition

2016年5月10日,

2016年6月26日

丁學(xué)文，男，工程師，研究方向：作戰(zhàn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集。劉兆才，男，助理工程師，研究方向：反潛、火控、數(shù)據(jù)采集。馮達(dá)，男，助理工程師，研究方向：作戰(zhàn)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集。

TB56

10.3969/j.issn.1672-9730.2016.11.024