光電經緯儀測量系統(tǒng)網(wǎng)絡優(yōu)化分析

光電經緯儀是測量水平面方位角和垂直面俯仰角的大地測量光學儀器，具有測量精準、維護簡便、可靠性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。今天小編主要來介紹一下關于光電經緯儀測量系統(tǒng)網(wǎng)絡優(yōu)化分析，希望可以幫助大家更加了解光電經緯儀。

1引言

靶場彈道測試中，一般需組織多臺光電經緯儀及其輔助設備構成光電經緯儀測量系統(tǒng)，其主要目的在于:(1)在目前技術手段可測得的距離、方位角、俯仰角、距離和、距離差和方向余弦等6種位里參量中，至少需要已知其中3個獨立的參量才能實現(xiàn)目標三維空間定位。光電經緯儀單站定軌采用距離一方位角一俯仰角幾何模型.但在單臺光電經緯儀無法獲得目標斜距的條件下，豁至少組合2臺設備以測角交會的方式定軌;(2)光電經緯儀光學視場角有限，在不能直視目標或因遮擋而丟失目標時，需根據(jù)外引導信息提供的民標方向，進行隨動跟蹤。外引導信息源通常是其它光電經緯儀、彈道相機、固定視場高速電視測量儀、引導雷達或GPS測量設備等;(3)鑒于光電經緯儀作用距離和測量可靠性的考慮，通常需由多臺組合進行彈道的接力測量和冗余測量。

依據(jù)某種規(guī)則將光電經緯儀及其輔助設備集成為先進合理的靶場光電測量系統(tǒng)是目前尚未引起足夠關注的問題。目前光電測量設備的高度計算機化為集成系統(tǒng)的網(wǎng)絡化提供了充分可能。本文從網(wǎng)絡應用體系結構的角度出發(fā)，分析了現(xiàn)有集成模式的局限性，提出了新的集成規(guī)則(模型)及需要研究的若干問題。

2網(wǎng)絡化系統(tǒng)體系結構描述

2.1簡單互連模式

迄今，國內外靶場仍普遍采用傳統(tǒng)的簡單互連模式構成光電經緯儀測量系統(tǒng)。簡單互連模式通過物理傳輸介質和串行通信接口將光電經緯儀及其它輔助設備連接在一起，參照國際標準化組織(( ISO)的開放系統(tǒng)互連基本參考模型(open system interconnect referencemodel,OSI/RM)[2]，其基本特征是設備互連只涉及物理層和數(shù)據(jù)鏈路層兩個最低協(xié)議層次，解決物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的接口標準及信號傳輸方面的問題，以系統(tǒng)內設備間實時數(shù)據(jù)通信為主要目的.簡單互連模式可滿足上述交會定軌、引導、接力測量和冗余測量的基本數(shù)據(jù)通信需求，但其局限性明顯:

(1)在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)的設備互連屬于淺層連接?；ミB系統(tǒng)中沒有共享通信媒介的機制或只有低性能機制(如RS485連接)，所有存在信息交換關系的設備間通常均須建立專用的點對點物理連接，因而隨試驗測試復雜程度的增大系統(tǒng)數(shù)傳設備規(guī)模急劇增大;

(2)簡單互連系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一的信息互通機制.系統(tǒng)內各設備獨立地將物理層和數(shù)據(jù)鏈路層交換的信息變換為設備可理解的信息，但通常這兩層信息的變換規(guī)則不統(tǒng)一，更談不上在更高層上的統(tǒng)一的信息解釋、理解和處理規(guī)則。也即，互連系統(tǒng)中不存在統(tǒng)一的信息共享結構和協(xié)議體系。這意味著系統(tǒng)中設備即使可以在物理上獲得其它設備送達的信息，解釋、處理和利用這種信息所付出的代價也是很大的;

(3)簡單互連系統(tǒng)缺乏高效的信息協(xié)同工作機制，通常根據(jù)特定任務流程采取時間驅動、順序執(zhí)行的機制。對于復雜的彈道試驗測試任務，任務的分布性和并發(fā)性特征顯著增強，諸多測控事務間的藕合程度顯著增加，僅依賴順序執(zhí)行的時間驅動機制協(xié)同系統(tǒng)工作導致工作效率急劇下降，且協(xié)同工作機制本身強烈依賴于特定試驗測試任務本身;

(4)在設備淺層互連和缺乏統(tǒng)一信息互通機制的條件下，簡單互連系統(tǒng)的功能主要是空中彈道測量功能。但在復雜試驗測試中，試驗測試進程控制、試驗測試信息表達和管理功能必不可少，且與彈道測量功能間存在十分復雜的藕合關系。將這些功能集成在統(tǒng)一系統(tǒng)中有利于確保試驗側試高效有序地進行;

(5)簡單互連模式面向特定型號武器的試驗測試任務組織測試系統(tǒng)，任務的變更往往意味著側量系統(tǒng)體系結構，尤其是通信體系結構的重大變更，系統(tǒng)靈活性和通用性低，缺乏對不同任務的普遍適應性。

2. 2網(wǎng)絡化系統(tǒng)結構模型

基于上述狀況，網(wǎng)絡化光電經緯儀側量系統(tǒng)設計的關鍵是從網(wǎng)絡應用系統(tǒng)體系結構的角度出發(fā)對系統(tǒng)進行規(guī)劃和描述。網(wǎng)絡化光電經緯儀測量系統(tǒng)結構研究屬于網(wǎng)絡應用體系結構研究的范疇。圖1是文獻[3]提出的一個制導武器彈道綜合側試的系統(tǒng)集成模型。該模型是結構化的分層集成模型，依據(jù)與特定彈道試驗測試任務的關聯(lián)程度，將整個彈道綜合側試系統(tǒng)由頂向下抽象描述為6個層次.模型分離試驗測試任務的共性需求與特殊濡求，分層封裝和復用共性問題解決機制。網(wǎng)絡化光電經緯儀測量系統(tǒng)的結構依據(jù)該模型進行規(guī)劃和描述。

模型最低兩層是對系統(tǒng)通信結構的規(guī)劃和描述.包括光電經緯儀、引導設備、指控設備和表達設備相互間的數(shù)據(jù)通信乃至光電經緯儀自身的捕獲電視跟蹤側量系統(tǒng)、高速電視測量系統(tǒng)、紅外跟蹤側量系統(tǒng)、激光側量設備、微波雷達、伺服系統(tǒng)和微機控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通信等均應納人這兩層中規(guī)劃。鑒于目前側試設備的高度計算機化，模型描述的系統(tǒng)通信結構遵從或參考OSI/ RM，對應于其最低3層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層。

以OSI/RM為代表的網(wǎng)絡通信體系結構反映的主要是網(wǎng)絡通信的結構特性，并沒有充分反映以計算機為核心的網(wǎng)絡化測控系統(tǒng)中各種信息采集、處理、傳輸和控制的重要特征，更沒有反映網(wǎng)絡應用系統(tǒng)的結構特征。因此，如果只有圖1模型的最低兩層仍不足以解決上述簡單互連模式下的種種局限。作為一個網(wǎng)絡應用系統(tǒng)，光電經緯儀測量系統(tǒng)的體系結構應包括基本的網(wǎng)絡通信結構和高級的應用結構，應把OSI/ RM的網(wǎng)絡通信結構與系統(tǒng)應用軟件及其運行環(huán)境結構結合在一起，形成一個統(tǒng)一的計算機網(wǎng)絡應用系統(tǒng)的抽象結構模型，以更本質地反映應用系統(tǒng)信息處理的結構特征.圖I所示模型的上4層所完成的正是這樣的工作。

相對于簡單互連模式，在依據(jù)制導武器彈道綜合測試的系統(tǒng)集成模型所實現(xiàn)的網(wǎng)絡化系統(tǒng)中實現(xiàn)了“服務化”，各設備(節(jié)點)可享受系統(tǒng)對其應用程序的服務。通過分離數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和顯示等應用程序運行的諸多環(huán)節(jié)，對通信、時空基準和可視化等共性問題解決機制進行分層封裝和服用，應用程序實際環(huán)境的不同具體特性和實現(xiàn)細節(jié)及其差異被屏蔽，為應用程序提供了統(tǒng)一、透明的開發(fā)和運行支撐環(huán)境。以指控中心計算機的彈道交會處理應用程序為例，作為頂層實體，該應用程序不需再關心輸人的光電經緯儀角度測量信息和輸出的彈道參數(shù)信息的傳輸介質、通信接口、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)類型、參數(shù)語意以及信息傳輸?shù)膶崟r性、信息的時間同步和空間坐標統(tǒng)一等繁雜的“額外”事務，而只需專注于交會算法本身。因此，網(wǎng)絡化系統(tǒng)是一個結構開放的、可重構的、功能綜合的分布式統(tǒng)一測控集成體。

3若干問題

依據(jù)上述模型，光電經緯儀測量系統(tǒng)的網(wǎng)絡化需完成諸多目前尚未開展或未系統(tǒng)深人地開展的工作。茲羅列若干問題如下:

(1)各層功能集的定義問題:分析整理光電經緯儀彈道測量的各種需求，在現(xiàn)有框架下對模型各層實現(xiàn)的功能集進行進一步的明確定義;

(2)層間接口和協(xié)議問題:確定層間接口和各層協(xié)議。越下層的接口和協(xié)議越應向通用的國際標準或工業(yè)標準靠攏;

(3)低層服務的實現(xiàn)問題:主要通過集成手段實現(xiàn)模型低層服務。低層服務盡可能通過集成通用系統(tǒng)而非專用系統(tǒng)實現(xiàn)。符合IEEE 802. 3/802. 11/802. 16標準的有線無線網(wǎng)絡設備、Windows 2000/NT操作系統(tǒng)、Windows Sockets接口和線程接口等均可視為具有普適性優(yōu)點的選擇;

(4)中間層服務的實現(xiàn)問題:模型中間層服務主要通過軟件研發(fā)手段實現(xiàn)，研發(fā)中應充分重視軟件中間件(middleware)技術[4]這種高效實用的共性凝煉與復用手段，通過中間件解決層間軟件模塊之間的交互，封裝解決系統(tǒng)共性問題的支撐機制，從而屏蔽低層環(huán)境的異構性和復雜性;

(5)時間基準服務問題:光電經緯儀側t系統(tǒng)對系統(tǒng)時間基準，尤其是設備同步的要求很高，一直采用國際標準的IRIG- B格式時間碼系統(tǒng)實現(xiàn)。目前廣泛應用的網(wǎng)絡技術通常都是異步的，即便進行軟硬件改造后也難以達到系統(tǒng)要求。在網(wǎng)絡化系統(tǒng)中，沿用IRIG- B碼是必然的，需要研究解決的問題是在系統(tǒng)的時間基準服務實體中如何合理地利用B碼信息，

(6)實時數(shù)據(jù)傳翰服務問題:以簡單互連模式構成光電經緯儀測量系統(tǒng)很大程度上是出于數(shù)據(jù)傳輸硬實時性的考慮。在網(wǎng)絡化系統(tǒng)中，計算機網(wǎng)絡硬件層和網(wǎng)絡系統(tǒng)服務層采用的通用網(wǎng)絡協(xié)議和操作系統(tǒng)本身往往只具有軟實時性，即數(shù)據(jù)傳輸時間存在不確定性。因此，需要在這兩層之上進行中間件形態(tài)的網(wǎng)絡實時通信程序和通信部件的設備驅動程序開發(fā)，以確保系統(tǒng)的硬實時性;

(7)任務調度服務問題:光電經緯儀測量系統(tǒng)內的任務調度服務應考慮在消息傳遞機制中結合IRIG-B碼的特標控制碼元實現(xiàn);

(8)頂層應用程序的實現(xiàn)問題:頂層應用程序是整個側量系統(tǒng)中與彈道試驗測試任務關聯(lián)程度最高的部分，反映了系統(tǒng)交會定軌、跟蹤引導、接力測量和冗余測量等核心功能。在網(wǎng)絡化系統(tǒng)中，在下層服務的支撐下，核心功能的實現(xiàn)不但變得簡單靈活，而且具有突破簡單互連模式下技術難點的充分可能性，應用程序的開發(fā)應重點關注后者。以實時數(shù)據(jù)處理為例，光電經緯儀單站和多站捕獲電視、側量電視、紅外電視及激光測距儀(微波雷達)多源數(shù)據(jù)融合應納人軟件實現(xiàn)的計劃中;

(9)老設備的網(wǎng)絡化改造問題:應在盡可能地將對設備現(xiàn)有技術狀態(tài)的改變降低到最小程度的前提下，區(qū)分設備具體情況在合理的網(wǎng)絡化系統(tǒng)結構層次上對光電經緯儀及其輔助設備進行改造，從而將其納人統(tǒng)一的測控集成體。

4結論

光電經緯儀是20世紀70年代后期發(fā)展應用的靶場光電測量設備，經過長期發(fā)展，設備自身技術日臻成熟和完善，但依據(jù)某種規(guī)則將以光電經緯儀為核心的設備集成為先進合理的空中彈道測量系統(tǒng)卻是一直未引起足夠重視的問題。目前，我國自行研制的光電經緯儀將近20種類型，共計120余臺套[l]，并且還在不斷地發(fā)展。期望本文所提出的網(wǎng)絡化技術途徑可對合理經濟地組織這些設備完成靶場測控任務，進一步提高靶場側控技術水平產生積極的影響。