反射內存技術(shù)在雷達對抗數字仿真系統中的應用

關(guān)鍵詞: 雷達對抗; 仿真系統; HLA; 反射內存

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1   引言
隨著(zhù)計算機和仿真技術(shù)的發(fā)展, 建立信號級的雷達對抗數字仿真系統來(lái)研究不同干擾樣式的效果,從而遴選有效的干擾樣式作為武器系統對抗裝備,節約了人力、 物力, 縮短了干擾樣式和設備的研制周期.
2   基于HLA 的雷達對抗數字仿真系統
2. 1   雷達對抗數字仿真系統的組成
目前, HLA( High Level Architecture)已經(jīng)取代DIS( Dist ributed Interactive Simulation) ,成為分布式仿真的主流先進(jìn)技術(shù). HLA 是美國國防部于 1995年提出的新的仿真技術(shù)框架, 其顯著(zhù)特點(diǎn)是通過(guò)運行支撐環(huán)境( Run Time Inf rastructure, RTI ) 提供的通用的、 相對獨立的支撐服務(wù)程序,將仿真應用層與底層支撐環(huán)境功能分離開(kāi). IEEE 在 2000 年9 月將HLA 定位一套開(kāi)放式標準,即IEEE1516 標準.通用的雷達對抗數字仿真系統的體系結構如圖1 所示[ 1],由以下聯(lián)邦成員組成: 管理邦員、 雷達邦員(若干個(gè)組成雷達網(wǎng))、 目標邦員、 干擾邦員.

圖 1  雷達仿真系統的聯(lián)邦體系結構
根據圖1,雷達對抗數字仿真系統的主要實(shí)體模型和功能為:紅方目標以某型號導彈為背景,對藍方組成的雷達監視網(wǎng)進(jìn)行突防;紅方干擾機:發(fā)射某些干擾信號(如假目標干擾等) ,進(jìn)行相應的電子對抗,
欺騙藍方雷達網(wǎng),掩護突防彈突防;藍方雷達網(wǎng)對紅方突防彈進(jìn)行搜索、 跟蹤、 成像,為后續的攔截彈攔截提供精確的攔截點(diǎn)計算.白方管理: 對整個(gè)仿真系統的開(kāi)始、 運行、 結束進(jìn)行綜合管理,按基于雷達事件的時(shí)間推進(jìn)方式管理整個(gè)仿真系統的時(shí)間推進(jìn).

2. 2   雷達對抗數字仿真系統的數據協(xié)議
基于HLA 的分布式仿真系統在以太網(wǎng)上傳輸的數據主要分為對象類(lèi)數據和交互類(lèi)數據, 由 RTI負責分發(fā)和傳遞.圖2 所示為基于HLA 的雷達對抗數字仿真系統, 其在以太網(wǎng)上傳輸的數據[ 2]主要為:經(jīng)度、 緯度、 各方向加速度、 速度、 各坐標角速度和角加速度及交互類(lèi)數據。

圖 2  基于 HLA 的雷達對抗數字仿真系統
基于HLA 的雷達對抗數字仿真系統在以太網(wǎng)上傳輸的這些主要數據中, 干擾交互類(lèi)數據的傳輸對于網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)是負載最大的[ 3]. 假定某雷達的采樣頻率為200MHz, 采樣時(shí)間為 50ms, 則該雷達的采
樣數據為 10M, 考慮到雷達三個(gè)通道進(jìn)行數據處理,因此每次交互干擾邦員和雷達邦員之間需傳輸
30M 的數據, 假設為數據類(lèi)型是雙精度浮點(diǎn)型, 則干擾邦員和雷達邦員之間每次需傳輸240MByte 的
數據, 即 1920MBi t 的數據. 對于百兆網(wǎng)來(lái)說(shuō), 滿(mǎn)負載傳輸的理想結果也就是一次數據交互至少需 20s以上, 而雷達每推進(jìn)一次仿真步長(cháng)( 一般為幾十毫秒) ,雷達邦員和干擾邦員之間就需要一次數據交互,同時(shí)以太網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò )負載較大時(shí),網(wǎng)絡(luò )數據延遲較大且延遲時(shí)間具有不可預期性, 因此在基于 HLA的信號級雷達對抗數字仿真系統中網(wǎng)絡(luò )數據傳輸是造成仿真效率不高的因素之一.

3  反射內存技術(shù)在雷達對抗數字仿真系統中的應用
    和通用的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)相比, 高速實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )應用于特定的、 相對較小的范圍內,從而獲得比普通網(wǎng)絡(luò )更加有利于實(shí)時(shí)仿真的效能.目前比較具有代表性的高速實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò )是VMIC 的反射內存網(wǎng),其基本原理類(lèi)似于分布式的共享內存,每個(gè)計算機節點(diǎn)配一塊帶內存的通信板, 節點(diǎn)對板載內存的寫(xiě)入內容通過(guò)光纖傳遞到光纖連接的其它通信板, 從而使得分布節點(diǎn)能夠共享寫(xiě)入數據[ 4].以VMIC 5565 反射內存為例,這種技術(shù)具有以下特點(diǎn):
( 1) 高寬帶: 具備2. 12Gbps 的理論寬帶,傳輸速度可以達到 47. 1M By te/ s ( 4 字節包) , 174MBy te/ s( 64 字節包) .

( 2) 快速: 數據寫(xiě)入一個(gè)節點(diǎn)的同時(shí)被寫(xiě)入到網(wǎng)絡(luò )上的所有節點(diǎn),最多可以支持256 個(gè)節點(diǎn); 點(diǎn)對
點(diǎn)延遲小, 4 節點(diǎn)模式下的傳輸延遲僅為 1. 2us.( 3) 延遲確定:由于采用令牌環(huán)技術(shù),網(wǎng)絡(luò )延遲
傳輸是確定的.由于基于HLA 的信號級雷達對抗數字仿真系統中以太網(wǎng)TCP/ IP 為底層的數據傳輸方式造成了網(wǎng)絡(luò )超負載, 引起整個(gè)仿真系統的數據傳輸的不必要延時(shí),進(jìn)而降低了整個(gè)仿真系統的運行效率. 因此為了解決這個(gè)問(wèn)題, 對基于以太網(wǎng)的雷達對抗仿真系統的進(jìn)行了優(yōu)化, 引入了反射內存網(wǎng)和HLA 并存的仿真框架,如圖3 所示.

圖 3   基于HLA 和反射內存網(wǎng)的雷達對抗仿真系統

管理、 目標、 雷達( 組網(wǎng))、 干擾等邦員組成基于HLA 的外網(wǎng),同時(shí)雷達(組網(wǎng)) 和干擾邦員又組成了基于反射內存網(wǎng)的內網(wǎng). 內網(wǎng)完成雷達和干擾之間的大數據量傳輸(原來(lái)雷達和干擾每步交互數據需雷通過(guò)以太網(wǎng)傳輸) ,外網(wǎng)完成其它原有的數據的傳輸.反射內存技術(shù)在基于HLA 的雷達對抗數字仿真系統中應用, 繼承了基于 HLA 的雷達對抗仿真系統的體系框架, 又解決了以太網(wǎng)傳輸的效率低下的問(wèn)題,既發(fā)揮了HLA 的互操作性和可重用性的優(yōu)點(diǎn), 又發(fā)揮了反射內存網(wǎng)高速傳輸大數據量的優(yōu)點(diǎn).反射內存技術(shù)在基于HLA 的雷達對抗數字仿真系統中引入后,把雷達對抗數字仿真系統的運行
效效率完全取決于目標邦員、 干擾邦員、 雷達邦員模型的自身的運算效率, 而數據傳輸對于仿真系統效率的影響基本可以忽略.

4   仿真結果
某雷達對抗數字仿真系統以 pRT I、 VC ++ 、VMIC 5565 反射內存網(wǎng)為平臺, 對基于 HLA 的雷達對抗數字仿真系統和基于HLA 和反射內存網(wǎng)并存的雷達對抗數字仿真系統進(jìn)行了仿真結果的比較,如表1 所示.

表 1   干擾樣式仿真結果

    注: S 代表管理邦員, R 代表雷達邦員, 2R 代表 2個(gè)雷達邦員組網(wǎng), J 代表干擾邦員, T( n) 代表目標邦員中有 n 個(gè)目標.

5   結束語(yǔ)
文中提出了利用反射內存技術(shù)代替以太網(wǎng)通信技術(shù), 解決目前廣泛采用的基于HLA 的雷達對抗數字仿真系統中雷達和干擾之間大數據量的交互問(wèn)題,提高了雷達對抗數字仿真系統的仿真效率.從反
射內存技術(shù)應用的結果可以看出:

( 1) 反射內存技術(shù)與HLA 技術(shù)開(kāi)發(fā)環(huán)境是可以兼容的.
( 2) 反射內存技術(shù)可以提高雷達對抗數字仿真系統的效率, 尤其在雷達組網(wǎng)的情況下, 其效果顯
著(zhù).

參考文獻:
[ 1] 黃小軍, 王宣剛.基于HLA 的網(wǎng)絡(luò )對抗系統建模與仿真[ J] .航天電子對抗, 2005( 5) : 59- 61.
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[ 3] 李雪,翟正軍, 王季, 等.基于 HLA 分布式仿真中的負載平衡技術(shù)研究[ J] . 微電子學(xué)與計算機, 2007, 24( 11) :155- 158.
[ 4] 顧穎彥.反射內存網(wǎng)實(shí)時(shí)通信技術(shù)的研究[ J] . 計算機工程, 2002( 7) : 143- 144.

作者簡(jiǎn)介:陳  華  男, ( 1976- ) , 工程師.研究方向為武器系統攻防對抗仿真.