隨著計算機和仿真技術的發展, 建立信號級的雷達對抗數字仿真系統來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)已經取代DIS( Dist ributed Interactive Simulation) ,成為分布式仿真的主流先進技術. HLA 是美國國防部于 1995年提出的新的仿真技術框架, 其顯著特點是通過運行支撐環境( Run Time Inf rastructure, RTI ) 提供的通用的、 相對獨立的支撐服務程序,將仿真應用層與底層支撐環境功能分離開. IEEE 在 2000 年9 月將HLA 定位一套開放式標準,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],由以下聯邦成員組成: 管理邦員、 雷達邦員(若干個組成雷達網)、 目標邦員、 干擾邦員.
圖 1 雷達仿真系統的聯邦體系結構
根據圖1,雷達對抗數字仿真系統的主要實體模型和功能為:紅方目標以某型號導彈為背景,對藍方組成的雷達監視網進行突防;紅方干擾機:發射某些干擾信號(如假目標干擾等) ,進行相應的電子對抗,
欺騙藍方雷達網,掩護突防彈突防;藍方雷達網對紅方突防彈進行搜索、 跟蹤、 成像,為后續的攔截彈攔截提供精確的攔截點計算.白方管理: 對整個仿真系統的開始、 運行、 結束進行綜合管理,按基于雷達事件的時間推進方式管理整個仿真系統的時間推進.
2. 2 雷達對抗數字仿真系統的數據協議
基于HLA 的分布式仿真系統在以太網上傳輸的數據主要分為對象類數據和交互類數據, 由 RTI負責分發和傳遞.圖2 所示為基于HLA 的雷達對抗數字仿真系統, 其在以太網上傳輸的數據[ 2]主要為:經度、 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上傳輸的這些主要數據中, 干擾交互類數據的傳輸對于網絡來說是負載最大的[ 3]. 假定某雷達的采樣頻率為200MHz, 采樣時間為 50ms, 則該雷達的采
樣數據為 10M, 考慮到雷達三個通道進行數據處理,因此每次交互干擾邦員和雷達邦員之間需傳輸
30M 的數據, 假設為數據類型是雙精度浮點型, 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. 對于百兆網來說, 滿負載傳輸的理想結果也就是一次數據交互至少需 20s以上, 而雷達每推進一次仿真步長( 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,同時以太網在網絡負載較大時,網絡數據延遲較大且延遲時間具有不可預期性, 因此在基于 HLA的信號級雷達對抗數字仿真系統中網絡數據傳輸是造成仿真效率不高的因素之一.
3 反射內存技術在雷達對抗數字仿真系統中的應用
和通用的網絡技術相比, 高速實時網絡應用于特定的、 相對較小的范圍內,從而獲得比普通網絡更加有利于實時仿真的效能.目前比較具有代表性的高速實時網絡是VMIC 的反射內存網,其基本原理類似于分布式的共享內存,每個計算機節點配一塊帶內存的通信板, 節點對板載內存的寫入內容通過光纖傳遞到光纖連接的其它通信板, 從而使得分布節點能夠共享寫入數據[ 4].以VMIC 5565 反射內存為例,這種技術具有以下特點:
( 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: 數據寫入一個節點的同時被寫入到網絡上的所有節點,最多可以支持256 個節點; 點對
點延遲小, 4 節點模式下的傳輸延遲僅為 1. 2us.( 3) 延遲確定:由于采用令牌環技術,網絡延遲
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TCP/ IP 為底層的數據傳輸方式造成了網絡超負載, 引起整個仿真系統的數據傳輸的不必要延時,進而降低了整個仿真系統的運行效率. 因此為了解決這個問題, 對基于以太網的雷達對抗仿真系統的進行了優化, 引入了反射內存網和HLA 并存的仿真框架,如圖3 所示.
圖 3 基于HLA 和反射內存網的雷達對抗仿真系統
管理、 目標、 雷達( 組網)、 干擾等邦員組成基于HLA 的外網,同時雷達(組網) 和干擾邦員又組成了基于反射內存網的內網. 內網完成雷達和干擾之間的大數據量傳輸(原來雷達和干擾每步交互數據需雷通過以太網傳輸) ,外網完成其它原有的數據的傳輸.反射內存技術在基于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, 又解決了以太網傳輸的效率低下的問題,既發揮了HLA 的互操作性和可重用性的優點, 又發揮了反射內存網高速傳輸大數據量的優點.反射內存技術在基于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 和反射內存網并存的雷達對抗數字仿真系統進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個雷達邦員組網, J 代表干擾邦員, T( n) 代表目標邦員中有 n 個目標.
5 結束語
文中提出了利用反射內存技術代替以太網通信技術, 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
射內存技術應用的結果可以看出:
( 1) 反射內存技術與HLA 技術開發環境是可以兼容的.
( 2) 反射內存技術可以提高雷達對抗數字仿真系統的效率, 尤其在雷達組網的情況下, 其效果顯
著.