反射内存技术在雷达对抗数字仿真系统中的应用

关键词: 雷达对抗; 仿真系统; HLA; 反射内存

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1   引言
随着计算机和仿真技术的发展, 建立信号级的雷达对抗数字仿真系统来研究不同干扰样式的效果,从而遴选有效的干扰样式作为武器系统对抗装备,节约了人力、 物力, 缩短了干扰样式和设备的研制周期.
2   基于HLA 的雷达对抗数字仿真系统
2. 1   雷达对抗数字仿真系统的组成
目前, HLA( High Level Architecture)已经取代DIS( Dist ributed Interactive Simulation) ,成为分布式仿真的主流先进技术. HLA 是美国国防部于 1995年提出的新的仿真技术框架, 其显著特点是通过运行支撑环境( Run Time Inf rastructure, RTI ) 提供的通用的、 相对独立的支撑服务程序,将仿真应用层与底层支撑环境功能分离开. IEEE 在 2000 年9 月将HLA 定位一套开放式标准,即IEEE1516 标准.通用的雷达对抗数字仿真系统的体系结构如图1 所示[ 1],由以下联邦成员组成: 管理邦员、 雷达邦员(若干个组成雷达网)、 目标邦员、 干扰邦员.

图 1  雷达仿真系统的联邦体系结构
根据图1,雷达对抗数字仿真系统的主要实体模型和功能为:红方目标以某型号导弹为背景,对蓝方组成的雷达监视网进行突防;红方干扰机:发射某些干扰信号(如假目标干扰等) ,进行相应的电子对抗,
欺骗蓝方雷达网,掩护突防弹突防;蓝方雷达网对红方突防弹进行搜索、 跟踪、 成像,为后续的拦截弹拦截提供精确的拦截点计算.白方管理: 对整个仿真系统的开始、 运行、 结束进行综合管理,按基于雷达事件的时间推进方式管理整个仿真系统的时间推进.

2. 2   雷达对抗数字仿真系统的数据协议
基于HLA 的分布式仿真系统在以太网上传输的数据主要分为对象类数据和交互类数据, 由 RTI负责分发和传递.图2 所示为基于HLA 的雷达对抗数字仿真系统, 其在以太网上传输的数据[ 2]主要为:经度、 纬度、 各方向加速度、 速度、 各坐标角速度和角加速度及交互类数据。

图 2  基于 HLA 的雷达对抗数字仿真系统
基于HLA 的雷达对抗数字仿真系统在以太网上传输的这些主要数据中, 干扰交互类数据的传输对于网络来说是负载最大的[ 3]. 假定某雷达的采样频率为200MHz, 采样时间为 50ms, 则该雷达的采
样数据为 10M, 考虑到雷达三个通道进行数据处理,因此每次交互干扰邦员和雷达邦员之间需传输
30M 的数据, 假设为数据类型是双精度浮点型, 则干扰邦员和雷达邦员之间每次需传输240MByte 的
数据, 即 1920MBi t 的数据. 对于百兆网来说, 满负载传输的理想结果也就是一次数据交互至少需 20s以上, 而雷达每推进一次仿真步长( 一般为几十毫秒) ,雷达邦员和干扰邦员之间就需要一次数据交互,同时以太网在网络负载较大时,网络数据延迟较大且延迟时间具有不可预期性, 因此在基于 HLA的信号级雷达对抗数字仿真系统中网络数据传输是造成仿真效率不高的因素之一.

3  反射内存技术在雷达对抗数字仿真系统中的应用
    和通用的网络技术相比, 高速实时网络应用于特定的、 相对较小的范围内,从而获得比普通网络更加有利于实时仿真的效能.目前比较具有代表性的高速实时网络是VMIC 的反射内存网,其基本原理类似于分布式的共享内存,每个计算机节点配一块带内存的通信板, 节点对板载内存的写入内容通过光纤传递到光纤连接的其它通信板, 从而使得分布节点能够共享写入数据[ 4].以VMIC 5565 反射内存为例,这种技术具有以下特点:
( 1) 高宽带: 具备2. 12Gbps 的理论宽带,传输速度可以达到 47. 1M By te/ s ( 4 字节包) , 174MBy te/ s( 64 字节包) .

( 2) 快速: 数据写入一个节点的同时被写入到网络上的所有节点,最多可以支持256 个节点; 点对
点延迟小, 4 节点模式下的传输延迟仅为 1. 2us.( 3) 延迟确定:由于采用令牌环技术,网络延迟
传输是确定的.由于基于HLA 的信号级雷达对抗数字仿真系统中以太网TCP/ IP 为底层的数据传输方式造成了网络超负载, 引起整个仿真系统的数据传输的不必要延时,进而降低了整个仿真系统的运行效率. 因此为了解决这个问题, 对基于以太网的雷达对抗仿真系统的进行了优化, 引入了反射内存网和HLA 并存的仿真框架,如图3 所示.

图 3   基于HLA 和反射内存网的雷达对抗仿真系统

管理、 目标、 雷达( 组网)、 干扰等邦员组成基于HLA 的外网,同时雷达(组网) 和干扰邦员又组成了基于反射内存网的内网. 内网完成雷达和干扰之间的大数据量传输(原来雷达和干扰每步交互数据需雷通过以太网传输) ,外网完成其它原有的数据的传输.反射内存技术在基于HLA 的雷达对抗数字仿真系统中应用, 继承了基于 HLA 的雷达对抗仿真系统的体系框架, 又解决了以太网传输的效率低下的问题,既发挥了HLA 的互操作性和可重用性的优点, 又发挥了反射内存网高速传输大数据量的优点.反射内存技术在基于HLA 的雷达对抗数字仿真系统中引入后,把雷达对抗数字仿真系统的运行
效效率完全取决于目标邦员、 干扰邦员、 雷达邦员模型的自身的运算效率, 而数据传输对于仿真系统效率的影响基本可以忽略.

4   仿真结果
某雷达对抗数字仿真系统以 pRT I、 VC ++ 、VMIC 5565 反射内存网为平台, 对基于 HLA 的雷达对抗数字仿真系统和基于HLA 和反射内存网并存的雷达对抗数字仿真系统进行了仿真结果的比较,如表1 所示.

表 1   干扰样式仿真结果

    注: S 代表管理邦员, R 代表雷达邦员, 2R 代表 2个雷达邦员组网, J 代表干扰邦员, T( n) 代表目标邦员中有 n 个目标.

5   结束语
文中提出了利用反射内存技术代替以太网通信技术, 解决目前广泛采用的基于HLA 的雷达对抗数字仿真系统中雷达和干扰之间大数据量的交互问题,提高了雷达对抗数字仿真系统的仿真效率.从反
射内存技术应用的结果可以看出:

( 1) 反射内存技术与HLA 技术开发环境是可以兼容的.
( 2) 反射内存技术可以提高雷达对抗数字仿真系统的效率, 尤其在雷达组网的情况下, 其效果显
著.

参考文献:
[ 1] 黄小军, 王宣刚.基于HLA 的网络对抗系统建模与仿真[ J] .航天电子对抗, 2005( 5) : 59- 61.
[ 2] 林晓焕, 林刚,王宏军, 等. 常规雷达加装 RCS 测量支路的方案研究[ J] . 微电子学与计算机, 2007, 24( 6) : 31-34.
[ 3] 李雪,翟正军, 王季, 等.基于 HLA 分布式仿真中的负载平衡技术研究[ J] . 微电子学与计算机, 2007, 24( 11) :155- 158.
[ 4] 顾颖彦.反射内存网实时通信技术的研究[ J] . 计算机工程, 2002( 7) : 143- 144.

作者简介:陈  华  男, ( 1976- ) , 工程师.研究方向为武器系统攻防对抗仿真.