電臺(tái)數(shù)據(jù)采集與干擾效果評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　摘要:為滿足通信干擾與反干擾對(duì)抗訓(xùn)練和演習(xí)評(píng)估需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、對(duì)抗實(shí)時(shí)分析與干擾效果評(píng)估功能，設(shè)計(jì)了一套電臺(tái)數(shù)據(jù)采集與干擾效果評(píng)估系統(tǒng)。研究了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)以外場(chǎng)背負(fù)式電臺(tái)數(shù)據(jù)采集設(shè)備和內(nèi)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析與評(píng)估中心機(jī)為核心。首先，實(shí)裝電臺(tái)工作數(shù)據(jù)由采集器實(shí)時(shí)采集和預(yù)處理，然后通過(guò)無(wú)線加密傳輸鏈路回傳中心機(jī)，最后，由中心機(jī)完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析評(píng)估。闡述了系統(tǒng)構(gòu)成和工作流程，對(duì)電臺(tái)數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)分析與評(píng)估中心機(jī)等系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)分析。系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用解決了通信干擾與反干擾對(duì)抗訓(xùn)練數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與傳輸缺乏有效手段的問(wèn)題，評(píng)估中心機(jī)得出的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果能夠真實(shí)反映干擾條件下的通信保障水平，為訓(xùn)練問(wèn)題查找解決與通信保障能力提升提供支撐。

　　關(guān)鍵詞:通信干擾與反干擾，對(duì)抗訓(xùn)練，背負(fù)式電臺(tái)，數(shù)據(jù)采集，采集終端，中心機(jī)，干擾效果評(píng)估，訓(xùn)練信息系統(tǒng)

　　通信工程師論文投稿刊物：《電信技術(shù)》(月刊)創(chuàng)刊于1954年，人民郵電出版社主辦。是我國(guó)電網(wǎng)信領(lǐng)域創(chuàng)刊最早的雜志。始終緊跟我國(guó)通信事業(yè)前進(jìn)的步伐，及時(shí)介紹新技術(shù)和新產(chǎn)品，交流網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理經(jīng)驗(yàn)。集指導(dǎo)性、知識(shí)性、實(shí)用性為一體，現(xiàn)已成為我國(guó)通信領(lǐng)域讀者面最廣、發(fā)行量最大的雜志。

　　0引言

　　隨著信息技術(shù)在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，部隊(duì)訓(xùn)練條件得到大幅改善。以信息采集傳輸、分析處理和訓(xùn)練效果評(píng)估為核心的訓(xùn)練信息系統(tǒng)，為實(shí)戰(zhàn)化對(duì)抗訓(xùn)練提供了有力支撐。通信干擾與反干擾對(duì)抗訓(xùn)練作為一項(xiàng)重要的訓(xùn)練內(nèi)容，可有效提升電臺(tái)操作人員對(duì)通信干擾的認(rèn)知能力，強(qiáng)化干擾應(yīng)對(duì)處置能力，從而整體提高指揮通信保障水平�；�于通信干擾與反干擾對(duì)抗訓(xùn)練在電臺(tái)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析與傳輸、訓(xùn)練效果評(píng)估等方面的需求，設(shè)計(jì)了一套電臺(tái)數(shù)據(jù)采集與干擾效果評(píng)估系統(tǒng)[1￣5]。系統(tǒng)的主體是外場(chǎng)電臺(tái)數(shù)據(jù)采集器和內(nèi)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析與評(píng)估中心機(jī)。受訓(xùn)人員的背負(fù)式電臺(tái)數(shù)據(jù)由采集器實(shí)時(shí)采集，完成通信信號(hào)處理，得出通信質(zhì)量分析結(jié)果，然后，通過(guò)無(wú)線加密傳輸鏈路將通信質(zhì)量回傳中心機(jī)，最后，由中心機(jī)完成統(tǒng)計(jì)分析與訓(xùn)練效果評(píng)估。本文介紹了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，包括系統(tǒng)構(gòu)成和工作流程。在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)說(shuō)明了采集器和中心機(jī)的設(shè)計(jì)方法。

　　1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　電臺(tái)數(shù)據(jù)采集與干擾效果評(píng)估系統(tǒng)測(cè)量背負(fù)式電臺(tái)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的實(shí)際工作情況，通過(guò)預(yù)定規(guī)則和分析方法，定量給出電臺(tái)工作質(zhì)量效果，結(jié)合電磁干擾環(huán)境的復(fù)雜程度和威脅程度，判定受訓(xùn)人員在電臺(tái)受擾后的情況處置能力，評(píng)估電臺(tái)、通信網(wǎng)的指揮通信保障水平。此外，也可推斷出電子藍(lán)軍的電磁干擾環(huán)境構(gòu)設(shè)效果。系統(tǒng)還可進(jìn)行電臺(tái)實(shí)際通話內(nèi)容的監(jiān)聽(tīng)與實(shí)時(shí)存盤(pán)，用作訓(xùn)練結(jié)束時(shí)的講評(píng)。

　　1.1系統(tǒng)構(gòu)成

　　系統(tǒng)由外場(chǎng)電臺(tái)數(shù)據(jù)采集器和內(nèi)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析與評(píng)估中心機(jī)組成。采集器通過(guò)數(shù)據(jù)線連接背負(fù)式通信電臺(tái)，實(shí)時(shí)采集電臺(tái)數(shù)據(jù)，再通過(guò)4G或CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)加密傳輸至中心機(jī)信號(hào)處理設(shè)備，由數(shù)據(jù)分析與評(píng)估計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理與分析評(píng)估。

　　1.1.1采集器

　　電臺(tái)數(shù)據(jù)采集器通過(guò)專(zhuān)用數(shù)據(jù)線與背負(fù)式通信電臺(tái)直連，用于采集電臺(tái)的工作方式、當(dāng)前信道、功率大小、主屬、定頻頻率、頻率表號(hào)、密鑰號(hào)和網(wǎng)號(hào)。采集器的核心是質(zhì)量分析與通信監(jiān)聽(tīng)模塊，能夠?qū)Σ杉�的話音通信和�?shù)據(jù)通信進(jìn)行質(zhì)量分析，得出分級(jí)判定結(jié)果，同時(shí)，還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)聽(tīng)電臺(tái)通話內(nèi)容[6￣7]。采集器嵌入的GPS/北斗定位模塊可以獲取電臺(tái)的地理坐標(biāo)和高度，從而確定電臺(tái)所處的位置。此外，采集器還包含狀態(tài)識(shí)別模塊，用于識(shí)別電臺(tái)開(kāi)關(guān)機(jī)狀態(tài)，以及采集器與電臺(tái)的連接狀態(tài)。采集器所收集的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線加密傳輸網(wǎng)絡(luò)回傳至中心機(jī)，由中心機(jī)信號(hào)處理設(shè)備接收處理。

　　1.1.2中心機(jī)

　　中心機(jī)由信號(hào)處理設(shè)備和數(shù)據(jù)分析與評(píng)估計(jì)算機(jī)組成。中心機(jī)信號(hào)處理設(shè)備接收并存儲(chǔ)采集器上報(bào)的數(shù)據(jù)報(bào)文，并對(duì)報(bào)文進(jìn)行解析，再按預(yù)定格式通過(guò)網(wǎng)線傳送至數(shù)據(jù)分析與評(píng)估計(jì)算機(jī)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和評(píng)估顯示。中心機(jī)信號(hào)處理設(shè)備可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制采集器的工作狀態(tài)，包括初始化、上報(bào)模式、監(jiān)聽(tīng)和關(guān)機(jī)等，也能夠?qū)崟r(shí)播放采集器監(jiān)聽(tīng)的語(yǔ)音通信數(shù)據(jù)，并選擇錄音存儲(chǔ)在本機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)分析與評(píng)估計(jì)算機(jī)主要用于對(duì)采集的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而完成電臺(tái)和通信網(wǎng)絡(luò)的干擾效果評(píng)估，以定性和定量相結(jié)合的方式評(píng)價(jià)對(duì)抗訓(xùn)練成績(jī)。評(píng)估結(jié)果通過(guò)文字和圖表的形式顯示。

　　1.2工作流程

　　電臺(tái)數(shù)據(jù)采集與干擾效果評(píng)估系統(tǒng)在啟動(dòng)使用后，具備信息采集、存儲(chǔ)、上報(bào)、監(jiān)聽(tīng)、分析、評(píng)估等多項(xiàng)功能[8￣11]。訓(xùn)練開(kāi)始前，將采集器下發(fā)受訓(xùn)人員安裝至背負(fù)式電臺(tái)上，采集器上報(bào)自檢狀態(tài)至中心機(jī)，中心機(jī)安排組訓(xùn)人員值守，確保所有下發(fā)采集器連接正常。訓(xùn)練開(kāi)始后，中心機(jī)下發(fā)控制指令，啟動(dòng)采集器，采集器對(duì)電臺(tái)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行采集，并上報(bào)中心機(jī)，中心機(jī)接收采集器上報(bào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。組訓(xùn)人員可在數(shù)據(jù)分析與評(píng)估計(jì)算機(jī)進(jìn)行報(bào)文調(diào)閱以及統(tǒng)計(jì)分析與干擾評(píng)估，也可回放通信干擾與反干擾對(duì)抗訓(xùn)練過(guò)程數(shù)據(jù)和評(píng)估結(jié)果。同時(shí)，系統(tǒng)可在訓(xùn)練過(guò)程中執(zhí)行話音通信監(jiān)聽(tīng)任務(wù)。訓(xùn)練結(jié)束后，中心機(jī)停止所有采集器工作，組訓(xùn)人員組織設(shè)備撤收。

　　2采集器與中心機(jī)設(shè)計(jì)

　　2.1電臺(tái)數(shù)據(jù)采集器

　　電臺(tái)數(shù)據(jù)采集器主要由主控板、電池、電纜和配套件組成。主控板是采集器的核心部件，主要包括主控模塊(嵌于主控芯片)、電源管理與分配模塊、定位模塊、無(wú)線傳輸模塊、串口收發(fā)模塊、音頻監(jiān)測(cè)模塊等。采集器主控程序采用基于多任務(wù)并行操作系統(tǒng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。開(kāi)機(jī)后，首先進(jìn)行硬件自檢和狀態(tài)檢測(cè)操作，然后等待中心機(jī)初始化命令以啟動(dòng)工作，最后根據(jù)控制命令的要求，執(zhí)行采集、監(jiān)聽(tīng)、定位、通信質(zhì)量分析等任務(wù)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至中心機(jī)。電源管理與分配模塊與便攜式可充電電池連接，電池選用聚合物鋰電池。電池輸出電壓經(jīng)穩(wěn)壓、變壓向主控芯片和各模塊供電。各模塊采用獨(dú)立可控電源芯片，在保證供電電流充足穩(wěn)定的同時(shí)，使主控芯片可以單獨(dú)控制各個(gè)模塊的啟停，實(shí)現(xiàn)休眠時(shí)的能耗控制。

　　主控芯片還可通過(guò)開(kāi)關(guān)管控制電源的總輸入，使采集器具有遠(yuǎn)程關(guān)機(jī)功能。采集器可根據(jù)用戶需求嵌入GPS或北斗定位模塊實(shí)現(xiàn)精確定位。芯片選用遵循低功耗和高精度原則。定位模塊以每秒一次的頻率向主控芯片上報(bào)位置信息。天線采用有源天線，天線單元增益高、方向圖波束寬，可確保低仰角信號(hào)接收效果，在一些遮擋嚴(yán)重的場(chǎng)合仍能正常接收信號(hào)。采集器還可根據(jù)用戶需求定制4G或CDMA模塊，實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，并進(jìn)行數(shù)據(jù)加密滿足安全性要求。以CDMA模塊為例，基于擴(kuò)頻技術(shù)將需傳送的信息數(shù)據(jù)，用帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使數(shù)據(jù)信號(hào)帶寬擴(kuò)張，再進(jìn)行載波調(diào)制發(fā)送。

　　接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼與接收信號(hào)作相關(guān)處理，還原信息數(shù)據(jù)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。采集器通過(guò)串口下發(fā)指令，查詢電臺(tái)的工作參數(shù)。電臺(tái)通過(guò)數(shù)據(jù)接口上報(bào)報(bào)文，主控芯片讀取報(bào)文進(jìn)行預(yù)處理，并將處理結(jié)果上報(bào)給中心設(shè)備解析作進(jìn)一步分析處理。由于主控芯片和電臺(tái)間的串口電平不一致，需要經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換。音頻監(jiān)聽(tīng)模塊主要是檢測(cè)電臺(tái)耳機(jī)語(yǔ)音信號(hào)的起止時(shí)間，并對(duì)通話內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)。該模塊一旦檢測(cè)到電臺(tái)耳機(jī)端接收到語(yǔ)言信號(hào)，就開(kāi)始對(duì)通話時(shí)間進(jìn)行標(biāo)定。電臺(tái)通話結(jié)束時(shí)，給出通信結(jié)束標(biāo)志，并將此次通話內(nèi)容和通話時(shí)長(zhǎng)傳輸給主控模塊分析。

　　2.2數(shù)據(jù)分析與評(píng)估中心機(jī)

　　數(shù)據(jù)分析與評(píng)估中心機(jī)主要用于對(duì)下行端(采集器)進(jìn)行管理控制，完成上傳信息的存儲(chǔ)、分析與評(píng)估處理。評(píng)估計(jì)算機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)訓(xùn)練方案給中心機(jī)信號(hào)處理設(shè)備的每個(gè)命令通道分配采集器，并發(fā)送初始化命令與相應(yīng)設(shè)備建立連接。訓(xùn)練過(guò)程中，中心機(jī)信號(hào)處理設(shè)備根據(jù)評(píng)估計(jì)算機(jī)指令控制采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)由評(píng)估計(jì)算機(jī)綜合分析處理。

　　3系統(tǒng)應(yīng)用

　　電臺(tái)數(shù)據(jù)采集與干擾效果評(píng)估系統(tǒng)既可獨(dú)立運(yùn)行，為通信干擾與反干擾對(duì)抗訓(xùn)練提供信息采集與訓(xùn)練效果評(píng)估的手段，又可作為電子干擾與反干擾對(duì)抗訓(xùn)練系統(tǒng)的分系統(tǒng)，服務(wù)于電子干擾與反干擾全流程、全要素對(duì)抗中，通信與通信對(duì)抗訓(xùn)練環(huán)節(jié)和任務(wù)。作為分系統(tǒng)時(shí)，電臺(tái)數(shù)據(jù)采集與干擾效果評(píng)估系統(tǒng)按照演訓(xùn)導(dǎo)演部統(tǒng)一規(guī)劃展開(kāi)工作。實(shí)現(xiàn)的電臺(tái)數(shù)據(jù)采集與干擾效果評(píng)估系統(tǒng)已成功應(yīng)用在訓(xùn)練基地。組訓(xùn)人員在數(shù)據(jù)分析與評(píng)估計(jì)算機(jī)上擬制電臺(tái)數(shù)據(jù)采集方案，設(shè)置電臺(tái)與數(shù)據(jù)采集器的掛接關(guān)系。

　　訓(xùn)練開(kāi)始后，電臺(tái)工作數(shù)據(jù)由采集器自動(dòng)采集并回傳中心機(jī)，在數(shù)據(jù)分析與評(píng)估計(jì)算機(jī)上進(jìn)行顯示，包括采集時(shí)間、設(shè)備名稱、電臺(tái)工作方式、電臺(tái)功率、信道號(hào)、網(wǎng)號(hào)等信息。設(shè)計(jì)的電臺(tái)數(shù)據(jù)采集界面主要包括電臺(tái)編組結(jié)構(gòu)、采集器掛接關(guān)系、電臺(tái)數(shù)據(jù)采集情況、電臺(tái)頻率分布情況等。訓(xùn)練結(jié)束后，組訓(xùn)人員對(duì)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)分析與評(píng)估計(jì)算機(jī)上的訓(xùn)練數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)估。設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)分析與評(píng)估界面主要功能包括:分析顯示電臺(tái)在某時(shí)段內(nèi)的通話次數(shù)，統(tǒng)計(jì)顯示電臺(tái)總體工作效能，如通信暢通率和干擾影響率，顯示電臺(tái)通話質(zhì)量直方圖。

　　4結(jié)論

　　電臺(tái)數(shù)據(jù)采集與干擾效果評(píng)估系統(tǒng)為通信干擾與反干擾對(duì)抗訓(xùn)練中的信息采集與訓(xùn)練效果評(píng)估提供了硬件手段和軟件平臺(tái)，滿足基于信息系統(tǒng)的實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練需求。本文闡述了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，梳理了系統(tǒng)工作流程，對(duì)電臺(tái)數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)分析與評(píng)估中心機(jī)兩個(gè)系統(tǒng)關(guān)鍵組成設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)描述。系統(tǒng)部署與運(yùn)行時(shí)，外場(chǎng)采集器與內(nèi)場(chǎng)中心機(jī)信號(hào)處理設(shè)備間通過(guò)無(wú)線加密鏈路進(jìn)行信號(hào)傳輸。因此，通信加密模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及電源模塊的小型化與續(xù)航能力提升是下一步技術(shù)改造的重點(diǎn)。

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