電臺數(shù)據(jù)采集與干擾效果評估系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　　摘要:為滿足通信干擾與反干擾對抗訓(xùn)練和演習(xí)評估需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集、對抗實時分析與干擾效果評估功能，設(shè)計了一套電臺數(shù)據(jù)采集與干擾效果評估系統(tǒng)。研究了系統(tǒng)總體設(shè)計方案。系統(tǒng)以外場背負(fù)式電臺數(shù)據(jù)采集設(shè)備和內(nèi)場數(shù)據(jù)分析與評估中心機為核心。首先，實裝電臺工作數(shù)據(jù)由采集器實時采集和預(yù)處理，然后通過無線加密傳輸鏈路回傳中心機，最后，由中心機完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析評估。闡述了系統(tǒng)構(gòu)成和工作流程，對電臺數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)分析與評估中心機等系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的模塊設(shè)計進行了詳細分析。系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用解決了通信干擾與反干擾對抗訓(xùn)練數(shù)據(jù)自動采集與傳輸缺乏有效手段的問題，評估中心機得出的統(tǒng)計分析結(jié)果能夠真實反映干擾條件下的通信保障水平，為訓(xùn)練問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，對抗訓(xùn)練，背負(fù)式電臺，數(shù)據(jù)采集，采集終端，中心機，干擾效果評估，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。是我國電網(wǎng)信領(lǐng)域創(chuàng)刊最早的雜志。始終緊跟我國通信事業(yè)前進的步伐，及時介紹新技術(shù)和新產(chǎn)品，交流網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運營維護管理經(jīng)驗。集指導(dǎo)性、知識性、實用性為一體，現(xiàn)已成為我國通信領(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)練效果評估為核心的訓(xùn)練信息系統(tǒng)，為實戰(zhàn)化對抗訓(xùn)練提供了有力支撐。通信干擾與反干擾對抗訓(xùn)練作為一項重要的訓(xùn)練內(nèi)容，可有效提升電臺操作人員對通信干擾的認(rèn)知能力，強化干擾應(yīng)對處置能力，從而整體提高指揮通信保障水平。基于通信干擾與反干擾對抗訓(xùn)練在電臺數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析與傳輸、訓(xùn)練效果評估等方面的需求，設(shè)計了一套電臺數(shù)據(jù)采集與干擾效果評估系統(tǒng)[1￣5]。系統(tǒng)的主體是外場電臺數(shù)據(jù)采集器和內(nèi)場數(shù)據(jù)分析與評估中心機。受訓(xùn)人員的背負(fù)式電臺數(shù)據(jù)由采集器實時采集，完成通信信號處理，得出通信質(zhì)量分析結(jié)果，然后，通過無線加密傳輸鏈路將通信質(zhì)量回傳中心機，最后，由中心機完成統(tǒng)計分析與訓(xùn)練效果評估。本文介紹了系統(tǒng)總體設(shè)計方案，包括系統(tǒng)構(gòu)成和工作流程。在此基礎(chǔ)上，詳細說明了采集器和中心機的設(shè)計方法。

　　1系統(tǒng)設(shè)計方案

　　電臺數(shù)據(jù)采集與干擾效果評估系統(tǒng)測量背負(fù)式電臺在復(fù)雜電磁環(huán)境下的實際工作情況，通過預(yù)定規(guī)則和分析方法，定量給出電臺工作質(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)人員在電臺受擾后的情況處置能力，評估電臺、通信網(wǎng)的指揮通信保障水平。此外，也可推斷出電子藍軍的電磁干擾環(huán)境構(gòu)設(shè)效果。系統(tǒng)還可進行電臺實際通話內(nèi)容的監(jiān)聽與實時存盤，用作訓(xùn)練結(jié)束時的講評。

　　1.1系統(tǒng)構(gòu)成

　　系統(tǒng)由外場電臺數(shù)據(jù)采集器和內(nèi)場數(shù)據(jù)分析與評估中心機組成。采集器通過數(shù)據(jù)線連接背負(fù)式通信電臺，實時采集電臺數(shù)據(jù)，再通過4G或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)加密傳輸至中心機信號處理設(shè)備，由數(shù)據(jù)分析與評估計算機完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理與分析評估。

　　1.1.1采集器

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

　　1.1.2中心機

　　中心機由信號處理設(shè)備和數(shù)據(jù)分析與評估計算機組成。中心機信號處理設(shè)備接收并存儲采集器上報的數(shù)據(jù)報文，并對報文進行解析，再按預(yù)定格式通過網(wǎng)線傳送至數(shù)據(jù)分析與評估計算機，進行統(tǒng)計分析和評估顯示。中心機信號處理設(shè)備可通過無線網(wǎng)絡(luò)遠程控制采集器的工作狀態(tài)，包括初始化、上報模式、監(jiān)聽和關(guān)機等，也能夠?qū)崟r播放采集器監(jiān)聽的語音通信數(shù)據(jù)，并選擇錄音存儲在本機數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)分析與評估計算機主要用于對采集的通信數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，進而完成電臺和通信網(wǎng)絡(luò)的干擾效果評估，以定性和定量相結(jié)合的方式評價對抗訓(xùn)練成績。評估結(jié)果通過文字和圖表的形式顯示。

　　1.2工作流程

　　電臺數(shù)據(jù)采集與干擾效果評估系統(tǒng)在啟動使用后，具備信息采集、存儲、上報、監(jiān)聽、分析、評估等多項功能[8￣11]。訓(xùn)練開始前，將采集器下發(fā)受訓(xùn)人員安裝至背負(fù)式電臺上，采集器上報自檢狀態(tài)至中心機，中心機安排組訓(xùn)人員值守，確保所有下發(fā)采集器連接正常。訓(xùn)練開始后，中心機下發(fā)控制指令，啟動采集器，采集器對電臺數(shù)據(jù)實時進行采集，并上報中心機，中心機接收采集器上報的數(shù)據(jù)進行存儲。組訓(xùn)人員可在數(shù)據(jù)分析與評估計算機進行報文調(diào)閱以及統(tǒng)計分析與干擾評估，也可回放通信干擾與反干擾對抗訓(xùn)練過程數(shù)據(jù)和評估結(jié)果。同時，系統(tǒng)可在訓(xùn)練過程中執(zhí)行話音通信監(jiān)聽任務(wù)。訓(xùn)練結(jié)束后，中心機停止所有采集器工作，組訓(xùn)人員組織設(shè)備撤收。

　　2采集器與中心機設(shè)計

　　2.1電臺數(shù)據(jù)采集器

　　電臺數(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、無線傳輸模塊、串口收發(fā)模塊、音頻監(jiān)測模塊等。采集器主控程序采用基于多任務(wù)并行操作系統(tǒng)的方式來實現(xiàn)。開機后，首先進行硬件自檢和狀態(tài)檢測操作，然后等待中心機初始化命令以啟動工作，最后根據(jù)控制命令的要求，執(zhí)行采集、監(jiān)聽、定位、通信質(zhì)量分析等任務(wù)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)實時上傳至中心機。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。各模塊采用獨立可控電源芯片，在保證供電電流充足穩(wěn)定的同時，使主控芯片可以單獨控制各個模塊的啟停，實現(xiàn)休眠時的能耗控制。

　　主控芯片還可通過開關(guān)管控制電源的總輸入，使采集器具有遠程關(guān)機功能。采集器可根據(jù)用戶需求嵌入GPS或北斗定位模塊實現(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，可確保低仰角信號接收效果，在一些遮擋嚴(yán)重的場合仍能正常接收信號。采集器還可根據(jù)用戶需求定制4G或CDMA模塊，實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸，并進行數(shù)據(jù)加密滿足安全性要求。以CDMA模塊為例，基于擴頻技術(shù)將需傳送的信息數(shù)據(jù)，用帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調(diào)制，使數(shù)據(jù)信號帶寬擴張，再進行載波調(diào)制發(fā)送。

　　接收端使用完全相同的偽隨機碼與接收信號作相關(guān)處理，還原信息數(shù)據(jù)以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。采集器通過串口下發(fā)指令，查詢電臺的工作參數(shù)。電臺通過數(shù)據(jù)接口上報報文，主控芯片讀取報文進行預(yù)處理，并將處理結(jié)果上報給中心設(shè)備解析作進一步分析處理。由于主控芯片和電臺間的串口電平不一致，需要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換。音頻監(jiān)聽模塊主要是檢測電臺耳機語音信號的起止時間，并對通話內(nèi)容進行實時監(jiān)聽。該模塊一旦檢測到電臺耳機端接收到語言信號，就開始對通話時間進行標(biāo)定。電臺通話結(jié)束時，給出通信結(jié)束標(biāo)志，并將此次通話內(nèi)容和通話時長傳輸給主控模塊分析。

　　2.2數(shù)據(jù)分析與評估中心機

　　數(shù)據(jù)分析與評估中心機主要用于對下行端(采集器)進行管理控制，完成上傳信息的存儲、分析與評估處理。評估計算機根據(jù)預(yù)設(shè)訓(xùn)練方案給中心機信號處理設(shè)備的每個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)練過程中，中心機信號處理設(shè)備根據(jù)評估計算機指令控制采集器進行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)由評估計算機綜合分析處理。

　　3系統(tǒng)應(yīng)用

　　電臺數(shù)據(jù)采集與干擾效果評估系統(tǒng)既可獨立運行，為通信干擾與反干擾對抗訓(xùn)練提供信息采集與訓(xùn)練效果評估的手段，又可作為電子干擾與反干擾對抗訓(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、全要素對抗中，通信與通信對抗訓(xùn)練環(huán)節(jié)和任務(wù)。作為分系統(tǒng)時，電臺數(shù)據(jù)采集與干擾效果評估系統(tǒng)按照演訓(xùn)導(dǎo)演部統(tǒng)一規(guī)劃展開工作。實現(xiàn)的電臺數(shù)據(jù)采集與干擾效果評估系統(tǒng)已成功應(yīng)用在訓(xùn)練基地。組訓(xùn)人員在數(shù)據(jù)分析與評估計算機上擬制電臺數(shù)據(jù)采集方案，設(shè)置電臺與數(shù)據(jù)采集器的掛接關(guān)系。

　　訓(xùn)練開始后，電臺工作數(shù)據(jù)由采集器自動采集并回傳中心機，在數(shù)據(jù)分析與評估計算機上進行顯示，包括采集時間、設(shè)備名稱、電臺工作方式、電臺功率、信道號、網(wǎng)號等信息。設(shè)計的電臺數(shù)據(jù)采集界面主要包括電臺編組結(jié)構(gòu)、采集器掛接關(guān)系、電臺數(shù)據(jù)采集情況、電臺頻率分布情況等。訓(xùn)練結(jié)束后，組訓(xùn)人員對存儲在數(shù)據(jù)分析與評估計算機上的訓(xùn)練數(shù)據(jù)進行分析評估。設(shè)計的數(shù)據(jù)分析與評估界面主要功能包括:分析顯示電臺在某時段內(nèi)的通話次數(shù)，統(tǒng)計顯示電臺總體工作效能，如通信暢通率和干擾影響率，顯示電臺通話質(zhì)量直方圖。

　　4結(jié)論

　　電臺數(shù)據(jù)采集與干擾效果評估系統(tǒng)為通信干擾與反干擾對抗訓(xùn)練中的信息采集與訓(xùn)練效果評估提供了硬件手段和軟件平臺，滿足基于信息系統(tǒng)的實戰(zhàn)化訓(xùn)練需求。本文闡述了系統(tǒng)總體設(shè)計方案，梳理了系統(tǒng)工作流程，對電臺數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)分析與評估中心機兩個系統(tǒng)關(guān)鍵組成設(shè)計進行了詳細描述。系統(tǒng)部署與運行時，外場采集器與內(nèi)場中心機信號處理設(shè)備間通過無線加密鏈路進行信號傳輸。因此，通信加密模塊的優(yōu)化設(shè)計，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。

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