北斗短報文功能在偵察領域的應用

劉云雷，蔡 偉

(中國電子科技集團公司第五十一研究所，上海 201802)

0 引 言

“短報文”其實相當于現在人們平時用的“短信息”，北斗衛星短報文通信功能為各種平臺應用提供了極大的便利。目前北斗短報文已經大量應用到救援、野外作業、海上作業系統。在軍事領域，北斗的短報文功能已經在各種平臺開展應用，在機載平臺上，搭載電子偵察設備通過北斗用戶機與地面中心站雙向數據通信。那么在信息傳遞過程中，必不可少地要考慮北斗短報文性能受環境因素以及北斗衛星部署情況的影響，這將為電子偵察設備的應用場景提出新的挑戰。同時在偵察領域，信號分選性能指標一般要達到32批/s，單批信息包含截獲時間、頻率類型、脈寬類型、重周類型、頻率值、脈寬值、重周值等，這些信息在通用處理計算器內存中占用的字節數約為32字節，10 s累計的信息量約為32×32×10字節，遠遠大于單次北斗短報文最多傳送210字節的指標。這里還不涉及定位、測向、識別結果、系統狀態等信息。計算北斗短報文的傳送速率為： 21字節/s，而需要傳送的數據遠遠大于1 024字節/s。怎樣調和這樣的矛盾，同時高效、自適應地利用北斗短報文功能進行偵察信息的傳送是本篇文章的意義所在。

圖1 設備部署圖

1 信息編碼

為了提高單次信息攜帶量，目前市面上主要采用ASCII編碼來描述日期時間信息，即使采用最好的數據壓縮方式，仍將占用十幾個字節，在軍事領域，這種編碼技術遠達不到要求。

要想進一步提高單次信息攜帶量，那必須摒棄市面上字符編碼的方式，重新對偵察信息進行編碼，高效簡潔的方式就是利用原碼方式來進行信息編碼，例如可通過約占用4個字節數來描述日期時間信息，具體見表1信息單元定義，通過原碼編碼，就可將信息攜帶量提高到2倍以上。

表1 信息編碼單元

2 信息分類

針對偵察領域的技術特征進行分析，偵察領域在偵收到信號以后，會對不同的信號進行編批處理，批號采用數值遞增的方式。信號的內容由信號批號單元、信號描述單元、方位單元組成。在執行飛行任務時，其同一批號的信號描述單元的內容不會發生變化，變化的是信號的方位單元內容。那么可以這樣設計：當出現新的批號信息時，將其批號、信號描述、信號方位告知地面中心站，后續執行任務時，再次出現這個批號，則只傳送信號方位。

在機載平臺上，電子偵察設備一般采用測向交叉定位技術對固定目標或者慢速目標定位，實際上是伴隨著機載平臺的移動，信號測向方位不斷變化，通過交叉而對定位點凝聚的過程，在這個過程中，要向地面中心站持續更新定位點。

根據上述分析，可對多個信息單元排列組合，產生多種類型、描述具有偵察價值的信息，稱為信息類別。信息類別中包含信息類別單元和其他信息單元，新組建的信息單元個數不固定，可根據實際情況添加或者刪除，示例見表2。

表2 信息類別

3 信息取舍

針對機載的特性，有些數據是每次必要上報的，例如：機載位置、系統時間、流水號等。首先對傳輸數據定義：電子偵察設備偵獲的信息，并且希望通過北斗用戶機傳送的數據。

經過對傳輸數據的信息分類，發現在電子偵察設備滿負荷工作時，存在傳輸數據擁堵的情況，這時可對發送信息進行取舍。

步驟1：保證傳輸數據的時效性，一般對數據的歷史保留時間設定為10 s。當然時間設定也可采用自適應的方式，依據北斗通信卡的發送最短間隔數值作為歷史數據保留時間，也可通過地面中心站交互的信息來改變。

步驟2：對信息類別以及信息類別中的單元進行優先級設定?？稍O置2層優先級：

第1層針對信息類別，例如可設定：目標定位信息類別最高，方位信息類別次之，信號信息類別最低。第1層優先級的設定可在執行任務前預先設定，也可通過地面中心站交互的信息來改變。

第2層是針對信息類別中的信息單元設定。信號信息類別中的單元，默認優先級為信號批號單元的數值：數值越小，優先級越大，可通過地面中心站交互的查詢批號的信息來改變默認優先級。而定位信息類別、方位信息類別中的信息單元按照歷史時間順序設定優先級：歷史時間值越小，優先級越高。

步驟3：設定發送隊列，大小為單次北斗卡最大發送字節數。而后依照優先級高低順序將信息類別添加到發送隊列。在添加信息類別數據時，則按照信息類別中的信息單元優先級添加，在添加信息單元時要判斷空間是否充足，如果不充足，則舍棄該單元。

圖2 信息取舍

4 信息溝通準則

在電子偵察設備與北斗用戶機之間建立良好的溝通機制，是有效提高信息傳送能力的手段，因此需要設定溝通準則。

北斗用戶機與電子偵察設備之間信息交互，要嚴格遵循報文協議。

北斗用戶機提供關于當前短報文通信信道性能方面的描述信息，方便電子偵察設備獲知。

北斗用戶機提供北斗通信卡的性能描述信息：單次可允許發送最大的字節數、最短允許發送時間間隔，以便電子偵察設備根據北斗通信卡的性能調整傳輸策略，達到自適應性。

北斗用戶機下發空閑消息到電子偵察設備，表明北斗用戶機當前具備傳送數據的能力。

5 通信鏈路

北斗用戶機與電子偵察設備之間可通過網絡、RS-485等作為設備之間的鏈路橋梁，下面章節以網絡進行舉例說明。

6 信息交互時序

(1) 電子偵察設備為服務器，北斗用戶機為客戶端，兩者建立網絡連接。

(2) 北斗用戶機將北斗卡的性能參數(單次最大發送字節數和最短時間間隔)提交給電子偵察設備。

(3) 電子偵察設備在偵察歷史數據保留時間采用自適應的方式下，將其保留時間設定為最短時間間隔。電子偵察設備的數據發送隊列空間大小設定為單次最大發送字節數。

(4) 開啟空閑指令超時循環處理流程，時間設定為北斗最短時間間隔值。在時間間隔內，收到空閑指令則重新計時，超時則發送查詢狀態信息到北斗用戶機，北斗用戶機上報狀態信息到電子偵察設備，狀態信息包括北斗通信信道方面的內容，電子偵察設備保存信息供事后分析。

(5) 北斗用戶機上報空閑指令，電子偵察設備則單次跳過空閑指令超時循環處理流程，而后按照信息取舍的步驟打包數據，并將信息提交到北斗用戶機，北斗用戶機則將信息轉發到地面中心站。

(6) 地面中心站下發包括信息類型優先級、查詢批號等消息到北斗用戶機，北斗用戶機轉發消息到電子偵察設備，電子偵察設備根據消息調整傳輸策略。

7 軟件建模

上述章節的描述可統稱為北斗通信業務。利用面向對象思想完成軟件建模，并重點描述架構中的業務邏輯，實現層中功能組件分工合作完成這項業務，見圖3。

圖3 軟件架構

代表層描述：CMainCtrl負責CSys、Cport、CDB功能模塊的創建和配置、通信端口的“讀”任務的啟動、CMainCtrl充當管家的角色。

功能接口設計層描述：CPort主要負責數據的收發，采用適配器設計模式的思想，提供統一的數據收發接口，CPort的子類通過對驅動的封裝來適配接口。同時采用觀察者的思想來完成數據接收的邏輯，CPort充當信息發布方，CSys充當信息訂閱方，CPort組件充當交通樞紐的角色。

CMdu具體負責對接收的報文信息進行拼接、合法性檢查、解析、信息分類等，將結果返回給對應的CSys組件，同時對CPort的發送接口進行裝飾設計，為CSys組件提供新的發送數據的接口。主要目的是幫助CSys從系統的報文協議的解析、打包程式中解脫出來，專心負責業務上的邏輯處理，CMdu充當CSys與CPort之間的“翻譯器”。

CDB組件作為系統數據匯集中心，對系統中流轉的數據進行分類，并根據任務要求備份歷史數據，對外提供數據保存接口、數據提取接口，是Csys組件的具體處理對象。

CSys主要負責業務上的處理，是整個軟件的核心價值體現。

業務邏輯實現層描述：通過對功能組件接口設計層的描述，以及北斗通信業務的分析，可以搭建功能組件之間的接口圖，見圖4。

圖4 組件接口圖

CSysBDSCtrl負責信息取舍工作和信息交互時序,CDBSignal作為偵察數據歷史信息提供方,CMduNet負責電子偵察設備與北斗用戶機之間的報文協議的執行者,CPortNet負責網絡通信鏈路的實施方，CBitSerials負責傳輸數據信息類別化和bits發送隊列的維護工作，這幾個功能模塊配合，完成北斗通信業務，可用執行順序圖來描述，其中代表層的CMainCtrl作為管理者也參與其中，如圖5所示。CSysBDSCtrl作為北斗通信業務實現的主要負責人，著重詳細描述如圖6所示。

圖5 業務邏輯層功能組件執行順序圖1

圖6 業務邏輯層功能組件執行順序圖2

設計中遵循了單一職責(SRP)和開放封閉原則(OCP)，保證系統的擴展性需求。

8 結束語

本文的最大意義在于在機載平臺搭載電子偵察設備執行任務時，利用北斗短報文通信功能，最大限度地利用其通信信道資源，將重大偵察價值信息快速實時地傳送到地面中心站。依照上述設計，該技術已經在某型號機載電子偵察設備中使用，效果良好，單次飛行執行偵察任務2 h，可對5個固定點的定位信息傳送100次以上，信號描述信息超500批，信號方位信息累計超2 000次。