北斗指挥自动化系统实现方案.doc

某部指挥自动化系统 技术方案 北京华力创通科技股份有限公司 某部指挥自动化系统 0 目录 一 前言 1 二 需求分析 2 三 总体技术方案 3 3 1 设计原则 3 3 2 总体技术方案 3 3 3 信息传递方式 4 3 4 系统工作方式 5 3 5 方案的技术特点 5 3 6 方案实现中的关键技术 6 3 7 技术策略 8 四 系统组成 12 4 1 手持型用户机 12 4 2 车载指挥型用户机 14 4 3 车载信息处理平台 15 4 4 配套软件 16 五 报价及供货进度 24 某部指挥自动化系统 1 一 前言 北斗一号 卫星导航定位系统是利用地球同步卫星为用户提供 快速定位 简短数字报文通信和授时服务的一种新型 全天候 区 域性的卫星定位系统 它由两颗地球同步卫星 中心控制系统 标 校系统和各类用户机等部分组成 各部分通过出站链路 中心控制 系统 卫星 用户 和入站链路 用户 卫星 中心控制系统 相 连接 其定位为 三球交汇 原理 有别于 GPS GLONASS 等系 统 并且定位 通信和授时三大功能可以在同一信道中完成 此外 通过用户终端 即卫星导航定位通信机 北斗一号 系统用户可 以从运营商获得以三大功能为基础的各种附加服务 北斗一号 系统与 GPS GLONASS 等系统不同 属于有源 定位系统 用户终端需要在捕获卫星信号后发送定位申请才能够获 得由中心控制系统计算得到的定位结果 因此用户机不需根据卫星 信号计算定位数据 但必须向卫星发射信号 北斗一号 卫星导航 定位系统优于 GPS GLONASS 等系统的是 它在同一卫星信道中 为用户提供了简短数字报文通信的功能 从而可以使用户机与中心 控制系统 用户终端之间进行数据通信 这将极大地丰富系统的应 用功能 某部需要针对部队的不同作战环境作出快速反应 并且需要在 指挥控制过程中准确反映各作业单元的态势和运行情况 以便正确 进行决策 实现准确的巡逻行动 救援行动 后勤保障调度和应急 支援 为完成该任务 某部开始进行指挥自动化系统的开发 在此 背景下 随着 北斗一号 系统在我军装备中的普及应用 以及其 某部指挥自动化系统 2 在汶川地震救援中的优良表现 越来越多的部队项目中开始采用 北斗一号 系统进行战术演练和作业服务 同样 某部指挥自动 化系统也利用 北斗一号 系统进行部队态势和作战电文的管理和 定位 并通过发挥 北斗一号 系统的通信信道优势 实现全部基 于卫星的指挥控制系统 该系统要求运用指挥型 手持型用户机和配套软件 构成一个 完整的指挥网络 实施一定部署距离和范围内的指挥控制及机动跟 踪演示 以进行模拟实际用条件下的系统评价 本方案基于北京华 力创通科技股份有限公司的北斗用户机产品 提出了一整套完成上 述要求的系统设计方案 二 需求分析 某部指挥自动化系统要求建立一个覆盖一定部署距离和范围的 指挥网络 基本功能必须具有定位 通信 授时 导航等功能 同 时必须实现指挥 包含部队常用的命令集 能实现代码通讯 该网 络主要由指挥部节点 顶层控制单元 含师指挥车 各直属分队节 点 中层控制单元 和各手持节点 底层机动单元 三大部分组成 要求系统各节点必须有定位 通信 授时 导航等功能 同时 必须实现三级指挥和越级指挥 包含预备役部队常用的命令集 能 实现代码通讯 基于地图的用户界面具有放大 缩小 漫游及选择 地图的功能 能够测距 面积量算 地理信息查询等常用功能 具 有简单的地图标绘功能 指挥部节点 各直属分队节点和各手持节点软件界面统一 软 件界面简洁人性化 操作简便 易学易用 某部指挥自动化系统 3 三 总体技术方案三 总体技术方案 3 1 设计原则 根据某部指挥自动化系统设计基本要求 要求系统运用指挥型 手持型 北斗一号 用户机和配套软件 构成一个完整的指挥网络 实施一定部署距离和范围内的预备役部队指挥控制及机动跟踪 根 据该要求 结合我方目前的产品结构层次和配套软件情况 我方合 理划分模块和指标分配 力求达到基本模块标准化 系列化 满足 上述需求 在满足需求的前提下 突出可靠性 实用性 标准性 先进性和低成本的设计指导方针 总结起来 设计原则如下 1 遵照国家军用标准 无论硬件配置 安装方式 软件界面 地理信息系统等部分都严格遵照国家军用标准进行设计 2 强调系统优化设计 降低成本 提高系统效果 3 采用成熟有效技术 兼顾技术的先进性 本技术方案所使用 的用户机和信息处理平台 军用平板电脑 都是经过定型试验的稳 定产品 每项产品都可提供定型文件和测试报告 充分保证了产品 的质量和可靠性 4 充分考虑战时指挥控制的需要 紧密结合战术需要 进行使 用功能的设计 5 实现各种用户机的无缝集成 提供指挥控制效率 6 完善人机界面 友好美观 操作简便易行 3 2 总体技术方案 某部指挥自动化系统要求建立一个覆盖一定部署距离和范围的 某部指挥自动化系统 4 指挥网络 以便于实现预备役部队指挥控制和机动跟踪 实现该指 挥网络 根据其组成规模和 北斗一号 系统的技术特点 具体实 现时 可以采用如下总体技术方案 指挥网络的基本组成包括 第一级 车载指挥部节点 具体实现时 卫星导航定位平台由北京华力创通科技股份有限 公司生产的车载式指挥型北斗导航定位通信机担任 信息处理平台 由加固军用电脑担任 该单元放置在丰田霸道车辆平台上经改装使 用 信息处理平台上运行指挥型用户机终端配套软件 具体实现时 卫星导航定位平台由北京华力创通科技股份有限 公司生产的车载指挥型北斗导航定位通信机担任 信息处理平台由 便携型大屏幕平板 12 寸 一体化加固军用电脑或军用加固笔记本 电脑担任 可借助车内支架固定在车内 也可以取出后放置在室内 使用 信息处理平台上运行指挥型用户机终端配套软件 第二级 各手持节点 具体实现时 卫星导航定位平台由北京华力创通科技股份有限 公司生产的手持型北斗导航定位通信机担任 信息处理平台由手持 型内置 PDA 平台担任 可借助车内支架固定在车内 也可以取出后 单兵携带 信息处理平台上运行用户机终端 PDA 配套软件 3 3 信息传递方式 在指挥网络中 各用户机之间的相互关系为 1 指挥部节点与全部手持节点之间构成定位总站注册的指挥机 所辖用户关系 也即各手持节点是指挥部节点的所辖用户 工作时 指挥部节点可以监收全部手持节点的北斗系统定位和通信信息 它 某部指挥自动化系统 5 们之间通过信息监收 通播的方式实现指挥控制 上述功能实现了指 挥部节点对手持节点的越级指挥功能 2 为进一步提高系统的可靠性和安全性 上述各用户机之间也 通过点名信息回传的方式建立信息传递渠道 3 4 系统工作方式 总结起来 整个指挥网络的工作状态可以描述如下 1 被指挥用户位置确定 系统运行时 各手持节点分别完成各自不同的战术任务 其工 作时进行定位 则手持节点通过北斗系统获得的位置信息可以通过 信息监收机制实时地反映在各直属分队节点和指挥部节点的指挥控 制台上 各直属分队节点工作时进行定位 其通过北斗系统获得的 位置信息和相关态势信息通过信息回传机制反映在指挥部节点的指 挥控制台上 2 指控命令发送 分级指挥时 指挥部节点通过通信方式向各直属分队节点发送 指控命令 各直属分队节点通过通信或通播方式向手持节点发送指 控命令 越级指挥时 指挥部节点通过通播方式向手持节点发送指 控命令 3 5 方案的技术特点 1 各直属分队节点和手持节点之间以及指挥部节点和手持节点 之间基于定位总站注册的指挥机 下属用户关系完成指挥控制 信息 传递速度快 效率高 稳定性好 2 指挥部节点和各直属分队节点之间通过信息回传方式获得手 某部指挥自动化系统 6 持节点的相关信息 不需申请注册节点之间的指挥关系 成本低 资源浪费少 3 兼容以 GPS 为基础的双模体制指挥控制 提高了系统的可用 性和生存能力 也便于部队平时使用 GPS 进行训练 选配 4 信息监收 通播方式和点名信息回传方式并存 使得系统保 有两套信息传递渠道 实现了信息传输链路备份冗余 提高了信息 传输链路的可靠性 也便于紧急情况下普通用户机升级为指挥单元 5 本方案中 要想保证一定的使用效果 必须提高指挥部和各 直属分队节点的服务频度和通信等级 3 6 方案实现中的关键技术 1 基于 bit 流的电文传输 压缩传输 我公司系统方案中 通信电文传输除了支持定位总站规定的汉 字和 BCD 码方式外 还提供了基于 Bit 流的透明电文传输 使用该 方式 发送的通信电文即可支持任意字符的混合电文 并且保证不 降低数据的传输效率 在 Bit 流透明电文传输方式的基础上 我们还增加了电文的压 缩传输功能 该功能可以在传输较长电文时 先将电文进行压缩 然后通过北斗信道以 bit 流的方式进行传输 在接收方 收到电文 后 将其进行解压缩 即可还原出原始电文 使用压缩传输功能后 电文的一次传输长度可以提高 60 左右 视电文的具体情况有所不 同 这样可以很好的支持在指挥控制过程中态势信息和下属用户信 息等大数据报的实时传递 2 点名定位和点名信息回传 某部指挥自动化系统 7 点名定位和点名信息回传是通过北斗系统的通信功能实现的扩 展功能 其中点名定位也是点名信息回传的一种具体实现形式 点 名定位是通过约定协议控制 控制被点名用户进行定位 并将信息 发回控制端的一种扩展功能 而点名信息回传是通过约定协议控制 联络双方通过发送命令互相获得感兴趣信息的一种扩展功能 目前 我公司系统方案支持以下几种数据信息的回传 同时 由于约定协 议的开放性 系统还可以在使用中不停改进 支持更多的数据回传 用户机定位并回传定位结果 回传最近一次北斗定位信息 回传最近一次 GPS 定位信息 选配 回传最近一次接收电文 回传最近一次发送电文 回传用户机最近工作状态 回传用户机的本机工作信息 指挥型用户机回传下属用户机信息 指挥型用户机回传下属用户机位置 3 多用户群发 发起用户机向指定的任意多个用户机发送电文信息 发起用户 机不一定是指挥型用户机 任意多个用户机也无需是发起用户机的 指挥下属用户 4 集团用户通播 指挥型用户机向其下属用户发送电文信息的过程 该过程由定 位总站技术支持 指挥型用户机只需向指定的通播地址发送一次电 文 全部下属用户即可收到电文 某部指挥自动化系统 8 5 分组及无线信道动态分组 指挥网内的用户需要根据功能和作战需要进行编队分组 当指 挥者需要对小组进行控制时 即可利用分组功能进行实现 某些场 合下 指挥中心需要对网内用户的分组情况进行动态调整 也可借 助北斗一号系统的通信功能通过多用户群发和集团用户通播功能实 现分组信息的传达 也即实现了无线信道动态分组 6 军用地理信息系统和军标标绘 军用地理信息系统是地理信息系统的一种专用形式 它具有地 图数据量大 属性信息丰富 复杂的特点 能够实时管理军事情报 重要军事目标和复杂军事地形 能够满足指挥员作战推演和讲解 能够进行动态军事标绘 为作战指挥提供一个多方位的决策支持系 统和演示平台 3 7 技术策略 某部指挥自动化系统遵循模块化 积木化 系列化的设计思路 在总体方案精心设计的基础上 集中精力研制出能适合各个应用的 基本模块 作为用户机的基础开发平台 为适应二次开发的技术要 求 基本模块应做到系列化 接口标准化 通过灵活配置 使用户 可在本系统平台上进行更加广泛的系统设计 总结起来 某部指挥自动化系统总体方案设计计划采用以下技 术策略 1 动态指挥控制体系的技术支持 一般的 如果使用北斗一号卫星导航定位系统进行用户机组网 和指挥控制 需要使用指挥型用户机和车载普通用户机配合使用 而且必须保证多台车载普通用户机与指挥型用户机之间建立起了指 某部指挥自动化系统 9 挥关系 这需要这些用户机的用户地址和它们之间的指挥关系在卫 星定位总站进行了有效注册 这样才能够使指挥型用户机能够监收 多台车载普通用户机的信息并能够通播信息 如果有一台指挥型用 户机没有实现有效注册 那么它就无法受到指挥型用户机的监控 而且 单纯的指挥型用户机虽然可以指挥和控制多台车载普通 用户机 但无法对这多台车载普通用户机进行分组管理 一个电文 要通播的话就必须在整个集团用户内都收到 这使指挥控制无法分 层和分组进行 不利于指挥控制的层次化和高效率 此外 即便满足了上述条件 在指挥型用户机工作的条件下 用户机指挥网可以在指挥型用户机的调度下完成指挥控制功能 但 一旦指挥型用户机失效 整个指挥网将陷于瘫痪 这将不利于整个 指挥网的运转 降低了指挥网的可靠性 针对上述问题 我们在用户机配套软件底层支持套件的开发时 设计实现了一系列实现动态指挥控制体系的技术支持模块 这些模 块被集成到用户机终端配套软件中后 即可发挥作用 使利用我公 司用户机和配套集成软件所组成的用户机网可以实现动态指挥控制 体系 首先 我公司的技术支持模块包含用户机终端组网支持套件 利用该套件 车载普通用户机也可以具有组网功能 这样 即便某 个车载普通用户机和指挥型用户机之间未建立指挥关系 它们之间 也可以通过组网支持套件完成指挥控制 其次 使用用户机终端组网支持套件后 一旦指挥型用户机失 效 用户机网可以将其中一台车载普通用户机升级为临时指挥中心 并通过套件提供的功能获得网内其它用户机的情况并且下达指挥命 令 继续指挥控制任务的实施 这样 就可以大大提高用户机指挥 某部指挥自动化系统 10 网的生存能力 最后 用户机终端控制支持套件和用户机终端组网支持套件中 都包含了分组支持模块 这些模块的应用可以使多台车载普通用户 机之间 指挥机下属的车载普通用户机之间方便的进行分组 并且 可以支持使用北斗信道完成动态分组 2 配套软件模块化设计 软件模块化设计是成熟软件设计的趋势 模块化设计具有可以 使软件结构更清晰 更容易测试和维护 更容易代码重用的优点 提高了软件的可靠性 可测试性和开发效率 我们的集成配套软件 的设计总分考虑了模块化设计的思想 将用户机集成配套软件的基 本功能和扩展功能进行整合和优化 开发出三个底层支撑套件 上 层软件以这三个套件为基础 通过简单集成和界面编排形成应用软 件 模块化设计为提高了软件开发质量和效率 也为后续用户的二 次开发提供了良好的数据接口和软件功能接口 总结起来 整个软件体系以操作系统 Win98 2000 XP NT 软 件为基础 其上层为用户机终端控制支持套件 地理信息系统支持 套件和用户机终端组网支持套件 最上层为用户型软件和指挥型软 件 其关系如上图所示 3 通用操作系统信息平台和配套软件一体化设计 为全面显示战场态势和图形化支持战场导航 某部指挥自动化 系统的车载指挥型和车载式指挥型用户机的信息平台都采用了加固 军用电脑 只是指挥型用户机的平板军用电脑屏幕要比车载指挥型 的更大 以便于显示更多的图形和指挥信息 在两种军用电脑上 我们都使用基于 Windows NT 的操作系统 这样 无论是普通单车型 用户机还是指挥型用户机 甚至中心指挥控制系统 都可以使用相 某部指挥自动化系统 11 同底层驱动的程序 而不用进行不同平台的移植开发工作 在开发各种用户机信息平台上运行的配套软件时 我们采用了 一体化设计的思路 也即各程序的功能实现按照要求将各种底层模 块进行组合封装 然后利用一个界面模块进行对外的功能反映 各 种不同的程序只是在界面模块和功能配置参数上有所不同 而其余 部分是完全一样的 这样 程序的配置和更改就更为简单和高效 甚至不用编辑源代码 通过配套软件一体化设计 结合动态指挥控 制体系的技术支持 我们还可以方便的实现普通用户机向指挥中心 的动态升级 某部指挥自动化系统 12 四 系统组成四 系统组成 4 1 手持型用户机 手持型系列用户机是 北斗一号 系统用户终端的一种 它可 以满足移动用户的定位通信需求 它将天线 射频单元以及信号处 理主板 部分型号还包括 GPS 接收机 电池等部件 显示控制终端 集成在一个单元中 用户通过显示控制来完成用户机的各项应用 手持型系列用户机主要分为双模型和普通型两类 主要用于单人 单车等的定位 导航短信收发 授时 图 2 北斗一号 手持型用户机部件组成框图 2003 年 8 月 我公司参加总参测绘局组织的通用装备采购招标 经过与 12 家竞标单位的激烈竞争 最终我们凭借明显的技术优势和 先进的生产能力以及完善的装备维护保障体系 以最高标的中标 某部指挥自动化系统 13 目前 产品经过严格的装备定型测试 于 2005 年 9 月顺利通过总参 测绘局组织的装备研制定型 总结起来 本装备具备以下优点 1 技术成熟 已广泛应用并定型 2 信号处理使用先进的全数字接收技术 性能优越 全数字接收机技术是用户机的技术发展趋势 通过将接收机尽 量软件化 数字化 不仅可以充分运用新的理论研究成果 算法灵 活 性能优越 而且可以为整机性能升级提供强大支持 使低成本 改进 远程升级维护成为可能 我公司所研制的用户机由于采用了全数字接收技术 性能优越 在接收灵敏度 双通道时差测量误差 测距精度等多项技术指标上 有明显的优势 有的甚至达到了理论极限 3 功能完备 成熟 对集群系统和组网实现支持充分 所研制的用户机除支持 北斗一号 系统所规定的定位 通信 和授时功能外 还支持任意电文通信 电文压缩通信 长电文拆分 通信 点名定位等增强应用功能 扩展可支持开发其他如电文回执 态势通播 三级指挥体系建设等的相关应用功能 为集群系统和组 网应用提供了充分支持 此外 独创的点名信息回传技术为集群系 统提供了一种备份的信息传递渠道 提高了战时集群系统的可用性 这些集群系统支持技术已在多个部队信息化系统集成项目中得 到广泛应用 受到实践检验 技术成熟 稳定可靠 4 模块划分合理 接口定义清晰 充分贯彻标准化 通用化 思想 便于装备的联合设计和生产 5 注重电磁兼容设计 充分贴近我军装备需求 某部指挥自动化系统 14 6 可靠性高 维修方便 实用性强 我公司生产的手持型用户机技术领先 指标出色 目前已技术 定型 与国内其他厂家生产的手持型用户机相比 在性能 重量 体积 易用性等关键技术指标上都具有绝对优势 是国内同类装备 的领先者 4 2 车载指挥型用户机 1 导航定位平台 指挥部节点和各直属分队节点装配的指挥型用户机导航定位平 台使用华力创通的指挥型用户机 不同的是 指挥部节点使用车载 式指挥型用户机 各直属分队节点使用车载指挥型用户机 如下图 所示 图 5 车载指挥型用户机 指挥型用户机也是 北斗一号 系统用户终端的一种 它不仅 某部指挥自动化系统 15 可以完成本机的定位 通信和授时功能 而且可以对注册过的它的 所属用户进行信息监收和通播 指挥型用户机兼容多种独立外设 但最常用的还是军用手提电脑 平板电脑等设备 主要是因为其需 要显示态势信息和电子地图 指挥型用户机的主要技术特点包括 1 全向高灵敏度快速信号捕获 2 定位精度高 定位成功率大于 99 9 3 软件化全数字接收机信号处理技术 4 先进的多星信号接收处理技术 5 优化的软硬件分割策略和完善的一体化设计技术 6 支持多种数据通信协议 外设兼容性好 7 先进的防震 防水和抗恶劣条件设计 8 可靠性高 电磁兼容特性优良 9 体积小 重量轻 便于携带 10 可接收和处理北斗一号系统全部波束的信号 11 可监收集团内所属用户的定位及通信信息 12 可向集团内所属用户通播通信信息 4 3 车载信息处理平台 指挥部节点车载式指挥型用户机信息处理平台使用自身标配的 军用加固电脑 该产品已完成定型试验 某部指挥自动化系统 16 图 7 12 寸大屏幕平板一体化加固军用电脑 图 8 车载指挥型用户机安装效果图 4 4 配套软件 根据某部指挥自动化系统的设计基本要求 考虑到软件设计的 模块化和易维护 易测试性 并且满足对二次开发软件平台需要提 某部指挥自动化系统 17 供数据接口和软件功能接口的要求 软件支持部分包含的以下几个 部分 其中 前三个部分是整个软件体系的底层支撑 也是最终提 供给用户的二次开发软件平台数据和软件功能接口 而用户机终端 参数设置和维护软件是随用户机配套提供给用户的技术支持软件 某部指挥自动化系统 18 某部指挥自动化系统 19 某部指挥自动化系统 20 图 11 配套软件界面图 1 地理信息系统支持套件 负责提供对地理信息系统的技术支撑 该套件使用动态链接库 的方式实现 通过使用该套件 可以 基本功能 对军用电子地图进行放大 缩小 漫游及选择地图等操作 可将定位结果实时显示在地图上 即电子地图上的位置显示 功能 实现行进航迹的保存 回放 态势回放和分析功能 能够进行军用标号及作战态势的标绘 能够切换是否显示军 标 可实现态势显示 即所有用户的电子地图显示功能 并支持 打开态势图 叠加态势图 保存态势图等基本功能 某部指挥自动化系统 21 高级功能 可实现智能标绘 完成开始动态跟踪 结束动态跟踪 动态 回放 设置跟踪属性 军标编辑 全屏显示等功能 可实现地理信息查询和分析 包括 图上量算 对象查询 属性查询 地名定位等 可实现地图管理 完成地图查询 删除地图 转存地图 装 入地图 接收地图 地图入库等操作 需要着重说明的是 我公司地理信息系统平台完全支持全军 123 演习用图的地图格式 可支持在各种军用地图格式上的标绘和 显示 2 用户机终端控制支持套件 负责提供对用户机终端的控制 数据接收等功能 该套件使用 动态链接库的方式实现 通过使用该套件 可以 基本功能 控制和管理与用户机终端连接的 RS232 串口 控制用户机终端进行北斗定位 通信等工作 控制用户机终端利用北斗信道进行代码通信和固定指令集通 信 控制用户机终端利用北斗信道进行电文的多用户群发 控制用户机终端利用北斗信道实现长电文的压缩传输 控制用户机终端利用北斗信道在收到正确电文后发送回执电 文 不使用定位总站的回执查询功能 控制用户机接收 GPS 定位结果 选配 控制用户机利用北斗广播信息监控 GPS 系统的健康信息 选 配 某部指挥自动化系