CN114448538B - 一种电台混联的通信仿真系统及其仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种电台混联的通信仿真系统及其仿真方法，所述电台混联的通信仿真系统包括实装电台模块；中间模块，与实装电台模块通信连接，用于通信数据的转换；通信服务系统，与中间模块通信连接，用于实现数据传输、管理和存储；虚拟电台通信仿真系统，与通信服务系统通信连接，用于语音通信、报文通信。本发明中的电台混联的通信仿真系统能够实况/构造电台混合仿真的文本建模，动态生成具有特定网络规模、设备组成、参数配置的网络仿真系统，实现了虚实电台的虚实统一、相互作用、信息解析等效果。
Description
技术领域
本发明属于通信仿真领域，具体涉及一种电台混联的通信仿真系统及其仿真方法。
背景技术
基于联合作战的陆军实兵实装仿真训练试验系统集成了实装、虚拟仿真、构造仿真等诸多系统，导调控制系统和综合管控系统则是实现对这些系统的统管统控。导调控制系统和综合管控系统在异构系统之间，构建统一的体系架构和数据标准，形成一个能够实现数据同步交互的综合环境，实现异构系统之间互联互通、数据重用和功能组合，其中，解决实况电台与构造电台的混联所带来的虚实结合问题非常迫在眉睫。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种电台混联的通信仿真系统及其仿真方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电台混联的通信仿真系统及其仿真方法，以实现实况电台与构造电台的虚实统一。
为了实现上述目的，本发明具体的解决技术方案如下：
一种电台混联的通信仿真系统，包括：
实装电台模块；
中间模块，与实装电台模块通信连接，用于通信数据的转换；
通信服务系统，与中间模块通信连接，用于实现数据传输、管理和存储；
虚拟电台通信仿真系统，与通信服务系统通信连接，用于语音通信、报文通信。
进一步，所述中间模块包括与实装电台模块通信连接的中转模块、与中转模块和通信服务系统构成通信连接的网关模块。
进一步，所述中转模块包括与实装电台连接的无线电通信接口和与网关模块连接的网络接口。
进一步，所述虚拟电台通信仿真系统包括电台通信模块、通信监控模块、与电台通信模块和通信监控模块构成通信连接的通信组网模块、与通信组网模块构成通讯连接的电台终端模块、与电台终端模块构成通信连接的仿真数学模型模块、与仿真数学模型模块构成通信连接的语音通信模块。
进一步，所述通信服务系统包括通信服务总线，通信服务系统通过通信服务总线与中间模块通信连接。
进一步，所述通信服务系统还包括与通信服务总线构成通讯连接的数据管理模块和资源管理模块。
一种用于电台混联的通信仿真系统的仿真方法，包括：
步骤一：对各电台进行统一建模，输出电台仿真模型；
步骤二：通过电台仿真模型构建虚拟电台通信仿真系统；
步骤三：建立通信服务系统；
步骤四：将虚拟电台通信仿真系统与通信服务系统进行通信连接；
步骤五：建立实装电台模块，并将实装电台模块通过中间模块与通信服务系统进行通信连接。
进一步，所述电台仿真模型包括用于体现电台模型外观的物理表现层和用于体现电台仿真功能的数学表现层。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明所述的一种电台混联的通信仿真系统及其仿真方法，其能够实况、构造电台混合仿真的文本建模，动态生成具有特定网络规模、设备组成、参数配置的网络仿真系统，实现了虚实电台的虚实统一、相互作用、信息解析等效果，有效的解决实况电台与构造电台的混联所带来的虚实结合的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例中电台混联的通信仿真系统的结构示意图；
图2为本发明一实施例中虚拟电台通信仿真系统的结构示意图；
图3为本发明一实施例中电台仿真模型的功能示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但该等实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据该等实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参图1所示，一种电台混联的通信仿真系统，包括：
实装电台模块；
中间模块，与实装电台模块通信连接，中间模块用于通信数据的转换，中间模块包括与实装电台模块通信连接的中转模块、与中转模块和通信服务系统通信连接的网关模块，中转模块包括与实装电台连接的无线电通信接口和与网关模块连接的网络接口；
通信服务系统，与中间模块通信连接，通信服务系统用于实现数据传输、管理和存储，通信服务系统包括通信服务总线以及与通信服务总线连接的数据管理模块和资源管理模块，通信服务总线与中间模块通信连接；所述数据管理模块用于处理仿真数据、测试数据及装备数据；资源管理模块用于处理基础模型数据。
中转模块是实现虚拟电台通信仿真系统(虚拟电台)和实装电台模块通信的中转器，中转模块通过无线电通信接口接受来自实装电台模块的通信数据，由网络接口通过网关模块发送到通信服务系统，虚拟电台通信仿真系统终端(虚拟电台)通过网关模块接受中转模块的通信数据(语音或报文)，从而实现实装电台模块向虚拟电台通信仿真系统(虚拟电台)的通信；虚拟电台通信仿真系统终端(虚拟电台)通过网关模块发送通信数据(语音或报文)，中转模块由网络接口通过网关模块接受虚拟电台通信仿真系统的通信数据(语音或报文)，并通过无线通信接口发送给实装电台模块，从而实现了虚拟电台与实装电台的通信。
参图2所示，虚拟电台通信仿真系统与通信服务系统通信连接，用于语音通信、报文通信，虚拟电台通信仿真系统包括电台通信模块、通信监控模块、与电台通信模块和通信监控模块构成通信连接的通信组网模块、与通信组网模块构成通讯连接的电台终端模块、与电台终端模块构成通信连接的仿真数学模型模块、与仿真数学模型模块构成通信连接的语音通信模块。
其中，仿真数学模型模块使用的数学模型主要有3个，包括因地球曲率和天线高度共同影响的视距模型、判断通信是否受干扰的干扰模型以及判断受干扰程度的通信清晰度模型。这些数学模型运行于服务分模块，在服务分模块接收到战场态势数据后调用模型进行实时解算，并将得到的结果反馈给终端分模块的控制子模块，以实现模拟受限通信的各种情况。
视距模型：超短波通信采用的是直射波，其通信距离只能在两电台之间的视距范围以内，视距通信距离的计算公式为：
说明：D为超短波通信的视距距离，单位为海里；H1为发信机天线一的高度，单位为米；H2为发信机天线二的高度，单位为米。
干扰模型：干扰源与被干扰目标的距离小于Rj(有效干扰距离)，就可以实施干扰，否则干扰无效；另外除了考虑上述有效干扰距离外，还应满足视距范围，才可实施干扰，否则干扰无效。Rj的计算公式为：
说明：Rj为有效干扰距离(km)；Ri为通信距离(平台的通信距离)；Pt为发信机功率(W)；Pj为干扰机功率(W)；ΔFj为干扰带宽；ΔFt为通信带宽；Kj为压制系数,压制系数越小,说明干扰越容易,被干扰目标的抗干扰性能越差。
通信清晰度模型：超短波通信受干扰影响时，当使用的是超短波电台且采用调幅或调频语音通信，则应以语音清晰度大小来进一步判断通信的畅通与否。语音清晰度(Dy)可用下式计算：
说明：S为通信功率(W)；J为干扰功率(W)。
S/J是以分贝表示的，功率与分贝的转换公式如下：
S/J(分贝)＝10＊1g(S/J)。
另外，虚拟电台通信仿真系统中各功能模块的控制流程包括：
电台通信模块，用于建立点对点通信的控制，将通信双方的多播接收器分别加入到对方的多播组中，即可实现点对点通话；当断开通话时，只需将各自的多播接收器分别撤出对方的多播组即可。
通信组网模块，用于组网通信控制，其采用双向通话控制，具体实现的步骤是：首先，由创建组网的成员向服务分模块提交组网申请，经权限检测允许后在服务器上建立该分组的成员列表，初始时该列表中只有提交申请的这一个成员；其次，当一个新成员加入时，服务器经通断检测后，一方面向新加入方发送可通的分组成员列表数据，新加入成员则建立多个多播接收器，分别加入到可通成员的多播组中；另一方面通知所有已在分组列表中且可与新加入成员通话的成员都增加一个多播接收器，加入到新加入成员的多播组中；最后，将新加入成员列入分组成员列表中；服务分模块定期检测语音可通性，向分组成员列表发布通断信息，切断与接通各路语音通话。
电台终端模块，用于网内广播通信控制，其采用单向通信；所有被广播方各自创建一个多播接收器，同时加入广播方多播组，其具体的实现方法是：先由广播方向服务分模块提出广播申请，服务分模块向被广播方发出加入广播方多播组指令，被广播方依据指令加入广播方多播组；对于用于辅助训练管理目的广播，一经接通，服务分模块不进行通断检测；对于电台之间的广播，服务分模块则定期检测通断与否，更新可被广播的对象。
通信监控模块，采用单向通讯模式，即监听发起成员创建多个多播接收器，分别加入到被监听成员的多播组中，其具体的实现方法是：先由监听发起成员向服务分模块提出监听申请，服务分模块向监听成员提供可供监听成员列表，监听方建立多播接收器分别加入可供监听成员列表多播组中；对于用于辅助训练管理的监听，一经接通，服务分模块不进行通断检测；对于电台之间的监听，服务分模块定期提供可供监听成员列表，监听方依据成员列表加入或退出多播组。
另外，虚拟电台通信仿真系统还采用了多播通信技术：多播(MultiCast)通信亦称“多点传送”，即由一个成员通过复制方式，同时向多个成员发送数据的技术。采用这种技术，可有效减轻网络通信的负担，避免资源的无谓浪费。各终端网络多播子模块均包含一个多播发送器和若干个(依据需要接收的语音路数确定)多播接收器。多播发送器在系统初始化时建立，按系统分配的多播IP地址建立属于本终端的多播组，将本终端经过压缩的语音信号向网络传送。多播接收器在需要收听对方语音时建立，将多播接收器加入对方的多播组，接收经压缩的语音信号后输出到音频解压模块。删除一个多播接收器即切断一路语音收听。
语音采集与多通道混频回放技术：语音采集，即指从声卡上采样语音数据。多通道混频回放，即指将多路数据流同时发送给声卡。对声卡操作的典型方法主要有以下三种：Direct-Sound方法、WaveOut方法以及MCI方法。Di-rectSound方法作为DirectX的一部分，具有直接、高效等优点，是声卡操作的首选技术，Direct-Sound是以组件的形式提供相应的处理接口。实现本模块功能的接口主要有以下4个，包括：Idi-rectSoundCapture、IDreciSoundBuffer、IDirect2SoundNotify和IDirectSound。其中IDirectSound-Capture负责采集声卡语音信号并将其存放于IDreciSoundBuffer缓存中；IDirectSoundNotify负责缓存区的协调与管理；IDirectSound负责从IDreciSoundBuffer缓存中读语音数据后实现混频回放。
语音压缩与解压技术：对于音频压缩与解压，Windows提供了多种方法，包括：ADPCM、TRUESPEECH、MSN、GSM610、ALAW、MULAW等。综合考虑语音质量、数据压缩、解压速度以及网络带宽限制等因素，首选ADPCM压缩解压方法。在实际使用中，该方法对音频采样频率22KHz，8bit的单声道语音信号压缩后带宽仅为6.3Bps。
本发明还公开了一种构造电台混联的通信仿真方法，包括：
步骤一：对各电台进行统一建模，输出电台仿真模型；
步骤二：通过电台仿真模型构建虚拟电台通信仿真系统；
步骤三：建立通信服务系统；
步骤四：将虚拟电台通信仿真系统与通信服务系统进行通信连接；
步骤五：建立实装电台模块，并将实装电台模块通过中间模块与通信服务系统进行通信连接。
参图3所示，电台仿真模型包括用于体现电台模型的外观的物理表现层和用于体现电台的仿真功能的数学表现层，通过物理表现层模拟电台的天线部件、调频部件等组成部件以及动画、声音、烟光粒子、材质纹理等外观，通过数学表现层模拟电台的频率、发射带宽、功率、跳频/定频、通信距离、干扰模型、语音清晰度等参数。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施例加以描述，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种电台混联的通信仿真系统，其特征在于，包括：
实装电台模块；
中间模块，与实装电台模块通信连接，用于通信数据的转换；
通信服务系统，与中间模块通信连接，用于实现数据传输、管理和存储；
虚拟电台通信仿真系统，与通信服务系统通信连接，用于语音通信、报文通信；
所述虚拟电台通信仿真系统包括电台通信模块、通信监控模块、与电台通信模块和通信监控模块构成通信连接的通信组网模块、与通信组网模块构成通讯连接的电台终端模块、与电台终端模块构成通信连接的仿真数学模型模块、与仿真数学模型模块构成通信连接的语音通信模块；
所述电台通信模块，用于建立点对点通信的控制，将通信双方的多播接收器分别加入到对方的多播组中，即可实现点对点通话；当断开通话时，只需将各自的多播接收器分别撤出对方的多播组即可；
所述通信组网模块，用于组网通信控制，其采用双向通话控制，具体实现的步骤是：首先，由创建组网的成员向服务分模块提交组网申请，经权限检测允许后在服务器上建立该分组的成员列表，初始时该列表中只有提交申请的这一个成员；其次，当一个新成员加入时，服务器经通断检测后，一方面向新加入方发送可通的分组成员列表数据，新加入成员则建立多个多播接收器，分别加入到可通成员的多播组中；另一方面通知所有已在分组列表中且可与新加入成员通话的成员都增加一个多播接收器，加入到新加入成员的多播组中；最后，将新加入成员列入分组成员列表中；服务分模块定期检测语音可通性，向分组成员列表发布通断信息，切断与接通各路语音通话；
所述通信监控模块，采用单向通讯模式，即监听发起成员创建多个多播接收器，分别加入到被监听成员的多播组中，其具体的实现方法是：先由监听发起成员向服务分模块提出监听申请，服务分模块向监听成员提供可供监听成员列表，监听方建立多播接收器分别加入可供监听成员列表多播组中；对于用于辅助训练管理的监听，一经接通，服务分模块不进行通断检测；对于电台之间的监听，服务分模块定期提供可供监听成员列表，监听方依据成员列表加入或退出多播组；
所述电台终端模块，用于网内广播通信控制，其采用单向通信；所有被广播方各自创建一个多播接收器，同时加入广播方多播组，其具体的实现方法是：先由广播方向服务分模块提出广播申请，服务分模块向被广播方发出加入广播方多播组指令，被广播方依据指令加入广播方多播组；对于用于辅助训练管理目的广播，一经接通，服务分模块不进行通断检测；对于电台之间的广播，服务分模块则定期检测通断与否，更新可被广播的对象。
2.根据权利要求1所述的电台混联的通信仿真系统，其特征在于，所述中间模块包括与实装电台模块通信连接的中转模块、与中转模块和通信服务系统构成通信连接的网关模块。
3.根据权利要求2所述的电台混联的通信仿真系统，其特征在于，所述中转模块包括与实装电台连接的无线电通信接口和与网关模块连接的网络接口；所述中转模块是实现虚拟电台通信仿真系统和实装电台模块通信的中转器，中转模块通过无线电通信接口接受来自实装电台模块的通信数据，由网络接口通过网关模块发送到通信服务系统，虚拟电台通信仿真系统终端通过网关模块接受中转模块的通信数据，从而实现实装电台模块向虚拟电台通信仿真系统的通信；虚拟电台通信仿真系统终端通过网关模块发送通信数据，中转模块由网络接口通过网关模块接受虚拟电台通信仿真系统的通信数据，并通过无线通信接口发送给实装电台模块，从而实现了虚拟电台与实装电台的通信。
4.根据权利要求1所述的电台混联的通信仿真系统，其特征在于，所述仿真数学模型模块包括因地球曲率和天线高度共同影响的视距模型、判断通信是否受干扰的干扰模型以及判断受干扰程度的通信清晰度模型；其中，
视距模型：超短波通信采用的是直射波，其通信距离只能在两电台之间的视距范围以内，视距通信距离的计算公式为：
说明：D为超短波通信的视距距离，单位为海里；H1为发信机天线一的高度，单位为米；H2为发信机天线二的高度，单位为米；
干扰模型：干扰源与被干扰目标的距离小于Rj，就可以实施干扰，否则干扰无效；另外除了考虑Rj外，还应满足视距范围，才可实施干扰，否则干扰无效；Rj的计算公式为：
说明：Rj为有效干扰距离(km)；Ri为通信距离(平台的通信距离)；Pt为发信机功率(W)；Pj为干扰机功率(W)；ΔFj为干扰带宽；ΔFt为通信带宽；Kj为压制系数,压制系数越小,说明干扰越容易,被干扰目标的抗干扰性能越差；
通信清晰度模型：超短波通信受干扰影响时，当使用的是超短波电台且采用调幅或调频语音通信，则应以语音清晰度大小来进一步判断通信的畅通与否，语音清晰度Dy可用下式计算：
说明：S为通信功率(W)；J为干扰功率(W)；
S/J是以分贝表示的，功率与分贝的转换公式如下：
S/J(分贝)＝10＊lg(S/J)。
5.根据权利要求1所述的电台混联的通信仿真系统，其特征在于，所述通信服务系统包括通信服务总线，通信服务系统通过通信服务总线与中间模块通信连接；通信服务系统还包括与通信服务总线构成通讯连接的数据管理模块和资源管理模块；所述数据管理模块用于处理仿真数据、测试数据及装备数据；资源管理模块用于处理基础模型数据。
6.一种用于权利要求1所述的电台混联的通信仿真系统的仿真方法，其特征在于，包括：
步骤一：对各电台进行统一建模，输出电台仿真模型；
步骤二：通过电台仿真模型构建虚拟电台通信仿真系统；
步骤三：建立通信服务系统；
步骤四：将虚拟电台通信仿真系统与通信服务系统进行通信连接；
步骤五：建立实装电台模块，并将实装电台模块通过中间模块与通信服务系统进行通信连接。
7.根据权利要求6所述的用于电台混联的通信仿真系统的仿真方法，其特征在于，所述电台仿真模型包括用于体现电台模型的外观的物理表现层和用于体现电台的仿真功能的数学表现层；所述物理表现层用于模拟电台的天线部件、调频部件组成部件以及动画、声音、烟光粒子、材质纹理外观；所述数学表现层用于模拟电台的频率、发射带宽、功率、跳频/定频、通信距离、干扰模型、语音清晰度参数。
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