指揮控制裝備軟件保障系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

馬颯颯,夏明飛,陳國順,石先國

(1.軍械技術(shù)研究所 電子與無人機(jī)技術(shù)保障研究室，石家莊　050000; 2.北方自動控制技術(shù)研究所 軟件研發(fā)部，太原　030006)

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指揮控制裝備軟件保障系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

馬颯颯1,夏明飛1,陳國順1,石先國2

(1.軍械技術(shù)研究所 電子與無人機(jī)技術(shù)保障研究室，石家莊050000; 2.北方自動控制技術(shù)研究所 軟件研發(fā)部，太原030006)

作為軟件密集型裝備，指揮系統(tǒng)的軟件保障需求明顯;簡要介紹裝備系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)及主要功能，對其在部隊使用過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析；提出軟件保障工具的主要功能及系統(tǒng)設(shè)計方案，并對系統(tǒng)實現(xiàn)方法進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)用表明：指揮系統(tǒng)軟件保障系統(tǒng)對提高部隊軟件保障能力具有重要意義。

指揮系統(tǒng)；軟件密集型裝備；軟件保障；軟件配置

0　引言

近年來，隨著我軍裝備信息化建設(shè)進(jìn)程的深化，大量新型陸軍信息化裝備陸續(xù)裝備部隊，如炮兵防空兵作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)、遠(yuǎn)火武器系統(tǒng)、東風(fēng)十一導(dǎo)彈、無人機(jī)等。信息化裝備的典型特點(diǎn)之一就是軟件密集，裝備中軟件所占比重越來越大，實現(xiàn)的功能越來越多。軟件一旦出現(xiàn)故障，不僅造成相應(yīng)硬件功能喪失，甚至?xí)?dǎo)致整個武器系統(tǒng)喪失作戰(zhàn)能力。

軟件保障是指確保運(yùn)行和配置的軟件全面、連續(xù)地保障裝備的作戰(zhàn)任務(wù)進(jìn)行的所有活動的總和[1]。軟件保障包括部署前軟件保障和部署后軟件保障，其中部署后軟件保障是軟件保障的重點(diǎn)[2]。近年來，隨著裝備信息化水平的不斷提升，在陸軍信息化裝備的保障工作中，軟件保障成為裝備保障的核心內(nèi)容之一。

據(jù)統(tǒng)計，典型武器系統(tǒng)軟件系統(tǒng)生命周期費(fèi)用的分配中，軟件保障費(fèi)用約占軟件全壽命周期費(fèi)用的67%，該比例呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢[3]。外軍對裝備中的軟件保障問題非常重視，美軍從20世紀(jì)80年代已開始大規(guī)模研究軍用軟件保障問題。目前國內(nèi)對軟件保障問題的研究還剛剛開始。加強(qiáng)武器裝備軟件保障，對解決裝備可靠性較差、系統(tǒng)集成困難等諸多軟件相關(guān)問題具有重要意義[4]。

指揮系統(tǒng)屬于典型軟件密集型、信息化裝備，系統(tǒng)軟件適用多炮種的指揮控制系統(tǒng)。軟件作為指揮車的核心組成及支撐技術(shù)，一旦存在軟件缺陷并發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個裝備作戰(zhàn)能力的喪失。例如：某型號炮兵指揮車在地面鑒定試驗時，出現(xiàn)過三次由于軟件問題而引起的故障，軟件故障原因是在排除所有可能硬件故障之后才診斷出來的。指揮系統(tǒng)一般采用多層軟件體系結(jié)構(gòu),軟件種類繁多、代碼數(shù)量龐大、編程環(huán)境多樣，為軟件檢測、軟件故障診斷及維護(hù)帶來了極大的困難。從系統(tǒng)研發(fā)過程來看，指揮系統(tǒng)軟件的維修保障需求明顯。

1　指揮系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)及主要功能

按照指揮系統(tǒng)的實際應(yīng)用環(huán)境和一體化系統(tǒng)綜合集成的要求，指揮系統(tǒng)裝備軟件采用開放式結(jié)構(gòu)體系，依托一體化平臺，研發(fā)指揮系統(tǒng)、系統(tǒng)管理、通信服務(wù)、常用計算、資料庫管理等專用構(gòu)件，采用“即插即用”的插件形式實現(xiàn)，可按需部署，滿足了一體化靈活組裝的集成要求。其開放式結(jié)構(gòu)體系包括：

1) 核心層，軟件系統(tǒng)的核心軟件，處于軟件系統(tǒng)的最低層，由最基本的操作系統(tǒng)環(huán)境和Oracle數(shù)據(jù)庫等組成，為軟件系統(tǒng)的其它層以及應(yīng)用軟件構(gòu)件提供基礎(chǔ)的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)服務(wù)。

2) 系統(tǒng)框架層，系統(tǒng)框架層的模塊建立在核心層上，提供應(yīng)用軟件所需要的基礎(chǔ)服務(wù)，同時還提供了共用軟件構(gòu)件和專業(yè)軟件構(gòu)件的集成環(huán)境。

3) 構(gòu)件層，建立在系統(tǒng)框架層提供的構(gòu)件集成環(huán)境和各種基礎(chǔ)服務(wù)之上，每個構(gòu)件分別完成一種應(yīng)用功能。

指揮系統(tǒng)軟件結(jié)合部隊使用需求，使用當(dāng)前最先進(jìn)的成熟技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，集指揮控制、作戰(zhàn)保障、情報處理、系統(tǒng)監(jiān)控、模擬訓(xùn)練等功能于一體，同時具有數(shù)據(jù)庫管理、系統(tǒng)日志、數(shù)據(jù)備份、通信組網(wǎng)等功能。

2　指揮系統(tǒng)軟件保障需求分析

軟件保障的主要目的在于：

1) 制定出與軟件操作性、響應(yīng)性目標(biāo)相適應(yīng)的保障性要求；

2) 使保障性要求有效地影響軟件的設(shè)計；

3) 以最低的費(fèi)用保持武器系統(tǒng)軟件的操作性、響應(yīng)性和持續(xù)可用性。

軟件保障的最終目標(biāo)是以合理的壽命周期費(fèi)用保持武器系統(tǒng)軟件的操作性和響應(yīng)性。

指揮系統(tǒng)屬于軟件密集型裝備，指揮系統(tǒng)軟件的保障工作難度大，對部隊使用人員的技術(shù)知識儲備要求高。裝備操作使用過程中出現(xiàn)軟件問題后，部隊基層使用人員難以解決，嚴(yán)重影響了部隊的訓(xùn)練使用效率，遲滯了部隊的信息化建設(shè)工作。此外，由于軟件不同于硬件，任何一個小小的誤操作，輕則可能引起指揮系統(tǒng)軟件運(yùn)行異常，重則可能導(dǎo)致整個情報信息處理系統(tǒng)的崩潰。

多年來跟蹤國內(nèi)外指揮系統(tǒng)裝備作戰(zhàn)運(yùn)用數(shù)據(jù)及訓(xùn)練數(shù)據(jù)顯示，軟件方面的故障約占裝備相關(guān)故障的90%左右，屬于軟件本身設(shè)計方面的問題占軟件故障的8%左右，大部分軟件故障都是屬于軟件操作使用方面的問題。軟件保障需求在信息化裝備系統(tǒng)保障需求中所占比重越來越大[5]。

根據(jù)(裝備在日常操作訓(xùn)練和作戰(zhàn)演習(xí)使用過程中)裝備軟件運(yùn)行時發(fā)現(xiàn)的軟件問題主要有以下幾類：

1) 長期運(yùn)行指揮終端后，系統(tǒng)運(yùn)行速度明顯下降，特別是圖文、視頻文件操作時現(xiàn)象尤其明顯，嚴(yán)重影響了裝備軟件的響應(yīng)速度；

2) 裝備單位可能配發(fā)了不同版本的構(gòu)件，使用人員在指揮終端上安裝了這些不同版本的構(gòu)件，而這些構(gòu)件可能本身就不能兼容或者底層的互聯(lián)互通接口已經(jīng)改變，導(dǎo)致在使用系統(tǒng)時出現(xiàn)軟件不能運(yùn)行、運(yùn)行結(jié)果異?；蛘邿o法進(jìn)行互連互通的情況；

3) 由于軟件本身的設(shè)計問題，部隊在使用時會出現(xiàn)問題，部隊使用人員對故障現(xiàn)象的特征描述不清晰，導(dǎo)致設(shè)計人員無法理解并及時修正程序，或者有些軟件故障出現(xiàn)之后的復(fù)現(xiàn)概率很小，為程序員及時進(jìn)行錯誤修訂帶來困難；

4) 由于操作人員的一時錯誤操作，導(dǎo)致誤刪了一些重要文件，可能導(dǎo)致操作系統(tǒng)啟動異?；蛘咧笓]軟件啟動異常，需要將系統(tǒng)恢復(fù)到誤操作以前的狀態(tài)。

5) 其他方面問題：如沒有進(jìn)行正確的參數(shù)配置、網(wǎng)絡(luò)連接配置、底層傳輸服務(wù)狀態(tài)異常、Oracel數(shù)據(jù)庫異?；蛘甙l(fā)現(xiàn)問題后沒有詳細(xì)的問題解決措施等。

有效解決上述問題，研制適合于指揮系統(tǒng)特點(diǎn)的軟件保障工具迫在眉睫。對指揮系統(tǒng)軟件架構(gòu)、工作原理、功能特點(diǎn)和部隊在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)的問題等綜合分析，需從以幾個方面來對指揮系統(tǒng)的軟件進(jìn)行保障：研發(fā)專用軟件保障系統(tǒng)工具、配備系統(tǒng)使用維護(hù)手冊、定期組織軟件保障培訓(xùn)工作。

3　指揮系統(tǒng)軟件保障系統(tǒng)設(shè)計

針對指揮系統(tǒng)軟件特點(diǎn)，開發(fā)軟件保障工具，建立軟件保障系統(tǒng)，促進(jìn)部隊軟件保障能力的形成。以某型炮兵指揮車系統(tǒng)軟件為研究對象，進(jìn)行該裝備的軟件保障功能設(shè)計(如圖1)及系統(tǒng)實現(xiàn)。

3.1系統(tǒng)功能設(shè)計

1) 運(yùn)行環(huán)境掃描：

掃描當(dāng)前計算機(jī)安裝的操作系統(tǒng)Win2000、Oracle數(shù)據(jù)庫、Office文字處理軟件等是否符合軟件運(yùn)行環(huán)境；

掃描計算機(jī)的硬盤、內(nèi)存的容量和剩余量；

掃描計算機(jī)磁盤上的垃圾文件、指揮系統(tǒng)臨時文件清理等，若發(fā)現(xiàn)時自動清除；

使用MD5算法掃描計算機(jī)上安裝的指控系統(tǒng)、系統(tǒng)管理和通信服務(wù)等構(gòu)件的完整性、正確性，若不正確時自動或手動進(jìn)行修復(fù)， 掃描相應(yīng)的配置文件的正確性；

掃描指揮軟件運(yùn)行時依賴的后臺服務(wù)(含Oracle數(shù)據(jù)庫的兩個關(guān)鍵服務(wù)和一體化平臺服務(wù))存在否、啟動正常否；

附加掃描客戶端與服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)庫連接狀況。

圖1　軟件保障系統(tǒng)功能組成

2) 屏幕錄像與回放：

完成對指揮終端的屏幕操作的錄像功能，生成錄像文件可以回放，該功能可用于操作培訓(xùn)教學(xué)，還可以監(jiān)控平時容易出現(xiàn)問題的地方，便于軟件的故障定位和分析。

3) 系統(tǒng)備份和恢復(fù)：

完成對裝備數(shù)據(jù)的備份，完成對操作系統(tǒng)的備份；

當(dāng)操作系統(tǒng)出現(xiàn)重大異常時，能快速地完成操作系統(tǒng)的一鍵恢復(fù)；

當(dāng)指揮系統(tǒng)軟件出現(xiàn)重大異常時，能快速地完成指揮系統(tǒng)所有構(gòu)件的快速安裝和缺省配置。

4) 軟件配置向?qū)В?/p>

提供需要進(jìn)行配置處理的向?qū)焦芾?，引?dǎo)操作人員進(jìn)行所有配置管理。

5) 一鍵銷毀：

完成對所有軟件構(gòu)件和所有數(shù)據(jù)庫文件的一鍵自毀；

特殊情況下，按下某個功能鍵或者功能組合鍵，完成指揮系統(tǒng)文件的快速卸載或者將數(shù)據(jù)庫中的重要數(shù)據(jù)擦出或者寫入隨機(jī)數(shù)據(jù)；時間允許的情況下，可對計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行一鍵銷毀。

6) 模擬驗證：

指揮系統(tǒng)構(gòu)件安裝完畢后，可自動模擬產(chǎn)生一些上報報文(比如自由報文、C時刻、通報目標(biāo)、索取報文等)發(fā)送到指揮系統(tǒng)，指揮系統(tǒng)構(gòu)件收到模擬的報文后，按規(guī)定報文格式對報文進(jìn)行解析、顯示和入庫，指揮終端發(fā)送一些報文到保障軟件，保障軟件接收、解析和還原顯示，從而驗證指揮控制軟件互聯(lián)互通功能。

7) 嵌入式設(shè)備軟件驗證：

對嵌入式設(shè)備(信息機(jī)、火炮終端機(jī))內(nèi)的執(zhí)行程序進(jìn)行讀取，與標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行程序進(jìn)行比對，當(dāng)程序不一致時則提示用戶使用讀寫器完成最新程序?qū)懭搿?/p>

8) 故障專家?guī)欤?/p>

提供完整的故障專家?guī)?，?dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題后，可以快速地查找到相應(yīng)問題的解決辦法。

3.2系統(tǒng)實現(xiàn)

1) 信息自動搜集和備案技術(shù)：

該系統(tǒng)將指揮系統(tǒng)各指揮站軟件根據(jù)各席位、各模塊的不同配置，利用綜合集成技術(shù)，將大量的模塊資源進(jìn)行整合，并按照通用模塊信息和專用配置信息的方法進(jìn)行存儲，既節(jié)省存儲空間，又便于信息的比較和檢查。

2) 軟件自動檢測恢復(fù)技術(shù)：

該系統(tǒng)依托計算機(jī)硬件資源，利用MD5算法對指揮系統(tǒng)應(yīng)用文件的完整性和正確性進(jìn)行檢查；采用遞歸掃描和網(wǎng)絡(luò)掃描技術(shù)，實現(xiàn)了對裝備指揮軟件的自動檢查和軟件故障快速定位。

3) 配置文件檢查技術(shù)：

該系統(tǒng)根據(jù)指揮系統(tǒng)一體化軟件配置復(fù)雜的特點(diǎn)，采用DIFF算法對配置文件的正確性進(jìn)行檢查，使用戶能夠直觀的觀察到配置文件的參數(shù)設(shè)置；采用向?qū)浇换ソ缑?，自動運(yùn)行配置軟件，引導(dǎo)用戶進(jìn)行系統(tǒng)配置管理，解決了裝備軟件系統(tǒng)配置過程復(fù)雜繁瑣的問題。

4) 定時掃描屏幕監(jiān)控回放技術(shù)：

系統(tǒng)的屏幕錄像功能模塊采用定時掃描指揮終端屏幕的方式，記錄該屏幕運(yùn)行界面并重現(xiàn)指揮終端屏幕所做操作，可對軟件運(yùn)行過程中的故障現(xiàn)象進(jìn)行回放，輔助實現(xiàn)裝備軟件故障定位并分析故障機(jī)理。針對錄像文件過大的問題，系統(tǒng)采用支持H.264、DIVX等主流壓縮方式的WisMencoder壓縮軟件對錄像文件進(jìn)行壓縮存儲；播放時只需安裝Windows Media Player解碼器，即可直接采用Windows自帶的Windows Media Player播放器進(jìn)行播放，播放前無需對壓縮的錄像文件進(jìn)行再次解碼。

5) 一鍵銷毀數(shù)據(jù)刪除方式：

針對指揮系統(tǒng)使用的電介質(zhì)硬盤，該系統(tǒng)采用多次覆蓋快速充填技術(shù)，有效將關(guān)鍵數(shù)據(jù)抹除，以避免因采用直接刪除、低級格式化等方式刪除數(shù)據(jù)所帶來的數(shù)據(jù)恢復(fù)風(fēng)險和低效率，能夠真正有效地擦除數(shù)據(jù)。

3.3系統(tǒng)實現(xiàn)

上述功能為該軟件保障系統(tǒng)的全部功能集合，不同保障級別(部隊、軍區(qū)、生產(chǎn)及大修廠)，可根據(jù)需要配置不同的保障模塊，并對某功能進(jìn)行權(quán)限設(shè)置(見表1)；保障軟件的載體為高速智能UPC，插到計算機(jī)的USB接口并輸入了正確的驗證口令后，相應(yīng)級別的軟件保障軟件即可加載運(yùn)行。系統(tǒng)硬件外觀如圖2，典型軟件界面如圖3。

圖2　軟件保障系統(tǒng)硬件外觀圖

圖3　軟件保障系統(tǒng)環(huán)境掃描和構(gòu)件掃描界面

軟件保障系統(tǒng)運(yùn)行硬件環(huán)境為軍用全加固一體機(jī)，按照不同保障級別，一體機(jī)中配備相應(yīng)的保障功能。該一體計算機(jī)是集主機(jī)和顯示于一體，包含觸摸屏手寫輸入、傳統(tǒng)的鍵盤鼠標(biāo)輸入等多種輸入方式的軍用全加固一體計算機(jī)。

一體計算機(jī)基本配置如下：CPU及主頻：Pentium M 1.8 MHz；內(nèi)存：DDR266 1 GB；顯卡：集成，分辨率1024×768；顯示器：12.1寸寬溫LCD顯示屏。電子盤：IDE方式32 G以上；支持觸摸屏手寫輸入；1個軍用鍵盤接口；1個軍用鼠標(biāo)接口；4個軍用RS232接口；1個軍用VGA接口；1個軍用10 M/100 M網(wǎng)絡(luò)接口；1個軍用CAN接口；1個軍用24 V直流電輸入接口；2個民用標(biāo)準(zhǔn)USB接口；3個民用標(biāo)準(zhǔn)音頻接口；同時為了完成對嵌入式設(shè)備中程序的讀取，還集成了一個嵌入式程序讀寫器。

表1　軟件保障系統(tǒng)功能分配表

4　結(jié)論

該指揮系統(tǒng)軟件保障專用工具目前已隨著新裝備保障資源建設(shè)的展開，配發(fā)集團(tuán)軍(師)炮兵、防空兵等多個型號指揮系統(tǒng)裝備的部隊保障機(jī)構(gòu)，并在裝備保障任務(wù)中發(fā)揮了重要作用。

指揮系統(tǒng)配置專用的軟件保障系統(tǒng)工具，各級保障單位使用按需部署功能的軟件保障系統(tǒng)，進(jìn)行裝備系統(tǒng)軟件的保障和維護(hù)工作，能夠較全面、準(zhǔn)確和高效地完成整個系統(tǒng)的軟件保障任務(wù)，減輕了裝備保障人員的工作量，同時也提高了軟件保障的質(zhì)量和效率，為部隊正常訓(xùn)練及裝備系統(tǒng)維護(hù)、聯(lián)調(diào)聯(lián)試、模擬訓(xùn)練提供保障。

[1]劉國棟, 吳進(jìn)煌, 李啟明. 武器系統(tǒng)軟件保障性研究綜述[J]. 艦船電子工程,2003,24(4)：29-32.

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[4]王宏, 劉彥斌, 李輝. 軟件保障環(huán)境中的軟件配置管理研究[J]. 計算機(jī)應(yīng)用與軟件,2005,22(8):32-33,88.

[5]冷曉艷， 劉宇， 段俊斌. 裝備軟件綜合保障研究[J]. 計算機(jī)測量與控制,2013，21(10)：2750-2752.

Design and Implementation of Software Support System for Command Equipment

Ma Sasa1，Xia Mingfei1，Chen Guoshun1，Shi Xianguo2

(1.Ordnance Technology Institute,Shijiazhuang050000, China;2. North Automatic Control Technology Institute,Taiyuan030006, China)

As a software-intensive equipment, the demand for software support of artillery combat command system is evident. The software structures and functions of command system are briefly introduced in this paper and the problem occurred in the using process in the army is analyzed. The main functions and system design on software support tools are proposed and the system implementation method is described in detail. The application shows that the software support system for command equipment has important significance for improving the military software support capability.

artillery combat command system; software-intensive equipment; software support; software configuration

2015-07-12；

2015-09-11。

通?？蒲许椖?裝通2012第【87】號)。

馬颯颯(1971-)，女，河北深縣人，博士，碩士生導(dǎo)師，高級工程師，主要從事電子裝備技術(shù)保障方向的研究。

1671-4598(2016)01-0159-03

10.16526/j.cnki.11-47628/tp.2016.01.044

TB114.3

A