空地遙控設計思路與實(shí)現路徑論文
1（略）
2（略）
2.1功能及系統組成
系統主要功能:實(shí)現機載局域網(wǎng)計算機與地面局域網(wǎng)計算機的互聯(lián)互通;實(shí)現機載地面寬帶數據鏈接,實(shí)現對機載系統遙控;機載被控系統工作狀態(tài)能夠實(shí)時(shí)傳輸到地面遙控系統并顯示。系統由機載和地面兩部分組成。機載設備包括被控被控計算機、機載網(wǎng)關(guān)設備、機載寬帶數傳設備等;地面設備包括遙控計算機、地面網(wǎng)關(guān)設備、地面寬帶數傳設備等。系統組成如圖1所示,其中最關(guān)鍵的設備是網(wǎng)管設備和寬帶數傳設備。機載網(wǎng)管設備主要功能是將被控計算機送來(lái)的TCP/IP格式數據包進(jìn)行相關(guān)處理再送至機載寬帶數傳設備;寬帶數傳設備進(jìn)行TDMA協(xié)議處理、糾錯編碼及調制后通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道發(fā)送到地面寬帶數傳設備。
2.2方案設計
以遠程計算機控制技術(shù)為基礎,采用Symantec公司的PcAnywhere遠程控制軟件,開(kāi)發(fā)IP網(wǎng)關(guān)和寬帶傳輸設備,建立面向連接的TCP/IP無(wú)線(xiàn)通道,實(shí)現遙控功能。為實(shí)現TCP/IP協(xié)議數據包通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )透明傳輸,協(xié)調無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與有線(xiàn)以太網(wǎng)之間數據流量的平衡,必須在以太網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )之間構建一無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān),實(shí)現從以太網(wǎng)截獲的數據包到無(wú)線(xiàn)鏈路之間幀格式的平滑轉換以及其逆過(guò)程。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)與寬帶數傳設備配合,與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上對等的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行透明通信,完成機載局域網(wǎng)絡(luò )到地面遙控局域網(wǎng)絡(luò )的無(wú)縫橋接,最終實(shí)現地面遠程控制軟件跨越地空無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò ),成功控制遠端載機應用軟件的目的。
本方案設計中,遠程控制軟件服務(wù)端程序與被控系統應用程序運行于統一環(huán)境———機載被控計算機;地面遠程控制軟件客戶(hù)端程序安裝于主控計算機,無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)軟件安裝于機載和地面專(zhuān)用工控制計算機。
2.3工作原理
系統加電工作,啟動(dòng)被控計算機PcAnywhere服務(wù)端軟件,操作人員以給定的用戶(hù)名和預分配密碼從地面主控計算機遠程登錄機載被控計算機。獲得機載被控計算機授權后,PcAnywhere服務(wù)端程序將獲取機載被控計算機顯示界面信息,打包形成TCP/IP格式數據包送機載無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān),機載無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行相關(guān)處理再送至機載寬帶數傳設備。寬帶數傳設備進(jìn)行TDMA協(xié)議處理、糾錯編碼及調制后通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道發(fā)送到地面寬帶數傳設備。地面寬帶數傳設備將收到的無(wú)線(xiàn)信號進(jìn)行解調、糾錯譯碼及TDMA協(xié)議處理后送地面無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)。地面無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)對收到的信息進(jìn)行機載無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)逆處理,并將重構后TCP/IP格式數據包發(fā)送至地面遙控計算機,運行于該計算機上的遠程控制客戶(hù)端軟件將收到的TCP/IP格式數據包恢復為機載被控計算機界面顯示信息,并顯示到地面遙控計算機上[2]。此時(shí),操作員就能在地面遙控計算機上看到機載被控計算機的界面了,具備遠程遙控操作機載被控計算機的能力。
在地面遙控計算機顯示的機載被控計算機界面上雙擊系統應用軟件圖標,這種情況下PcAnywhere客戶(hù)端會(huì )將鼠標的點(diǎn)擊動(dòng)作信息和位置信息收集打包上傳到機載被控計算機,其過(guò)程類(lèi)似機載被控計算機顯示界面的傳輸,僅是傳輸方向不同。當機載被控計算機上的PcAnywhere服務(wù)器端軟件將收到地面遙控計算機上傳的鼠標位置和動(dòng)作信息恢復為相應的操作系統動(dòng)作,于是啟動(dòng)機載被控計算機上的系統應用軟件。機載被控計算機上系統應用軟件的啟動(dòng)帶來(lái)機載被控計算機畫(huà)面的.大幅更新,于是又激發(fā)新一輪機載被控計算機顯示界面的下傳過(guò)程。
地面遙控計算機更新為機載被控計算機上系統應用軟件界面后,地面操作人員就如同在本機上一樣對機載任務(wù)系統進(jìn)行操作控制。當地面主控計算機有鍵盤(pán)或鼠標指令時(shí),會(huì )重復類(lèi)似于啟動(dòng)機載被控計算機上系統應用軟件時(shí)的工作過(guò)程;當地面主控計算機有鍵盤(pán)、鼠標指令或機載設備主動(dòng)上報狀態(tài)導致機載被控計算機顯示界面更新,會(huì )重復類(lèi)似于機載被控計算機系統應用軟件界面下傳過(guò)程。
2.4關(guān)鍵技術(shù)
2.4.1寬帶數傳設備技術(shù)
基于遙控系統需求,進(jìn)行數據傳輸體制、消息內容與格式、處理與變換等研究,建立穩定可靠的空地寬帶數據鏈接,是實(shí)現地空無(wú)線(xiàn)遙控功能的關(guān)鍵之一。
2.4.2網(wǎng)關(guān)技術(shù)
網(wǎng)關(guān)是實(shí)現機載局域網(wǎng)上計算機與地面局域網(wǎng)上計算機透明TCP/IP傳輸的最關(guān)鍵技術(shù)[3]。網(wǎng)關(guān)的主要功能是在以太網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)鏈路之間完成幀格式的轉換(截獲TCP/IP協(xié)議中IP層輸入數據,按照要求格式打包后送寬帶數傳設備傳輸,數據傳輸時(shí)網(wǎng)關(guān)還要實(shí)現IP數據的緩存、流量控制、自動(dòng)重傳等,在接收到從無(wú)線(xiàn)鏈路來(lái)的數據后,還原成IP數據并從指定以太網(wǎng)口發(fā)送出去),通過(guò)無(wú)線(xiàn)鏈路與其他網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信,實(shí)現空地局域網(wǎng)計算機的互聯(lián)[4]。
2.4.3遠程遙控技術(shù)
遠程遙控技術(shù)是實(shí)現地空無(wú)線(xiàn)遙控3項關(guān)鍵技術(shù)之一。遠程遙控較常用的兩種協(xié)議是專(zhuān)用協(xié)議和通用協(xié)議。
(1)訂制專(zhuān)用協(xié)議
制定專(zhuān)用的地空遙控協(xié)議(類(lèi)似無(wú)人機測控協(xié)議),優(yōu)點(diǎn)是相對于通用協(xié)議可以適當降低遙控信道傳輸速率,但需要開(kāi)發(fā)適于被遙控系統的嵌入式軟件、可擴展性差,需要對機載原有系統進(jìn)行升級改造,開(kāi)發(fā)成本較高。
(2)使用通用協(xié)議
研發(fā)遙控系統的目是為了提高試飛訓練效率,降低試飛訓練風(fēng)險,不影響原有任務(wù)系統運行,采用PcAnywhere遠程遙控軟件成本低,但信道傳輸速率相對較高。PcAnywhere遠程遙控簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將完整的窗口界面通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò )傳輸到另一臺計算機的屏幕上,并能將鼠標鍵盤(pán)指令傳回被控計算機,并具有跨平臺的特性。綜合分析后作者認為地空遙控系統采用PcAnywhere遠程遙軟件比較合適。
3關(guān)鍵技術(shù)測試驗證確定地空遙控系統基本狀態(tài)之后,基于關(guān)鍵技術(shù)研究成果繼續開(kāi)展測試驗證,為遠程遙控系統實(shí)驗室仿真試驗和機載地面聯(lián)試奠定基礎。
3.1遠程遙控軟件———PcAnywhere
測試PcAnywhere軟件遠程遙控時(shí)產(chǎn)生的數據流量,并與網(wǎng)關(guān)設備和寬帶傳輸設備能力比較,驗證軟件與硬件適配性。PcAnywhere數據流量測試環(huán)境如圖2所示。主控端計算機與被控端計算機通過(guò)本地局域網(wǎng)建立鏈接,用遠程控制客戶(hù)端程序操作被控計算機,采用360網(wǎng)絡(luò )監視軟件監視主控端計算機與被控端計算機在遠程遙控時(shí)雙向的數據傳輸流量,監視到的數據傳輸流量如表1所示。
3.2網(wǎng)關(guān)軟件
測試網(wǎng)關(guān)軟件數據處理能力,測試環(huán)境如圖3所示。測試計算機1和測試計算機2上安裝測試軟件,兩計算機通過(guò)網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)關(guān)橋接軟件建立IP網(wǎng)絡(luò )鏈接。使用測試軟件在測試計算機1和測試計算機2之間進(jìn)行雙向傳輸文件,在測試軟件上監視到的文件傳輸速率見(jiàn)表2。
3.3寬帶數傳設備性能測試
測試寬帶數傳設備數據傳輸的速率、時(shí)延,數據傳輸性能測試環(huán)境如圖4所示。測試計算機1、測試計算機2安裝專(zhuān)用數傳速率測試軟件,測試計算機1、測試計算機2通過(guò)寬帶數傳設備無(wú)線(xiàn)連接。使用專(zhuān)用數傳測試軟件進(jìn)行雙向數據傳輸,最終得到測試結果見(jiàn)表3。
4實(shí)驗室仿真測試
2011年5月,在實(shí)驗室搭建了遠程遙控系統仿真測試環(huán)境,用該仿真測試環(huán)境驗證無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)算法,測試遙控過(guò)程上、下行數據流量等。實(shí)驗室仿真測試環(huán)境主要由機載、地面寬帶數傳設備模擬器等構成。寬帶傳輸設備模擬器具有傳輸速度控制、時(shí)延調整和誤碼輸入功能,用這些功能模擬無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的速率、時(shí)延和誤碼。實(shí)驗室遠程遙控系統仿真測試環(huán)境如圖5所示。主控端計算機、被控端計算機通過(guò)網(wǎng)關(guān)程序和寬帶數傳設備模擬器連接,并將機載寬帶數傳設備模擬器的發(fā)送速率設置為3Mbyte/s,時(shí)延設置為100ms;地面寬帶數傳設備模擬器的發(fā)送速率設置為80kbyte/s、時(shí)延設置為100ms;主控端計算機使用PcAnywhere客戶(hù)端軟件控制被控端計算機。在主控端計算機遠程控制操作結束后,測試結果如下:
(1)主控計算機能夠通過(guò)網(wǎng)關(guān)和寬帶數傳設備模擬器建立的TCP/IP通道鏈接到被控計算機上;
(2)主控計算機能夠通過(guò)PcAnywhere客戶(hù)端程序遠程控制被控端計算機;
(3)主控計算機遠程遙控被控計算機時(shí),簡(jiǎn)單操作(移動(dòng)一下鼠標、鍵盤(pán)的一個(gè)輸入)主控計算機上遠程遙控客戶(hù)端軟件的反應速度很快,基本感覺(jué)不到延時(shí);
(4)主控計算機遠程遙控被控計算機時(shí),復雜操作(連續移動(dòng)鼠標、或者是有新的界面彈出)主控計算機上的遠程遙控客戶(hù)端軟件界面操作結果有約2s時(shí)延。
5機載地面聯(lián)試
2011年6月,在試飛外場(chǎng)結合某產(chǎn)品試飛,進(jìn)行機載地面遠程遙控系統聯(lián)試,試驗采用全部的實(shí)裝設備,驗證在真實(shí)環(huán)境條件下遠程遙控系統功能。機載地面聯(lián)試環(huán)境如圖6所示。外場(chǎng)機載地面聯(lián)試試驗結果與實(shí)驗室仿真測試環(huán)境下測試結果相同。
6結束語(yǔ)
實(shí)驗室模擬聯(lián)試和外場(chǎng)機上地面聯(lián)試試驗結果表明:基于IP傳輸的地空無(wú)線(xiàn)遙控系統基本實(shí)現了設計目標,其設計思路和技術(shù)實(shí)現途徑對于未來(lái)工程實(shí)現地空無(wú)線(xiàn)遙控系統具有參考價(jià)值,特別是實(shí)時(shí)性要求相對較低的試飛試驗領(lǐng)域。系統所采用的網(wǎng)關(guān)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )遙控技術(shù)等,在寬帶IP網(wǎng)絡(luò )、無(wú)人機遙控等方面具有較好的推廣應用前景。對關(guān)于復雜操作出現時(shí)延的問(wèn)題,初步分析是由于寬帶數傳設備上行速率較低(只有80kbyte/s)所致,工程實(shí)現上可以適當提高寬帶數傳設備上行速率解決此問(wèn)題。
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