摘要:在嵌入式環(huán)境下進(jìn)行艦船電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高艦船控制電路的集成性，提出一種基于DSP技術(shù)的低能耗艦船嵌入式系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方法，采用ADSP21160處理器為核心控制芯片，進(jìn)行艦船電路的AD模塊設(shè)計(jì)、控制單元設(shè)計(jì)、信號(hào)處理模塊設(shè)計(jì)和通信模塊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)艦船的信息采集和數(shù)據(jù)處理及遠(yuǎn)程通信功能，在ARM嵌入式系統(tǒng)中進(jìn)行艦船電路的集成開發(fā)，降低電路的能耗，提高電路的集成性和可靠性。測(cè)試結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行艦船電路設(shè)計(jì)，電路的功率放大能力較好，信號(hào)處理能力較強(qiáng)，具有很好的電路穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；艦船；電路設(shè)計(jì)；DSP

隨著集成電路控制技術(shù)的發(fā)展，在嵌入式系統(tǒng)環(huán)境下進(jìn)行艦船集成電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)艦船環(huán)境信息采集、艦船目標(biāo)信號(hào)處理和艦船集成控制與遠(yuǎn)程通信等，艦船的電路系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的集成電路系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)艦船電路系統(tǒng)的低能耗設(shè)計(jì)，采用集成數(shù)字信號(hào)處理芯片進(jìn)行艦船電路的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高艦船電路系統(tǒng)的綜合開發(fā)能力，從而保障艦船的穩(wěn)定可靠運(yùn)行[1]。研究嵌入式系統(tǒng)的低能耗艦船電路設(shè)計(jì)方法，在提高艦船的本機(jī)振蕩性和功率增益方面具有重要意義，通過(guò)艦船綜合電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)艦船電路的集成控制優(yōu)化，從而降低艦船的功耗開銷，相關(guān)的電路設(shè)計(jì)方法研究受到人們的極大重視。本文設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)下的低能耗艦船電路系統(tǒng)主要包括AD模塊、控制單元、信號(hào)處理模塊和遠(yuǎn)程通信模塊，結(jié)合嵌入式設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)艦船電路的嵌入式集成設(shè)計(jì)，并進(jìn)行電路測(cè)試仿真，得出有效性結(jié)論。

1電路設(shè)計(jì)總體構(gòu)架及指標(biāo)分析

本文設(shè)計(jì)的低能耗嵌入式艦船電路系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船聲吶信號(hào)采集和多功能通信系統(tǒng)中，采用低能耗的嵌入式設(shè)計(jì)方案，采用DSP作為集成數(shù)字信息處理中樞，以ADSP21160處理器為核心控制芯片，采用三星公司的K9F1208UOB作為NANDFLASH進(jìn)行信號(hào)濾波檢測(cè)和數(shù)據(jù)緩存處理，采用多傳感器信號(hào)處理和跟蹤融合方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和包絡(luò)檢波處理，并與上位機(jī)通信，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)采樣的艦船信號(hào)和采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波和動(dòng)態(tài)增益控制。在程序加載模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)增益碼加載控制，并通過(guò)DSP接收PCI總線的增益控制碼，通過(guò)AD電路實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)預(yù)處理和信號(hào)頻譜分析，采用8086及80286單片機(jī)作為計(jì)算機(jī)控制的CPU，進(jìn)行艦船電路系統(tǒng)的總線控制[2]，本文設(shè)計(jì)的艦船電路系統(tǒng)主要可以實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船回波信號(hào)的高頻放大、混頻處理、本機(jī)振蕩、中頻放大、低頻功放、鑒頻以及正交解調(diào)處理，得到本文設(shè)計(jì)的低能耗嵌入式艦船電路系統(tǒng)的功能模塊組成如圖1所示。C1=C2=CR1=R2=R根據(jù)圖1所示的艦船電路系統(tǒng)的功能模塊組成，進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，本文設(shè)計(jì)的艦船電路主要包括AD模塊設(shè)計(jì)、控制單元設(shè)計(jì)、信號(hào)處理模塊設(shè)計(jì)和通信模塊設(shè)計(jì)。通信模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)艦船的遠(yuǎn)程通信傳輸控制功能；艦船電路的信號(hào)接收機(jī)采用三級(jí)接收放大設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，選擇第一級(jí)放大電路的隔直流電容：,電阻，使用256Mbyte的DDR內(nèi)存作為緩存器，嵌入式艦船電路系統(tǒng)的濾波模塊設(shè)計(jì)中，搭建一個(gè)二階有源低通濾波器進(jìn)行隔直流放大和噪聲濾波，根據(jù)上述總體設(shè)計(jì)構(gòu)架分析，得到本文設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)的低能耗艦船電路的總體結(jié)構(gòu)構(gòu)成如圖2所示。

2電路模塊化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基本特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)意大利、荷蘭、挪威、英國(guó)和美國(guó)等國(guó)家生命力評(píng)估系統(tǒng)開發(fā)現(xiàn)狀［4-5］的分析，發(fā)現(xiàn)其生命力評(píng)估系統(tǒng)的開發(fā)具有以下基本特點(diǎn)：1）重點(diǎn)側(cè)重于易損性的評(píng)估，兼顧易感性和修復(fù)性的評(píng)估；2）評(píng)估系統(tǒng)的開發(fā)并非一蹴而就，而是經(jīng)過(guò)多年不斷完善才逐步完成；3）針對(duì)不同的設(shè)計(jì)階段使用統(tǒng)一的評(píng)估模型，保證各個(gè)階段評(píng)估結(jié)果的一致性；4）都是交互式計(jì)算平臺(tái)，用戶可以自定義艦船和威脅武器的相關(guān)屬性；5）大多數(shù)國(guó)家對(duì)修復(fù)性（人員主動(dòng)損管能力）的評(píng)估研究較少，而英國(guó)和美國(guó)的生命力評(píng)估系統(tǒng)已開始對(duì)人員的主動(dòng)損管能力進(jìn)行仿真。另外，英國(guó)海軍和美國(guó)海軍在進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真評(píng)估的同時(shí)還非常重視試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)主要包括兩類：一類是大尺度（全船）的試驗(yàn)驗(yàn)證，主要是對(duì)結(jié)構(gòu)和功能損傷的仿真進(jìn)行驗(yàn)證；另一類是小尺度的試驗(yàn)驗(yàn)證，主要是對(duì)關(guān)鍵的機(jī)理?yè)p傷仿真算法和二次損傷仿真算法進(jìn)行驗(yàn)證。圖1是英國(guó)海軍以“海鷹”導(dǎo)彈對(duì)“德文郡”（Devonshire）號(hào)驅(qū)逐艦的實(shí)船攻擊試驗(yàn)驗(yàn)證。

評(píng)估系統(tǒng)的主要功能

通過(guò)對(duì)國(guó)外生命力評(píng)估系統(tǒng)的綜合分析，發(fā)現(xiàn)其具備的主要功能包括：1）易感性評(píng)估。主要體現(xiàn)在：根據(jù)武器制導(dǎo)特性和艦艇信號(hào)特征，在三維空間方向上對(duì)炸點(diǎn)的可能分布進(jìn)行較為精確的描述。2）可視化評(píng)估，包括船體和設(shè)備的可視化、災(zāi)害環(huán)境的可視化以及評(píng)估結(jié)果的可視化等。3）損傷機(jī)理和損傷模式仿真，包括彈體侵徹效應(yīng)、破片損傷效應(yīng)、沖擊損傷效應(yīng)、爆破超壓損傷效應(yīng)、氣泡毀傷效應(yīng)、火災(zāi)毀傷效應(yīng)以及進(jìn)水毀傷效應(yīng)等。4）系列生命力指標(biāo)評(píng)估，包括不沉性指標(biāo)、船體強(qiáng)度指標(biāo)、機(jī)動(dòng)性指標(biāo)、作戰(zhàn)任務(wù)剖面的完成能力以及人員生命力（人員疏散能力）等。5）對(duì)艦員的修復(fù)性、主動(dòng)損管能力進(jìn)行評(píng)估。6）對(duì)評(píng)估所需的初始條件進(jìn)行自定義/再開發(fā)，包括攻擊武器屬性的自定義、船體和設(shè)備基本布置、配置和性能參數(shù)的自定義、損傷閾值的自定義、系統(tǒng)功能邏輯的自定義以及損傷仿真模型的再開發(fā)等。

評(píng)估系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)

意大利海軍的艦艇生命力評(píng)估系統(tǒng)也是目前國(guó)際上開發(fā)較為成功的一個(gè)交互式易損性評(píng)估軟件，主要包含4大模塊：船體模塊（對(duì)船體外形、艙室布置進(jìn)行定義）、系統(tǒng)模塊（對(duì)系統(tǒng)的功能邏輯進(jìn)行定義）、損傷模塊（模擬武器損傷和災(zāi)害蔓延機(jī)理）和分析模塊（分析功能損傷概率）。例如，國(guó)外某護(hù)衛(wèi)艦上易損性評(píng)估建模屬性包括船體板2188個(gè)、艙室724個(gè)、系統(tǒng)151個(gè)以及重要設(shè)備515個(gè)。評(píng)估的易損性指標(biāo)包括機(jī)動(dòng)能力完全喪失概率、沉沒(méi)概率、對(duì)空作戰(zhàn)任務(wù)（AAW）在各損傷等級(jí)下的概率、對(duì)海作戰(zhàn)任務(wù)（ASuW）在各損傷等級(jí)下的概率以及反潛作戰(zhàn)任務(wù)（ASW）在各損傷等級(jí)下的概率等。

1水面艦船建筑造型設(shè)計(jì)約束

水面艦船作為海上兵力投送單元，其建筑造型不僅關(guān)系著武器、傳感器、艦面舾裝設(shè)施等艦載設(shè)備性能的發(fā)揮，而且對(duì)靜力性能、隱身性、兼容性、安全性等艦船綜合性能產(chǎn)生直接影響。水面艦船建筑造型設(shè)計(jì)需綜合考慮艦船的作戰(zhàn)功能需求、綜合性能、幾何造型等方面的約束，這些約束主要包括：1）艦載武器、傳感器及舾裝設(shè)施配置及布置要求；2）艦載航空設(shè)施的安全作業(yè)要求；3）隱身性、兼容性、物理場(chǎng)及電磁環(huán)境安全性要求；4）艦船重量重心的承受能力要求；5）艦船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及建造工藝可行性要求；6）外觀整體的協(xié)調(diào)性及美觀性要求。在開展水面艦船建筑造型設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)艦船的使命任務(wù)、作戰(zhàn)環(huán)境、技術(shù)水平等因素統(tǒng)籌考慮上述設(shè)計(jì)約束，使艦船造型鮮明、威武，具有時(shí)代感及美觀性［4］。

2二戰(zhàn)后水面艦船建筑造型主要發(fā)展階段

二戰(zhàn)后，隨著艦載導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的問(wèn)世和雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，水面艦船造型設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)由戰(zhàn)前圍繞各種口徑的艦炮設(shè)計(jì)逐漸過(guò)渡到圍繞導(dǎo)彈武器系統(tǒng)和各類傳感器設(shè)計(jì)。按照技術(shù)發(fā)展階段，以上世紀(jì)60~70年代、上世紀(jì)90年代以來(lái)和面向2025年作戰(zhàn)需求的水面艦船造型設(shè)計(jì)最為典型。

2.1上世紀(jì)60~70年代此階段正處于前蘇聯(lián)與美國(guó)冷戰(zhàn)時(shí)期，該時(shí)期水面艦艇以美國(guó)的“斯普魯恩斯”級(jí)（DD963級(jí)）驅(qū)逐艦、俄羅斯的“勇敢”級(jí)驅(qū)逐艦、日本的“白根”級(jí)驅(qū)逐艦等為代表?！八蛊蒸敹魉埂奔?jí)驅(qū)逐艦研制起始于上世紀(jì)60年代，首艦于1975年服役，主要使命任務(wù)為執(zhí)行遠(yuǎn)洋編隊(duì)區(qū)域反潛為主的護(hù)航任務(wù)。主要使命任務(wù)決定了DD963級(jí)驅(qū)逐艦必須具有很強(qiáng)的反潛作戰(zhàn)能力，因此該級(jí)驅(qū)逐艦裝備了大量的反潛武器系統(tǒng)，包括“海鷹”艦載直升機(jī)、“阿斯洛克”反潛導(dǎo)彈及管裝魚雷；為兼顧反艦和近程防空作戰(zhàn)，裝備了“魚叉”反艦導(dǎo)彈和“海麻雀”防空導(dǎo)彈；為執(zhí)行對(duì)岸火力支援任務(wù)，裝備了2座127mm艦炮［5］。由于當(dāng)時(shí)美國(guó)的導(dǎo)彈垂直發(fā)射裝置尚處于研發(fā)階段，這個(gè)時(shí)期的導(dǎo)彈發(fā)射裝置為斜架式發(fā)射裝置。主要雷達(dá)天線為扇狀或球狀。為安裝警戒和火控雷達(dá)天線，DD963級(jí)驅(qū)逐艦設(shè)置了前、后桁架結(jié)構(gòu)桅桿，桅桿結(jié)構(gòu)主體部分的高度差保證了各自搭載雷達(dá)天線的視界需要；設(shè)計(jì)師將艦橋、前桅桿及首部煙囪融為一體，將尾部煙囪與直升機(jī)庫(kù)進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，充分利用了上層建筑寶貴空間；將首部艦炮、反潛、反艦、防空導(dǎo)彈發(fā)射裝置及尾部艦炮沿中線面依次或呈梯度布置，充分保證了各武器發(fā)射裝置的射界。研究表明，艦載直升機(jī)的安全使用受艦船運(yùn)動(dòng)、上層建筑引起的氣流場(chǎng)變化、煙流、風(fēng)速風(fēng)向及艦面效應(yīng)等影響［6-7］。由于DD963級(jí)驅(qū)逐艦起降平臺(tái)的布置受武器系統(tǒng)布置限制，該級(jí)艦對(duì)上述影響因素進(jìn)行了綜合考慮，將直升機(jī)起降平臺(tái)布置于艦船運(yùn)動(dòng)及艦面效應(yīng)影響相對(duì)較小但更易受煙流影響的尾部02甲板，同時(shí)為減小煙流的影響，將煙囪升高。DD963級(jí)驅(qū)逐艦上層建筑外壁為垂直結(jié)構(gòu)，有利于增加上層建筑艙容，對(duì)當(dāng)時(shí)集成度不高的雷達(dá)和武器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是有益的。通過(guò)對(duì)雷達(dá)天線、武器系統(tǒng)、主機(jī)進(jìn)排氣、航空設(shè)施、通信導(dǎo)航設(shè)施等使用需求綜合權(quán)衡，形成了DD963級(jí)驅(qū)逐艦的最終造型。同樣，前蘇聯(lián)及日本等國(guó)此階段水面艦船的造型也受其作戰(zhàn)需求與技術(shù)基礎(chǔ)的制約和影響。對(duì)上述國(guó)家典型水面艦的分析表明，本階段水面艦船主要特征為：1）艦首上揚(yáng)，一般設(shè)前、后桅桿及前、后煙囪，艦型威武。2）前、后導(dǎo)彈發(fā)射裝置以及前、后主炮發(fā)射裝置沿中線面依次或呈梯次布置。3）各種雷達(dá)天線根據(jù)使用需求集中布置在前、后桅桿和上層建筑露天部位。4）前、后桅桿采用桁架結(jié)構(gòu)形式，上層建筑外壁為垂直結(jié)構(gòu)。對(duì)于上世紀(jì)60～70年代服役的驅(qū)逐艦而言，其建筑造型能夠較好地滿足當(dāng)時(shí)的作戰(zhàn)使用需求；另一方面，各國(guó)海軍在上世紀(jì)60～70年代對(duì)反艦導(dǎo)彈的威脅還未予以充分重視，以及受當(dāng)時(shí)導(dǎo)彈、電子工業(yè)發(fā)展水平限制，艦船造型一般不具有雷達(dá)波隱身能力。

2.2上世紀(jì)90年代以來(lái)在上世紀(jì)80年代中后期，隨著反艦導(dǎo)彈的發(fā)展及“飽和攻擊”作戰(zhàn)概念的提出［8］，在驅(qū)逐艦作戰(zhàn)使用中提出了“抗飽和攻擊”的能力需求。該需求既要求艦艇具有一定的多目標(biāo)探測(cè)和打擊能力，也要求艦艇最大限度地降低自身的目標(biāo)特性。另一方面，隨著科技的發(fā)展，如相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)、導(dǎo)彈垂直發(fā)射技術(shù)逐漸成熟，以及設(shè)計(jì)理念的變化，如提高艦載設(shè)備的多功能性、降低裝艦設(shè)備數(shù)量等，為艦艇開展隱身性設(shè)計(jì)提供了必要的條件。本階段以美國(guó)的“阿利伯克”級(jí)（DDG51級(jí)）驅(qū)逐艦、日本的“金剛”級(jí)和“愛(ài)宕”級(jí)驅(qū)逐艦、韓國(guó)的KDX-III級(jí)驅(qū)逐艦、英國(guó)45型驅(qū)逐艦以及意法聯(lián)合研制的FREMM艦為代表。DDG51級(jí)驅(qū)逐艦研制起始于上世紀(jì)70年代，美國(guó)政府在1985年批準(zhǔn)了DDG51級(jí)驅(qū)逐艦的研制，首艦于1991年服役。作為一型多用途驅(qū)逐艦，其主要使命任務(wù)為執(zhí)行遠(yuǎn)洋編隊(duì)區(qū)域防空任務(wù)。DDG51級(jí)驅(qū)逐艦在設(shè)計(jì)中經(jīng)歷了多次修改，共產(chǎn)生了3個(gè)批型，分別為I/II批型和IIA批型［9］。DDG51級(jí)驅(qū)逐艦圍繞區(qū)域防空作戰(zhàn)的主要裝備SPY-1相控陣?yán)走_(dá)和MK41導(dǎo)彈垂直發(fā)射系統(tǒng)（VLS）開展設(shè)計(jì)，保證了主要使命任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展及可靠性的提高，為控制費(fèi)效比，相對(duì)于CG47級(jí)巡洋艦，DDG51級(jí)驅(qū)逐艦的傳感器系統(tǒng)更為簡(jiǎn)潔。如將相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)射機(jī)由2部減為1部，減少了冗余但沒(méi)有降低設(shè)備性能；將“標(biāo)準(zhǔn)-2”導(dǎo)彈的目標(biāo)照射雷達(dá)（SPG-62）由4部減為3部；取消了遠(yuǎn)程3坐標(biāo)預(yù)警雷達(dá)［10］。如此一來(lái)，DDG51級(jí)驅(qū)逐艦僅設(shè)置1座桅桿即可滿足有架高要求的天線布置；該級(jí)艦將相控陣?yán)走_(dá)天線集中布置在艦首上層建筑45°切角方向，且為保證相控陣?yán)走_(dá)尾向陣面的視界，艦尾部上層建筑造型低矮；3部SPG-62雷達(dá)天線呈梯次布置在首上層建筑、后煙囪平臺(tái)中線面位置。全艦主要傳感器的視界良好，且布置更為緊湊。上世紀(jì)80年代導(dǎo)彈垂直發(fā)射系統(tǒng)技術(shù)開始實(shí)用，美國(guó)MK41垂直發(fā)射系統(tǒng)更能兼容發(fā)射防空、反艦及對(duì)陸攻擊等多型導(dǎo)彈［11］。由于導(dǎo)彈垂直發(fā)射裝置可布置于主甲板以下且具有更好的射界，DDG51級(jí)驅(qū)逐艦的設(shè)計(jì)變得更為靈活。經(jīng)對(duì)該艦“抗飽和攻擊”能力及兼顧反潛、對(duì)海及對(duì)陸作戰(zhàn)需要進(jìn)行統(tǒng)籌［12］，全艦共配置96單元的導(dǎo)彈發(fā)射井；出于對(duì)該艦水密分艙及生命力的考慮，全艦共設(shè)置兩個(gè)導(dǎo)彈庫(kù)，分別布置在艦首、尾部01甲板以下中線面位置。DDG51級(jí)驅(qū)逐艦配置了2座“密集陣”近程武器系統(tǒng)（CIWS），分別布置在艦首、尾部上層建筑中線面較高位置，首、尾部發(fā)射裝置均具有良好的射界，且能夠?qū)崿F(xiàn)火力共同覆蓋功能，有效增強(qiáng)了該級(jí)艦的近程防御能力。隱身性方面，國(guó)外研究表明，為降低船體雷達(dá)波散射截面積（RCS），艦船和上層建筑的造型應(yīng)避免形成90°夾角，尤其要避免形成角反射體的三面體形狀；上層建筑的外壁要適當(dāng)內(nèi)傾并避免夾角邊緣的形成；船體外表面應(yīng)光滑［13］。從DDG51級(jí)驅(qū)逐艦外形可以看出，該艦水線以上部位、上層建筑外壁采用大平面設(shè)計(jì)，外形整潔；上層建筑外壁板均具有一定的傾斜角度，并避免形成不利于隱身性的夾角，有利于降低露天部位的RCS。經(jīng)過(guò)對(duì)攻防能力、隱身性、生命力、經(jīng)濟(jì)性等綜合平衡，DDG51級(jí)驅(qū)逐艦全艦以桅桿頂部為制高點(diǎn)，外形包絡(luò)清晰，視覺(jué)中心突出；該級(jí)艦除桅桿和煙囪外，上層建筑整體造型低矮，有利于全艦重量重心的控制。DDG51級(jí)驅(qū)逐艦外形簡(jiǎn)潔又不失威武，已成為驅(qū)逐艦整體造型的經(jīng)典，并被日本、韓國(guó)、澳大利亞等國(guó)艦船模仿。與美、日、韓大型水面艦船滿載排水量動(dòng)輒達(dá)10000t不同，歐洲各國(guó)由于其海軍戰(zhàn)術(shù)定位要求相對(duì)較低，艦船主戰(zhàn)裝備以歐洲自主研發(fā)的相控陣?yán)走_(dá)、導(dǎo)彈垂直發(fā)射裝置為主，艦滿載排水量約6000~7000t，艦尺度相對(duì)較小；在艦船造型設(shè)計(jì)上與美、日、韓等國(guó)大型水面艦船造型區(qū)別明顯，往往更強(qiáng)調(diào)艦船主戰(zhàn)裝備的適裝性及為應(yīng)對(duì)反艦導(dǎo)彈的威脅而重視艦船的雷達(dá)波隱身能力。例如，英國(guó)海軍45型驅(qū)逐艦（圖3）的主要使命任務(wù)是艦隊(duì)的區(qū)域防空作戰(zhàn)，因此，該艦的設(shè)計(jì)緊緊圍繞著PAAMS（主防空導(dǎo)彈系統(tǒng)）開展，“PAAMS的角色決定了45型艦的規(guī)模和造型，該艦設(shè)計(jì)時(shí)考慮了良好的穩(wěn)性和耐波性，艦體設(shè)計(jì)滿足Sampson雷達(dá)和PAAMS導(dǎo)彈發(fā)射裝置的需求”，“外形設(shè)計(jì)充分考慮了雷達(dá)波隱身的需要，……”［14］。作為上世紀(jì)90年代及本世紀(jì)初服役的水面艦船，一方面為提高應(yīng)對(duì)反艦導(dǎo)彈威脅能力而對(duì)艦船雷達(dá)波隱身性提出了較高的要求，另一方面，裝備導(dǎo)彈垂直發(fā)射系統(tǒng)和多功能相控陣?yán)走_(dá)、裝備的集成化設(shè)計(jì)、采用大平面的隱身外形設(shè)計(jì)等措施的綜合應(yīng)用為提高艦的雷達(dá)波隱身水平創(chuàng)造了良好條件。

摘要:為避免大規(guī)模信息入侵行為的出現(xiàn)，提出基于機(jī)器學(xué)習(xí)的艦船信息系統(tǒng)入侵檢測(cè)技術(shù)?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)原理分析艦船信息系統(tǒng)的具體組成形式，根據(jù)入侵?jǐn)?shù)據(jù)挖掘標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算信息相似度指標(biāo)與檢測(cè)修正系數(shù)，實(shí)現(xiàn)艦船信息系統(tǒng)入侵檢測(cè)算法的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。實(shí)例分析結(jié)果表明，若同時(shí)存在多種丟棄模式，則機(jī)器學(xué)習(xí)算法作用下的艦船信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)會(huì)話延遲時(shí)間始終略低于理想時(shí)長(zhǎng)，能夠較好抑制大規(guī)模信息入侵行為的出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器學(xué)習(xí)；信息系統(tǒng)；入侵檢測(cè)；數(shù)據(jù)挖掘；信息相似度；修正系數(shù)

作為人工智能科學(xué)的分支發(fā)展方向，機(jī)器學(xué)習(xí)算法的主要研究目標(biāo)依然是人工智能對(duì)象，但在經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的過(guò)程中，該算法則更注重對(duì)計(jì)算機(jī)元件應(yīng)用性能的提升[1]。就過(guò)往經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，機(jī)器學(xué)習(xí)通過(guò)改進(jìn)原有計(jì)算機(jī)算法的方式，對(duì)數(shù)據(jù)信息應(yīng)用能力進(jìn)行分析，對(duì)于信息通信等管理研究領(lǐng)域而言，機(jī)器學(xué)習(xí)算法已經(jīng)成為優(yōu)化計(jì)算機(jī)程序性能的關(guān)鍵執(zhí)行手段之一。由于艦船信息系統(tǒng)存在一定的局限性與資源脆弱性，使得網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、通信資源等文件易因惡意入侵行為的影響而遭到嚴(yán)重破壞，并最終呈現(xiàn)出泄露或失效的表現(xiàn)狀態(tài)，從而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在這樣的形勢(shì)之下，保護(hù)艦船信息系統(tǒng)免受各類入侵行為攻擊顯得極為必要。近年來(lái)，隨著船體行進(jìn)路線的不斷復(fù)雜化，艦船信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸量也在逐漸增大，特別是在多丟棄模式共同存在的情況下，數(shù)據(jù)信息之間建立會(huì)話關(guān)系所需的延遲時(shí)間，更是會(huì)直接影響信息入侵行為的表現(xiàn)強(qiáng)度。面對(duì)上述問(wèn)題，針對(duì)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的艦船信息系統(tǒng)入侵檢測(cè)技術(shù)展開研究。

1基于機(jī)器學(xué)習(xí)的艦船信息系統(tǒng)組成分析

艦船信息系統(tǒng)的搭建沿用傳統(tǒng)的Spark框架結(jié)構(gòu)，采用Scala語(yǔ)言構(gòu)建通信數(shù)據(jù)之間的傳輸關(guān)系，由于信息參量所執(zhí)行的操作指令不同，所以整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部同時(shí)存在多種不同的數(shù)據(jù)集負(fù)載方式[2]。圖1反映了完整的艦船信息系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)。Spark框架體系是艦船信息系統(tǒng)中唯一具備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化處理能力的工具，可根據(jù)信息準(zhǔn)入量水平，安排后續(xù)的文件傳輸方向，并可在確保數(shù)據(jù)會(huì)話關(guān)系穩(wěn)定的情況下，判斷數(shù)據(jù)庫(kù)主機(jī)當(dāng)前所處的信息丟棄模式。ksxssxkk設(shè)和表示2個(gè)不同的艦船信息準(zhǔn)入系數(shù)，表示條件下的文件傳輸量，表示條件下的文件傳輸量，聯(lián)立上述物理量，可將艦船信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)會(huì)話關(guān)系定義條件表示為：(1)其中，q表示當(dāng)前情況下的艦船信息共享系數(shù)，∆P表示艦船信息的單位傳輸量。在機(jī)器學(xué)習(xí)算法作用下，數(shù)據(jù)會(huì)話關(guān)系定義條件能夠直接影響艦船信息系統(tǒng)所具備的抵御信息入侵行為的能力。

2艦船信息系統(tǒng)的入侵檢測(cè)算法

摘要：艦船電子設(shè)備在作戰(zhàn)中具有重要的作用，對(duì)艦船電子設(shè)備的維修性設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，及時(shí)將維修性設(shè)計(jì)和驗(yàn)證相結(jié)合，提高艦船電子設(shè)備的維修性水平。對(duì)艦船電子設(shè)備的維修性設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和闡述，之后提出一套維修性驗(yàn)證程序。為艦船電子設(shè)備的維修性驗(yàn)證提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：維修性設(shè)計(jì)；維修性驗(yàn)證；艦船電子設(shè)備

維修性作為裝備的通用質(zhì)量特性，能夠?qū)ρb備是否方便、快速、經(jīng)濟(jì)地完成維修工作進(jìn)行清晰地表征，通常與可靠性、測(cè)試性、保障性一起進(jìn)行分析，因此可以從維修性方向?qū)υO(shè)備進(jìn)行約束，避免維修性成為限制設(shè)備性能提升的因素。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，武器裝備的性能得到提升，技術(shù)復(fù)雜性也越來(lái)越高，對(duì)故障診斷、故障排查、維修工作都提出了更高、更新、更嚴(yán)的要求。因此，如何提高大型武器裝備的維修性水平，是所有武器裝備研制方、使用方共同關(guān)注的問(wèn)題[1]。電子設(shè)備在多種大型復(fù)雜系統(tǒng)中都發(fā)揮著關(guān)鍵作用，尤其在船舶中占據(jù)了較大比例，船舶上的大型武器裝備如雷達(dá)、控制臺(tái)等都是由艦船電子設(shè)備構(gòu)成的。因此，在復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，使艦船電子設(shè)備具備良好的維修性，對(duì)整個(gè)作戰(zhàn)預(yù)警系統(tǒng)都極為重要。同時(shí)還能夠較好地利用維修保障資源，降低整個(gè)壽命周期的維修保障成本，從而提高設(shè)備整體的綜合保障能力。因此，如何對(duì)艦船電子設(shè)備的維修性工作進(jìn)行評(píng)估，從而提高整個(gè)艦船電子設(shè)備的維修性水平，已成為艦船電子設(shè)備研制方和使用方共同面臨的問(wèn)題。針對(duì)上述情況，本文從使用者的角度出發(fā)，提出了一種綜合驗(yàn)證艦船電子設(shè)備維修性的方法[2]。

1維修性設(shè)計(jì)

在艦船電子設(shè)備的早期論證階段和工程研制階段，對(duì)維修性的評(píng)估工作主要基于維修性設(shè)計(jì)和維修性預(yù)計(jì)。通過(guò)維修性設(shè)計(jì)和預(yù)計(jì)工作，可對(duì)雷達(dá)裝備的維修性能力進(jìn)行一個(gè)初步的評(píng)估。1.1維修性設(shè)計(jì)艦船電子設(shè)備在系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)中需同步進(jìn)行維修性設(shè)計(jì)工作，確保系統(tǒng)易檢測(cè)、易診斷、易修理，縮短維修時(shí)間，提高系統(tǒng)的維修性和可用度。維修性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：1）應(yīng)對(duì)艦船電子設(shè)備的各個(gè)模塊進(jìn)行合理結(jié)構(gòu)布局，部分部件故障率較高，部分部件需要較大的維修空間才能夠進(jìn)行維修，對(duì)這類部件，在安排結(jié)構(gòu)布局時(shí)，應(yīng)將它們布置在人工容易達(dá)到的位置，并保留足夠的維修操作空間，留存適當(dāng)?shù)目梢暱臻g，使維修人員能夠方便操作。以不影響或者少影響其余未發(fā)生故障的可更換單元為目標(biāo)，確保每個(gè)部件的檢查和測(cè)試點(diǎn)都布置在合適的位置。對(duì)于不具備自檢的可更換單元，還需將人工檢測(cè)口布置在該可更換單元的附近。2）應(yīng)對(duì)艦船電子設(shè)備采取模塊化、互換性和標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。艦船電子設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，做到外場(chǎng)維修以更換航線可更換單元（LineReplaceableUnit，LRU）方式進(jìn)行，內(nèi)場(chǎng)維修以更換車間可更換單元（ShopReplaceableUnit，SRU）進(jìn)行維修，廠級(jí)維修更換SRU和元器件；設(shè)計(jì)的模塊可以不受其余模塊的影響，進(jìn)行調(diào)試和生產(chǎn)，更換時(shí)直接固定，無(wú)需調(diào)整；提高標(biāo)準(zhǔn)化、互換性程度；為了提高產(chǎn)品的維修效率，通過(guò)簡(jiǎn)化工作流程，連接件、緊固件、元器件等盡量使用相同類型的元器件，最大程度地減少了零件、部件和組件的種類，從而提高維修效率；要求艦船電子設(shè)備中數(shù)量較大又容易損壞的模塊、組件必須具有良好的互換性和通用性，并準(zhǔn)備好備件進(jìn)行更換；優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品；產(chǎn)品需做某些更改或改進(jìn)時(shí)，要盡量做到新老產(chǎn)品之間能夠互換使用[3]。3）防插錯(cuò)措施也應(yīng)應(yīng)用于艦船電子設(shè)備的維修性設(shè)計(jì)中。人工操作時(shí)，無(wú)法保證百分之百的投入與準(zhǔn)確性，因此可以在設(shè)計(jì)中采取一些措施降低人為犯錯(cuò)的概率，降低其嚴(yán)重性，并能立即發(fā)覺(jué)和糾正；產(chǎn)品的內(nèi)部印制板與插槽上應(yīng)印有隸屬號(hào)以防插錯(cuò)，對(duì)外連接的插座應(yīng)分別有大、小、針、孔等防插錯(cuò)措施；對(duì)設(shè)備進(jìn)行標(biāo)記時(shí)，需選擇合適的位置，并選用合適清晰的字體和標(biāo)識(shí)；對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行銘牌設(shè)計(jì)時(shí)，標(biāo)出型號(hào)、制造單位、批號(hào)、編號(hào)和出廠時(shí)間等；本產(chǎn)品中所有的標(biāo)志都按規(guī)范制作，大小、位置適當(dāng)，鮮明醒目。所使用的銘牌和標(biāo)志需具備良好的可靠性，保證在設(shè)備壽命周期內(nèi)長(zhǎng)期有效。銘牌示例如圖1所示。此外，還應(yīng)建立設(shè)備的維修時(shí)間模型。艦船電子設(shè)備常常采用串聯(lián)作業(yè)模型，拆裝流程圖如圖2所示。在以上維修性設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)注意維修的安全性。維修安全性是指避免維修人員傷亡或產(chǎn)品損壞的一種設(shè)計(jì)特性。應(yīng)注意：防機(jī)械損傷，防電擊，防高溫，防火、防爆、防化學(xué)毒害、侵蝕等，防核事故[4]。1.2維修性預(yù)計(jì)為了驗(yàn)證維修性設(shè)計(jì)是否有效，雷達(dá)裝備需要規(guī)定一些定量指標(biāo)。在艦船電子設(shè)備的設(shè)計(jì)階段，一般會(huì)對(duì)艦船電子設(shè)備的電氣故障平均修復(fù)時(shí)間進(jìn)行規(guī)定。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以對(duì)電氣故障平均修復(fù)時(shí)間進(jìn)行預(yù)計(jì)，該平均修復(fù)時(shí)間可以綜合體現(xiàn)整個(gè)設(shè)備的維修性設(shè)計(jì)水平。因此，可通過(guò)對(duì)電氣故障平均修復(fù)時(shí)間進(jìn)行評(píng)估，來(lái)了解該艦船電子設(shè)備的維修性設(shè)計(jì)情況。根據(jù)艦船電子設(shè)備的研制總要求，會(huì)對(duì)艦船電子設(shè)備整機(jī)系統(tǒng)的電氣故障平均修復(fù)時(shí)間的規(guī)定值進(jìn)行要求，在整機(jī)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，在艦船電子設(shè)備的研制階段，將對(duì)各個(gè)分系統(tǒng)進(jìn)行維修性分配和預(yù)計(jì)，常常采用等分配法對(duì)各個(gè)分系統(tǒng)的電氣故障平均修復(fù)時(shí)間進(jìn)行分配，這樣可以保證各個(gè)分系統(tǒng)的維修性水平較平均，不存在短板[5]。各分系統(tǒng)將根據(jù)各自分系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行維修性預(yù)計(jì)。將艦船電子設(shè)備的分系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的劃分，獲得各分系統(tǒng)的外場(chǎng)可更換單元，對(duì)各個(gè)LRU進(jìn)行維修性預(yù)計(jì)。進(jìn)而獲得各分系統(tǒng)的維修性指標(biāo)預(yù)計(jì)值，對(duì)艦船電子設(shè)備的維修性能力獲得一個(gè)基本評(píng)估，繼而開展后續(xù)通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行的維修性評(píng)估工作。

2維修性驗(yàn)證程序

摘要:當(dāng)前的艦船視頻處理系統(tǒng)通過(guò)對(duì)視頻采用直接編解碼的方式來(lái)保證視頻質(zhì)量，應(yīng)用于高清大尺寸視頻處理時(shí)，存在效率低、傳輸丟包率高的缺陷。為優(yōu)化上述缺陷，將研究設(shè)計(jì)數(shù)字媒體技術(shù)的艦船視頻處理系統(tǒng)。選用2片DSP和FPGA結(jié)合的方式，搭建處理系統(tǒng)硬件架構(gòu)。對(duì)艦船視頻圖像預(yù)處理，確定視頻處理邊界。依據(jù)HEVC編碼標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)艦船視頻進(jìn)行壓縮編碼，降低系統(tǒng)存儲(chǔ)傳輸壓力，完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)丟包率低于2.4%，壓縮比大于100∶1，視頻處理耗時(shí)短，性能明顯提升。

關(guān)鍵詞：數(shù)字媒體技術(shù)；艦船視頻；視頻處理；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；DSP；HEVC

艦船航行時(shí)搭載的各項(xiàng)設(shè)備會(huì)實(shí)時(shí)采集不同的視頻圖像，用以對(duì)艦船航行環(huán)境、搭載設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、遠(yuǎn)程信息交流等。由此，對(duì)艦船視頻處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性能也提出了更高的要求。當(dāng)前的視頻處理系統(tǒng)從視頻編碼角度處理視頻，雖然保證了視頻高清分辨率，但是無(wú)法滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理的要求[1]。在FPGA基礎(chǔ)上加入APU處理器能夠提升浮點(diǎn)操作造成的視頻失真，但是該系統(tǒng)對(duì)大量視頻同時(shí)處理時(shí)，效率低，存在較為明顯的缺陷[2]。根據(jù)上述分析內(nèi)容，借助數(shù)字媒體技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了基于數(shù)字媒體技術(shù)的艦船視頻處理系統(tǒng)，以提高艦船視頻處理的效率、降低處理視頻時(shí)對(duì)視頻質(zhì)量的損壞程度，確保艦船視頻的正確傳輸與存儲(chǔ)。

1硬件部分設(shè)計(jì)

以DSP和FPGA為核心進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，圖1為系統(tǒng)的整體框架。DSP處理器選用TMS320C6416芯片，該芯片的編解碼率為1080fps和多個(gè)接口，能夠以較低比特率處理視頻圖像。FPGA選用功耗低、I/O接口數(shù)量大的XC7K325T芯片[3]。DSP1的VP接口用以導(dǎo)入艦船視頻，由FPGA對(duì)視頻進(jìn)行編解碼處理。編解碼后的視頻數(shù)據(jù)通過(guò)VP接口傳輸至DSP2中進(jìn)行壓縮處理。DSP2將壓縮的視頻通過(guò)SATA接口傳輸至存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)。各模塊之間通過(guò)RS232接口通信，DSP處理器通過(guò)VPX總線與存儲(chǔ)器進(jìn)行通信。

2軟件部分設(shè)計(jì)

【摘要】通信技術(shù)作為公務(wù)艦船在海上實(shí)施安全生產(chǎn)、管理、搶險(xiǎn)救助的重要手段，通信設(shè)備的配備和使用是公務(wù)船舶海上工作的重要保障。本文通過(guò)對(duì)公務(wù)艦船通信技術(shù)分析，以加強(qiáng)公務(wù)艦船通信設(shè)備建設(shè)研究，展望未來(lái)公務(wù)艦船通信建設(shè)的飛躍發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】公務(wù)艦船；通信技術(shù)：發(fā)展現(xiàn)狀

1引言

隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展，特別是近年來(lái)現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)在海洋船舶的推廣和應(yīng)用，使我國(guó)公務(wù)船舶通信設(shè)備整體水平得到迅速提高。無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)超越了有線固定通信網(wǎng)，不僅能同時(shí)傳送語(yǔ)音及數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)和國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)（Internet）的互聯(lián)，其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)發(fā)展到第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G），能夠提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，傳輸更穩(wěn)定。進(jìn)一步研究通信技術(shù)、通信設(shè)備問(wèn)題，制訂具有一定先進(jìn)性的通信設(shè)備配備，規(guī)范配備要求，提升通信水平，使公務(wù)船舶通信能力真正適應(yīng)日益繁重的海上管理工作需要，適應(yīng)海難救助、搶險(xiǎn)指揮的緊急通信要求，適應(yīng)現(xiàn)代海洋事業(yè)發(fā)展的需求。全面提高公務(wù)艦船通信設(shè)備的現(xiàn)狀，分析研究通信技術(shù)存在的問(wèn)題，以適應(yīng)海洋管理的新形勢(shì)、通信設(shè)備的新技術(shù)需要，使公務(wù)艦船通信具有語(yǔ)音、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸、視頻監(jiān)控及多媒體傳輸?shù)榷喾N功能的通信系統(tǒng)，進(jìn)一步加強(qiáng)和完善公務(wù)船舶通信系統(tǒng)建設(shè)與管理，有效提升我國(guó)海洋管理機(jī)構(gòu)的應(yīng)急指揮處理能力和綜合管理水平[1]。

2公務(wù)艦船通信技術(shù)

通過(guò)對(duì)我國(guó)公務(wù)艦船通信設(shè)備的現(xiàn)狀分析，了解公務(wù)艦船通信設(shè)備的情況，分析通信技術(shù)規(guī)范的必要性、可行性，本標(biāo)準(zhǔn)確定我國(guó)公務(wù)艦船通信技術(shù)要求。這些無(wú)線通信設(shè)備能提供中長(zhǎng)距離語(yǔ)音無(wú)線電通信、全覆蓋的衛(wèi)星電話通信、短距離的公共移動(dòng)通信，以及高速數(shù)據(jù)通信、自動(dòng)識(shí)別、應(yīng)急遇險(xiǎn)通信等功能，完全能滿足我國(guó)公務(wù)艦船的通信需求，并具有一定先進(jìn)性。

1信息安全

由于信息技術(shù)具有的各種優(yōu)勢(shì)，信息技術(shù)在各行各業(yè)不斷滲透和展開應(yīng)用，在各個(gè)行業(yè)扮演著越來(lái)越重要的角色。然而，在信息技術(shù)為各行業(yè)帶來(lái)各種便利的同時(shí)，也逐漸暴露出一些問(wèn)題。就拿2013年美國(guó)爆出的“棱鏡門”丑聞，驚動(dòng)了全世界?！袄忡R門”事件讓人以另一種眼光審視信息技術(shù)。在“棱鏡門”事件中，美國(guó)依靠其在信息技術(shù)領(lǐng)域的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，繞過(guò)各國(guó)的信息安全防護(hù)系統(tǒng)，對(duì)各國(guó)進(jìn)行電子監(jiān)聽和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?！袄忡R門”事件展示了信息技術(shù)所帶來(lái)的安全隱患，同時(shí)也體現(xiàn)了強(qiáng)大的信息安全產(chǎn)業(yè)對(duì)一個(gè)國(guó)家安全的重要意義。因此，面對(duì)信息技術(shù)這把雙刃劍，要在利用好它優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，做好安全防范措施。面對(duì)各類未知的信息安全隱患，只有建立良好的信息安全評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)處理體系，才能在一定程度上保障信息安全。信息評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)處理的實(shí)施，對(duì)于信息安全體系的建設(shè)和運(yùn)行非常關(guān)鍵。在信息安全體系建設(shè)運(yùn)行過(guò)程中，一般需要完成下列流程:

1)診斷和評(píng)估階段，要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初步的診斷，確定需要進(jìn)行信息安全評(píng)估的方面和信息安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法;

2)識(shí)別階段，識(shí)別系統(tǒng)存在的信息安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患;

3)分析和評(píng)價(jià)階段，對(duì)系統(tǒng)潛在的信息安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患，進(jìn)行具體分析和評(píng)價(jià);

4)生成處理方案階段，在分析和評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，確定風(fēng)險(xiǎn)處理的多種可選的控制策略和處理措施;

隨著船舶出海數(shù)量的增加，出?？诖敖煌〒矶氯找婕觿?，為了緩解出海通擁堵，需要對(duì)船舶交通流量和區(qū)域擁堵信息數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估和預(yù)測(cè)[1–2]，結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果進(jìn)行交通流量數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行交通調(diào)度和管制，并指導(dǎo)海洋交通等控制系統(tǒng)進(jìn)行智能交通調(diào)度，在一定程度上能緩解出?？诘拇敖煌〒矶?。研究艦船交通數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征分析方法，對(duì)艦船交通數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則性特征提取和挖掘，分析艦船交通數(shù)據(jù)內(nèi)部規(guī)律性特征，實(shí)現(xiàn)相關(guān)交通流量預(yù)測(cè)，從而提高區(qū)域的通行能力，受到人們的極大重視。

1交通網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及艦船交通數(shù)據(jù)采集

為了實(shí)現(xiàn)基于現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)學(xué)理論的艦船交通數(shù)據(jù)特征分析，需要首先構(gòu)造船舶交通水網(wǎng)阻抗模型，采用Small-World拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建交通水網(wǎng)分布式網(wǎng)格結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。N1,•••,NnL1,•••,LnPmin1,•••,Pminn在圖1所示的船舶交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型中，不同的區(qū)域之間的水域的船舶交通通行負(fù)載按照Small-World結(jié)構(gòu)拓?fù)洌俣ó?dāng)前交通水網(wǎng)區(qū)域及相鄰路口的船舶的數(shù)目為n，船舶通行過(guò)程中采集的流量序列為，它們的擁擠系數(shù)與負(fù)載性能分別為和，在區(qū)域阻抗模型下交通流調(diào)度問(wèn)題是線性規(guī)劃問(wèn)題一種。分析測(cè)量節(jié)點(diǎn)Ai運(yùn)往目標(biāo)Bj的區(qū)域行程時(shí)間，得到艦船交通數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的可靠度連接函數(shù)問(wèn)題數(shù)學(xué)表達(dá)如下：min(f)=m∑i=1n∑j=1CijXij，(1)m∑j=1Xij=ai,i=1,2•••m，m∑i=1Xij=bi,j=1,2•••n，Xij⩾0,i=1,2•••m,j=1,2•••n。(2)m∑i=1ai>n∑j=1bj可見(jiàn)，通過(guò)上述函數(shù)構(gòu)造，將艦船交通數(shù)據(jù)的特征分析問(wèn)題轉(zhuǎn)換為一個(gè)求區(qū)域阻抗的平衡問(wèn)題，當(dāng)區(qū)域自由走行時(shí)間，考慮區(qū)域行程時(shí)間相關(guān)性，進(jìn)行艦船交通數(shù)據(jù)特征提取和交通流調(diào)度，提高區(qū)域的負(fù)載能力。

2艦船交通數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征分析

2.1特征提取在根據(jù)區(qū)域和入海交叉口構(gòu)造交通網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采集的艦船交通數(shù)據(jù)有交通流量數(shù)據(jù)、行程時(shí)間、行駛船舶頻次，以此作為控制約束參量[3]，進(jìn)行艦船交通數(shù)據(jù)特征提取，本文提出一種基于現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)學(xué)理論的艦船交通數(shù)據(jù)特征分析方法，采用如圖2所示的一種簡(jiǎn)化的交通網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行艦船交通數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)自回歸分析。Xij(i=1,2•••,m;j=1,2,•••,n)根據(jù)圖2所示的簡(jiǎn)化的交通網(wǎng)絡(luò)模型，得到交通流量數(shù)據(jù)和行程時(shí)間的任一組變量的值，將區(qū)域的通行負(fù)載和交叉口看成一個(gè)基本單元，使其滿足約束條件：n∑j=1xij⩽ai，(i=1,2,•••m)，n∑i=1xij=bj，(j=1,2,•••n)，xij⩾0，(i=1,2,•••m;j=1,2,•••n)。(3)λn∑j=1m∑i=1CijXij在區(qū)域船舶自由走行時(shí)間滿足倍的概率條件下可靠，根據(jù)置信度條件，采用Sigma檢驗(yàn)準(zhǔn)則進(jìn)行交通通行暢通度的可靠性評(píng)價(jià)，根據(jù)概率計(jì)算理論[4]，當(dāng)艦船交通數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分布特征使目標(biāo)函數(shù)S=值最小，即區(qū)域的暢通度達(dá)到最優(yōu)，交通流達(dá)到平衡。2.2艦船交通數(shù)據(jù)現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)特征分析x(k)x(k)假設(shè)輸入艦船交通數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征分析模型中的流量比特序列為一組自適應(yīng)調(diào)頻序列，運(yùn)用兩階段法構(gòu)建Copula模型，y（k）為艦船交通數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)二階格型濾波和抽樣判決均衡處理后的輸出，對(duì)艦船交通數(shù)據(jù)在不低于奈奎斯特速率取樣，采用最小均方（LMS）算法得到艦船交通數(shù)據(jù)點(diǎn)落在中檢測(cè)準(zhǔn)確概率，由隨機(jī)梯度概率密度模型進(jìn)行艦船交通數(shù)據(jù)的干擾抵消，采用極大似然估計(jì)法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)特征提取。以交通通行的行程時(shí)間、行駛船舶頻次為約束自變量，采用自回歸分析模型進(jìn)行艦船交通數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征分析，構(gòu)造水網(wǎng)分布式可靠度的連接函數(shù)，根據(jù)路徑的行程時(shí)間可靠性評(píng)價(jià)，得到在相鄰的2個(gè)統(tǒng)計(jì)時(shí)間段t0和tj內(nèi)，區(qū)域和入海交叉口的負(fù)載量為L(zhǎng)t，則路徑自由行程下，下式成立：t0=L0−LtPmin0=Lj+LtPmint=tj，(4)在實(shí)際交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，采用現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)的置信度回歸分析模型，對(duì)Lt求解最優(yōu)解集，可得：Lt=L0Pminj−LjPmin0Pmin0+Pminj。(5)αRk=p(t0k<Tk<λt0k)Rkt0kλ在交通網(wǎng)絡(luò)的最小割集中，自由行程時(shí)間倍的概率為，為艦船交通數(shù)據(jù)測(cè)量節(jié)點(diǎn)k中通行的船舶頻次，為路徑k的交通網(wǎng)絡(luò)最小路集，為一常數(shù)，以行程時(shí)間可靠度為約束條件，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，由此實(shí)現(xiàn)艦船交通數(shù)據(jù)的特征分析。

3仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

摘要:當(dāng)前的數(shù)據(jù)集成采用將數(shù)據(jù)映射至同一中心庫(kù)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成，應(yīng)用于異構(gòu)環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)耦合較大、處理復(fù)雜性高的問(wèn)題。就上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于XML的艦船通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)優(yōu)化集成方法。對(duì)艦船通信網(wǎng)絡(luò)不同來(lái)源的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，依據(jù)基于模型驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)換原理進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)映射，從而建立監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)集成虛擬庫(kù)。消除虛擬庫(kù)中不同類型的元數(shù)據(jù)語(yǔ)義沖突后，利用決策樹算法實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)集成。仿真測(cè)試驗(yàn)證設(shè)計(jì)的集成方法處理時(shí)間明顯縮短，集成后數(shù)據(jù)的最低利用率可達(dá)88.6%，有效降低數(shù)據(jù)耦合度，提高了數(shù)據(jù)可用性。

關(guān)鍵詞：XML；艦船通信網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)；優(yōu)化集成；數(shù)據(jù)集成；決策樹

艦船通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)來(lái)源廣泛，并且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)各異，為提高監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的利用率，數(shù)據(jù)集成能夠避免數(shù)據(jù)冗余、簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)共享難度。當(dāng)前常見(jiàn)基于虛擬視圖的數(shù)據(jù)集成方法，對(duì)于多數(shù)據(jù)庫(kù)集成效果較好，但是應(yīng)用于艦船通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)這種異構(gòu)環(huán)境下時(shí)存在耦合度大、成本高和實(shí)施復(fù)雜等問(wèn)題[1]。XML能夠在描述數(shù)據(jù)內(nèi)容的同時(shí)，展示數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，具有良好的可擴(kuò)展性、傳輸簡(jiǎn)便性，是一種數(shù)據(jù)集成處理的良好技術(shù)。因此，為實(shí)現(xiàn)艦船通信網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的有效率利用，本文設(shè)計(jì)一種基于XML的艦船通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)優(yōu)化集成方法。

1基于XML的艦船通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)優(yōu)化集成設(shè)計(jì)

1.1建立監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)集成虛擬庫(kù)

為了提高數(shù)據(jù)集成的效率，需要建立虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)取監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)時(shí)可以以某種統(tǒng)一的方式完成。在建立艦船通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)虛擬庫(kù)前，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[2]?？紤]數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性和數(shù)據(jù)屬性，按照相同的空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同來(lái)源的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，并定位監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)來(lái)源。數(shù)據(jù)量綱標(biāo)準(zhǔn)化處理公式如下：(1)XXmaxXminX′式中：為某一數(shù)據(jù)來(lái)源的原始數(shù)據(jù)；和分別為該原始數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)的最大值和最小值；為量綱標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)化處理后，根據(jù)XML技術(shù)的要求，建立艦船通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)虛擬庫(kù)。使用元數(shù)據(jù)描述關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中各字符表對(duì)應(yīng)的字段信息，并使用XMLSchema文件映射元數(shù)據(jù)信息，存儲(chǔ)在虛擬庫(kù)本地。數(shù)據(jù)庫(kù)轉(zhuǎn)換構(gòu)架如圖1所示[3]。圖1數(shù)據(jù)庫(kù)映射轉(zhuǎn)換框數(shù)據(jù)庫(kù)映射轉(zhuǎn)換規(guī)則為：根據(jù)原始數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)表中字段的關(guān)系，轉(zhuǎn)換為虛擬庫(kù)中XML元素之間的嵌套關(guān)系，從而得到XML虛擬庫(kù)。對(duì)虛擬庫(kù)中的XML元素語(yǔ)義沖突進(jìn)行處理，并利用決策樹算法對(duì)消除沖突后的數(shù)據(jù)集成。