艦船范文10篇

摘要:在嵌入式環境下進行艦船電路系統設計，提高艦船控制電路的集成性，提出一種基于DSP技術的低能耗艦船嵌入式系統電路設計方法，采用ADSP21160處理器為核心控制芯片，進行艦船電路的AD模塊設計、控制單元設計、信號處理模塊設計和通信模塊設計，實現艦船的信息采集和數據處理及遠程通信功能，在ARM嵌入式系統中進行艦船電路的集成開發，降低電路的能耗，提高電路的集成性和可靠性。測試結果表明，采用該方法進行艦船電路設計，電路的功率放大能力較好，信號處理能力較強，具有很好的電路穩定性。

關鍵詞：嵌入式系統；艦船；電路設計；DSP

隨著集成電路控制技術的發展，在嵌入式系統環境下進行艦船集成電路設計，實現艦船環境信息采集、艦船目標信號處理和艦船集成控制與遠程通信等，艦船的電路系統是一個綜合性的集成電路系統，通過對艦船電路系統的低能耗設計，采用集成數字信號處理芯片進行艦船電路的控制系統設計，提高艦船電路系統的綜合開發能力，從而保障艦船的穩定可靠運行[1]。研究嵌入式系統的低能耗艦船電路設計方法，在提高艦船的本機振蕩性和功率增益方面具有重要意義，通過艦船綜合電路系統設計，實現艦船電路的集成控制優化，從而降低艦船的功耗開銷，相關的電路設計方法研究受到人們的極大重視。本文設計的嵌入式系統下的低能耗艦船電路系統主要包括AD模塊、控制單元、信號處理模塊和遠程通信模塊，結合嵌入式設計方案，實現艦船電路的嵌入式集成設計，并進行電路測試仿真，得出有效性結論。

1電路設計總體構架及指標分析

本文設計的低能耗嵌入式艦船電路系統主要實現對艦船聲吶信號采集和多功能通信系統中，采用低能耗的嵌入式設計方案，采用DSP作為集成數字信息處理中樞，以ADSP21160處理器為核心控制芯片，采用三星公司的K9F1208UOB作為NANDFLASH進行信號濾波檢測和數據緩存處理，采用多傳感器信號處理和跟蹤融合方法進行數據采集和包絡檢波處理，并與上位機通信，通過A/D轉換器對采樣的艦船信號和采樣數據進行數字濾波和動態增益控制。在程序加載模塊進行動態增益碼加載控制，并通過DSP接收PCI總線的增益控制碼，通過AD電路實現模擬信號預處理和信號頻譜分析，采用8086及80286單片機作為計算機控制的CPU，進行艦船電路系統的總線控制[2]，本文設計的艦船電路系統主要可以實現對艦船回波信號的高頻放大、混頻處理、本機振蕩、中頻放大、低頻功放、鑒頻以及正交解調處理，得到本文設計的低能耗嵌入式艦船電路系統的功能模塊組成如圖1所示。C1=C2=CR1=R2=R根據圖1所示的艦船電路系統的功能模塊組成，進行系統的總體設計，本文設計的艦船電路主要包括AD模塊設計、控制單元設計、信號處理模塊設計和通信模塊設計。通信模塊實現對艦船的遠程通信傳輸控制功能；艦船電路的信號接收機采用三級接收放大設計，根據系統設計需求，選擇第一級放大電路的隔直流電容：,電阻，使用256Mbyte的DDR內存作為緩存器，嵌入式艦船電路系統的濾波模塊設計中，搭建一個二階有源低通濾波器進行隔直流放大和噪聲濾波，根據上述總體設計構架分析，得到本文設計的嵌入式系統的低能耗艦船電路的總體結構構成如圖2所示。

2電路模塊化設計與實現

基本特點

通過對意大利、荷蘭、挪威、英國和美國等國家生命力評估系統開發現狀［4-5］的分析，發現其生命力評估系統的開發具有以下基本特點：1）重點側重于易損性的評估，兼顧易感性和修復性的評估；2）評估系統的開發并非一蹴而就，而是經過多年不斷完善才逐步完成；3）針對不同的設計階段使用統一的評估模型，保證各個階段評估結果的一致性；4）都是交互式計算平臺，用戶可以自定義艦船和威脅武器的相關屬性；5）大多數國家對修復性（人員主動損管能力）的評估研究較少，而英國和美國的生命力評估系統已開始對人員的主動損管能力進行仿真。另外，英國海軍和美國海軍在進行計算機仿真評估的同時還非常重視試驗驗證。試驗主要包括兩類：一類是大尺度（全船）的試驗驗證，主要是對結構和功能損傷的仿真進行驗證；另一類是小尺度的試驗驗證，主要是對關鍵的機理損傷仿真算法和二次損傷仿真算法進行驗證。圖1是英國海軍以“海鷹”導彈對“德文郡”（Devonshire）號驅逐艦的實船攻擊試驗驗證。

評估系統的主要功能

通過對國外生命力評估系統的綜合分析，發現其具備的主要功能包括：1）易感性評估。主要體現在：根據武器制導特性和艦艇信號特征，在三維空間方向上對炸點的可能分布進行較為精確的描述。2）可視化評估，包括船體和設備的可視化、災害環境的可視化以及評估結果的可視化等。3）損傷機理和損傷模式仿真，包括彈體侵徹效應、破片損傷效應、沖擊損傷效應、爆破超壓損傷效應、氣泡毀傷效應、火災毀傷效應以及進水毀傷效應等。4）系列生命力指標評估，包括不沉性指標、船體強度指標、機動性指標、作戰任務剖面的完成能力以及人員生命力（人員疏散能力）等。5）對艦員的修復性、主動損管能力進行評估。6）對評估所需的初始條件進行自定義/再開發，包括攻擊武器屬性的自定義、船體和設備基本布置、配置和性能參數的自定義、損傷閾值的自定義、系統功能邏輯的自定義以及損傷仿真模型的再開發等。

評估系統的模塊化設計

意大利海軍的艦艇生命力評估系統也是目前國際上開發較為成功的一個交互式易損性評估軟件，主要包含4大模塊：船體模塊（對船體外形、艙室布置進行定義）、系統模塊（對系統的功能邏輯進行定義）、損傷模塊（模擬武器損傷和災害蔓延機理）和分析模塊（分析功能損傷概率）。例如，國外某護衛艦上易損性評估建模屬性包括船體板2188個、艙室724個、系統151個以及重要設備515個。評估的易損性指標包括機動能力完全喪失概率、沉沒概率、對空作戰任務（AAW）在各損傷等級下的概率、對海作戰任務（ASuW）在各損傷等級下的概率以及反潛作戰任務（ASW）在各損傷等級下的概率等。

摘要:為避免大規模信息入侵行為的出現，提出基于機器學習的艦船信息系統入侵檢測技術。基于機器學習原理分析艦船信息系統的具體組成形式，根據入侵數據挖掘標準計算信息相似度指標與檢測修正系數，實現艦船信息系統入侵檢測算法的設計與應用。實例分析結果表明，若同時存在多種丟棄模式，則機器學習算法作用下的艦船信息系統數據會話延遲時間始終略低于理想時長，能夠較好抑制大規模信息入侵行為的出現。

關鍵詞：機器學習；信息系統；入侵檢測；數據挖掘；信息相似度；修正系數

作為人工智能科學的分支發展方向，機器學習算法的主要研究目標依然是人工智能對象，但在經驗學習的過程中，該算法則更注重對計算機元件應用性能的提升[1]。就過往經驗來看，機器學習通過改進原有計算機算法的方式，對數據信息應用能力進行分析，對于信息通信等管理研究領域而言，機器學習算法已經成為優化計算機程序性能的關鍵執行手段之一。由于艦船信息系統存在一定的局限性與資源脆弱性，使得網絡內的存儲數據、通信資源等文件易因惡意入侵行為的影響而遭到嚴重破壞，并最終呈現出泄露或失效的表現狀態，從而造成巨大的經濟損失。在這樣的形勢之下，保護艦船信息系統免受各類入侵行為攻擊顯得極為必要。近年來，隨著船體行進路線的不斷復雜化，艦船信息系統中的數據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，數據信息之間建立會話關系所需的延遲時間，更是會直接影響信息入侵行為的表現強度。面對上述問題，針對基于機器學習的艦船信息系統入侵檢測技術展開研究。

1基于機器學習的艦船信息系統組成分析

艦船信息系統的搭建沿用傳統的Spark框架結構，采用Scala語言構建通信數據之間的傳輸關系，由于信息參量所執行的操作指令不同，所以整個系統內部同時存在多種不同的數據集負載方式[2]。圖1反映了完整的艦船信息系統組成結構。Spark框架體系是艦船信息系統中唯一具備數據結構化處理能力的工具，可根據信息準入量水平，安排后續的文件傳輸方向，并可在確保數據會話關系穩定的情況下，判斷數據庫主機當前所處的信息丟棄模式。ksxssxkk設和表示2個不同的艦船信息準入系數，表示條件下的文件傳輸量，表示條件下的文件傳輸量，聯立上述物理量，可將艦船信息系統中的數據會話關系定義條件表示為：(1)其中，q表示當前情況下的艦船信息共享系數，∆P表示艦船信息的單位傳輸量。在機器學習算法作用下，數據會話關系定義條件能夠直接影響艦船信息系統所具備的抵御信息入侵行為的能力。

2艦船信息系統的入侵檢測算法

1水面艦船建筑造型設計約束

水面艦船作為海上兵力投送單元，其建筑造型不僅關系著武器、傳感器、艦面舾裝設施等艦載設備性能的發揮，而且對靜力性能、隱身性、兼容性、安全性等艦船綜合性能產生直接影響。水面艦船建筑造型設計需綜合考慮艦船的作戰功能需求、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、傳感器及舾裝設施配置及布置要求；2）艦載航空設施的安全作業要求；3）隱身性、兼容性、物理場及電磁環境安全性要求；4）艦船重量重心的承受能力要求；5）艦船結構設計及建造工藝可行性要求；6）外觀整體的協調性及美觀性要求。在開展水面艦船建筑造型設計時，應根據艦船的使命任務、作戰環境、技術水平等因素統籌考慮上述設計約束，使艦船造型鮮明、威武，具有時代感及美觀性［4］。

2二戰后水面艦船建筑造型主要發展階段

二戰后，隨著艦載導彈武器系統的問世和雷達技術的發展，水面艦船造型設計的出發點由戰前圍繞各種口徑的艦炮設計逐漸過渡到圍繞導彈武器系統和各類傳感器設計。按照技術發展階段，以上世紀60~70年代、上世紀90年代以來和面向2025年作戰需求的水面艦船造型設計最為典型。

2.1上世紀60~70年代此階段正處于前蘇聯與美國冷戰時期，該時期水面艦艇以美國的“斯普魯恩斯”級（DD963級）驅逐艦、俄羅斯的“勇敢”級驅逐艦、日本的“白根”級驅逐艦等為代表。“斯普魯恩斯”級驅逐艦研制起始于上世紀60年代，首艦于1975年服役，主要使命任務為執行遠洋編隊區域反潛為主的護航任務。主要使命任務決定了DD963級驅逐艦必須具有很強的反潛作戰能力，因此該級驅逐艦裝備了大量的反潛武器系統，包括“海鷹”艦載直升機、“阿斯洛克”反潛導彈及管裝魚雷；為兼顧反艦和近程防空作戰，裝備了“魚叉”反艦導彈和“海麻雀”防空導彈；為執行對岸火力支援任務，裝備了2座127mm艦炮［5］。由于當時美國的導彈垂直發射裝置尚處于研發階段，這個時期的導彈發射裝置為斜架式發射裝置。主要雷達天線為扇狀或球狀。為安裝警戒和火控雷達天線，DD963級驅逐艦設置了前、后桁架結構桅桿，桅桿結構主體部分的高度差保證了各自搭載雷達天線的視界需要；設計師將艦橋、前桅桿及首部煙囪融為一體，將尾部煙囪與直升機庫進行集成設計，充分利用了上層建筑寶貴空間；將首部艦炮、反潛、反艦、防空導彈發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射裝置的射界。研究表明，艦載直升機的安全使用受艦船運動、上層建筑引起的氣流場變化、煙流、風速風向及艦面效應等影響［6-7］。由于DD963級驅逐艦起降平臺的布置受武器系統布置限制，該級艦對上述影響因素進行了綜合考慮，將直升機起降平臺布置于艦船運動及艦面效應影響相對較小但更易受煙流影響的尾部02甲板，同時為減小煙流的影響，將煙囪升高。DD963級驅逐艦上層建筑外壁為垂直結構，有利于增加上層建筑艙容，對當時集成度不高的雷達和武器系統來說是有益的。通過對雷達天線、武器系統、主機進排氣、航空設施、通信導航設施等使用需求綜合權衡，形成了DD963級驅逐艦的最終造型。同樣，前蘇聯及日本等國此階段水面艦船的造型也受其作戰需求與技術基礎的制約和影響。對上述國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，一般設前、后桅桿及前、后煙囪，艦型威武。2）前、后導彈發射裝置以及前、后主炮發射裝置沿中線面依次或呈梯次布置。3）各種雷達天線根據使用需求集中布置在前、后桅桿和上層建筑露天部位。4）前、后桅桿采用桁架結構形式，上層建筑外壁為垂直結構。對于上世紀60～70年代服役的驅逐艦而言，其建筑造型能夠較好地滿足當時的作戰使用需求；另一方面，各國海軍在上世紀60～70年代對反艦導彈的威脅還未予以充分重視，以及受當時導彈、電子工業發展水平限制，艦船造型一般不具有雷達波隱身能力。

2.2上世紀90年代以來在上世紀80年代中后期，隨著反艦導彈的發展及“飽和攻擊”作戰概念的提出［8］，在驅逐艦作戰使用中提出了“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探測和打擊能力，也要求艦艇最大限度地降低自身的目標特性。另一方面，隨著科技的發展，如相控陣雷達技術、導彈垂直發射技術逐漸成熟，以及設計理念的變化，如提高艦載設備的多功能性、降低裝艦設備數量等，為艦艇開展隱身性設計提供了必要的條件。本階段以美國的“阿利伯克”級（DDG51級）驅逐艦、日本的“金剛”級和“愛宕”級驅逐艦、韓國的KDX-III級驅逐艦、英國45型驅逐艦以及意法聯合研制的FREMM艦為代表。DDG51級驅逐艦研制起始于上世紀70年代，美國政府在1985年批準了DDG51級驅逐艦的研制，首艦于1991年服役。作為一型多用途驅逐艦，其主要使命任務為執行遠洋編隊區域防空任務。DDG51級驅逐艦在設計中經歷了多次修改，共產生了3個批型，分別為I/II批型和IIA批型［9］。DDG51級驅逐艦圍繞區域防空作戰的主要裝備SPY-1相控陣雷達和MK41導彈垂直發射系統（VLS）開展設計，保證了主要使命任務的實現。隨著電子技術的發展及可靠性的提高，為控制費效比，相對于CG47級巡洋艦，DDG51級驅逐艦的傳感器系統更為簡潔。如將相控陣雷達的發射機由2部減為1部，減少了冗余但沒有降低設備性能；將“標準-2”導彈的目標照射雷達（SPG-62）由4部減為3部；取消了遠程3坐標預警雷達［10］。如此一來，DDG51級驅逐艦僅設置1座桅桿即可滿足有架高要求的天線布置；該級艦將相控陣雷達天線集中布置在艦首上層建筑45°切角方向，且為保證相控陣雷達尾向陣面的視界，艦尾部上層建筑造型低矮；3部SPG-62雷達天線呈梯次布置在首上層建筑、后煙囪平臺中線面位置。全艦主要傳感器的視界良好，且布置更為緊湊。上世紀80年代導彈垂直發射系統技術開始實用，美國MK41垂直發射系統更能兼容發射防空、反艦及對陸攻擊等多型導彈［11］。由于導彈垂直發射裝置可布置于主甲板以下且具有更好的射界，DDG51級驅逐艦的設計變得更為靈活。經對該艦“抗飽和攻擊”能力及兼顧反潛、對海及對陸作戰需要進行統籌［12］，全艦共配置96單元的導彈發射井；出于對該艦水密分艙及生命力的考慮，全艦共設置兩個導彈庫，分別布置在艦首、尾部01甲板以下中線面位置。DDG51級驅逐艦配置了2座“密集陣”近程武器系統（CIWS），分別布置在艦首、尾部上層建筑中線面較高位置，首、尾部發射裝置均具有良好的射界，且能夠實現火力共同覆蓋功能，有效增強了該級艦的近程防御能力。隱身性方面，國外研究表明，為降低船體雷達波散射截面積（RCS），艦船和上層建筑的造型應避免形成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內傾并避免夾角邊緣的形成；船體外表面應光滑［13］。從DDG51級驅逐艦外形可以看出，該艦水線以上部位、上層建筑外壁采用大平面設計，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。經過對攻防能力、隱身性、生命力、經濟性等綜合平衡，DDG51級驅逐艦全艦以桅桿頂部為制高點，外形包絡清晰，視覺中心突出；該級艦除桅桿和煙囪外，上層建筑整體造型低矮，有利于全艦重量重心的控制。DDG51級驅逐艦外形簡潔又不失威武，已成為驅逐艦整體造型的經典，并被日本、韓國、澳大利亞等國艦船模仿。與美、日、韓大型水面艦船滿載排水量動輒達10000t不同，歐洲各國由于其海軍戰術定位要求相對較低，艦船主戰裝備以歐洲自主研發的相控陣雷達、導彈垂直發射裝置為主，艦滿載排水量約6000~7000t，艦尺度相對較小；在艦船造型設計上與美、日、韓等國大型水面艦船造型區別明顯，往往更強調艦船主戰裝備的適裝性及為應對反艦導彈的威脅而重視艦船的雷達波隱身能力。例如，英國海軍45型驅逐艦（圖3）的主要使命任務是艦隊的區域防空作戰，因此，該艦的設計緊緊圍繞著PAAMS（主防空導彈系統）開展，“PAAMS的角色決定了45型艦的規模和造型，該艦設計時考慮了良好的穩性和耐波性，艦體設計滿足Sampson雷達和PAAMS導彈發射裝置的需求”，“外形設計充分考慮了雷達波隱身的需要，……”［14］。作為上世紀90年代及本世紀初服役的水面艦船，一方面為提高應對反艦導彈威脅能力而對艦船雷達波隱身性提出了較高的要求，另一方面，裝備導彈垂直發射系統和多功能相控陣雷達、裝備的集成化設計、采用大平面的隱身外形設計等措施的綜合應用為提高艦的雷達波隱身水平創造了良好條件。

摘要：艦船電子設備在作戰中具有重要的作用，對艦船電子設備的維修性設計進行分析，及時將維修性設計和驗證相結合，提高艦船電子設備的維修性水平。對艦船電子設備的維修性設計進行分析和闡述，之后提出一套維修性驗證程序。為艦船電子設備的維修性驗證提供了新的思路。

關鍵詞：維修性設計；維修性驗證；艦船電子設備

維修性作為裝備的通用質量特性，能夠對裝備是否方便、快速、經濟地完成維修工作進行清晰地表征，通常與可靠性、測試性、保障性一起進行分析，因此可以從維修性方向對設備進行約束，避免維修性成為限制設備性能提升的因素。近年來，隨著科學技術的發展，武器裝備的性能得到提升，技術復雜性也越來越高，對故障診斷、故障排查、維修工作都提出了更高、更新、更嚴的要求。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、使用方共同關注的問題[1]。電子設備在多種大型復雜系統中都發揮著關鍵作用，尤其在船舶中占據了較大比例，船舶上的大型武器裝備如雷達、控制臺等都是由艦船電子設備構成的。因此，在復雜戰場環境下，使艦船電子設備具備良好的維修性，對整個作戰預警系統都極為重要。同時還能夠較好地利用維修保障資源，降低整個壽命周期的維修保障成本，從而提高設備整體的綜合保障能力。因此，如何對艦船電子設備的維修性工作進行評估，從而提高整個艦船電子設備的維修性水平，已成為艦船電子設備研制方和使用方共同面臨的問題。針對上述情況，本文從使用者的角度出發，提出了一種綜合驗證艦船電子設備維修性的方法[2]。

1維修性設計

在艦船電子設備的早期論證階段和工程研制階段，對維修性的評估工作主要基于維修性設計和維修性預計。通過維修性設計和預計工作，可對雷達裝備的維修性能力進行一個初步的評估。1.1維修性設計艦船電子設備在系統的總體設計、硬件設計、軟件設計中需同步進行維修性設計工作，確保系統易檢測、易診斷、易修理，縮短維修時間，提高系統的維修性和可用度。維修性設計的主要內容有：1）應對艦船電子設備的各個模塊進行合理結構布局，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行維修，對這類部件，在安排結構布局時，應將它們布置在人工容易達到的位置，并保留足夠的維修操作空間，留存適當的可視空間，使維修人員能夠方便操作。以不影響或者少影響其余未發生故障的可更換單元為目標，確保每個部件的檢查和測試點都布置在合適的位置。對于不具備自檢的可更換單元，還需將人工檢測口布置在該可更換單元的附近。2）應對艦船電子設備采取模塊化、互換性和標準化設計。艦船電子設備采用模塊化設計，做到外場維修以更換航線可更換單元（LineReplaceableUnit，LRU）方式進行，內場維修以更換車間可更換單元（ShopReplaceableUnit，SRU）進行維修，廠級維修更換SRU和元器件；設計的模塊可以不受其余模塊的影響，進行調試和生產，更換時直接固定，無需調整；提高標準化、互換性程度；為了提高產品的維修效率，通過簡化工作流程，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；要求艦船電子設備中數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，并準備好備件進行更換；優選標準化產品；產品需做某些更改或改進時，要盡量做到新老產品之間能夠互換使用[3]。3）防插錯措施也應應用于艦船電子設備的維修性設計中。人工操作時，無法保證百分之百的投入與準確性，因此可以在設計中采取一些措施降低人為犯錯的概率，降低其嚴重性，并能立即發覺和糾正；產品的內部印制板與插槽上應印有隸屬號以防插錯，對外連接的插座應分別有大、小、針、孔等防插錯措施；對設備進行標記時，需選擇合適的位置，并選用合適清晰的字體和標識；對產品進行銘牌設計時，標出型號、制造單位、批號、編號和出廠時間等；本產品中所有的標志都按規范制作，大小、位置適當，鮮明醒目。所使用的銘牌和標志需具備良好的可靠性，保證在設備壽命周期內長期有效。銘牌示例如圖1所示。此外，還應建立設備的維修時間模型。艦船電子設備常常采用串聯作業模型，拆裝流程圖如圖2所示。在以上維修性設計的基礎上，還應注意維修的安全性。維修安全性是指避免維修人員傷亡或產品損壞的一種設計特性。應注意：防機械損傷，防電擊，防高溫，防火、防爆、防化學毒害、侵蝕等，防核事故[4]。1.2維修性預計為了驗證維修性設計是否有效，雷達裝備需要規定一些定量指標。在艦船電子設備的設計階段，一般會對艦船電子設備的電氣故障平均修復時間進行規定。在具體的設計過程中，可以對電氣故障平均修復時間進行預計，該平均修復時間可以綜合體現整個設備的維修性設計水平。因此，可通過對電氣故障平均修復時間進行評估，來了解該艦船電子設備的維修性設計情況。根據艦船電子設備的研制總要求，會對艦船電子設備整機系統的電氣故障平均修復時間的規定值進行要求，在整機指標的基礎上，在艦船電子設備的研制階段，將對各個分系統進行維修性分配和預計，常常采用等分配法對各個分系統的電氣故障平均修復時間進行分配，這樣可以保證各個分系統的維修性水平較平均，不存在短板[5]。各分系統將根據各自分系統的特點進行維修性預計。將艦船電子設備的分系統進行進一步的劃分，獲得各分系統的外場可更換單元，對各個LRU進行維修性預計。進而獲得各分系統的維修性指標預計值，對艦船電子設備的維修性能力獲得一個基本評估，繼而開展后續通過試驗進行的維修性評估工作。

2維修性驗證程序

摘要:當前的艦船視頻處理系統通過對視頻采用直接編解碼的方式來保證視頻質量，應用于高清大尺寸視頻處理時，存在效率低、傳輸丟包率高的缺陷。為優化上述缺陷，將研究設計數字媒體技術的艦船視頻處理系統。選用2片DSP和FPGA結合的方式，搭建處理系統硬件架構。對艦船視頻圖像預處理，確定視頻處理邊界。依據HEVC編碼標準，對艦船視頻進行壓縮編碼，降低系統存儲傳輸壓力，完成系統設計。系統測試結果表明，設計的系統丟包率低于2.4%，壓縮比大于100∶1，視頻處理耗時短，性能明顯提升。

關鍵詞：數字媒體技術；艦船視頻；視頻處理；系統設計；DSP；HEVC

艦船航行時搭載的各項設備會實時采集不同的視頻圖像，用以對艦船航行環境、搭載設備運行監控、遠程信息交流等。由此，對艦船視頻處理系統的設計性能也提出了更高的要求。當前的視頻處理系統從視頻編碼角度處理視頻，雖然保證了視頻高清分辨率，但是無法滿足系統實時處理的要求[1]。在FPGA基礎上加入APU處理器能夠提升浮點操作造成的視頻失真，但是該系統對大量視頻同時處理時，效率低，存在較為明顯的缺陷[2]。根據上述分析內容，借助數字媒體技術的優勢，設計了基于數字媒體技術的艦船視頻處理系統，以提高艦船視頻處理的效率、降低處理視頻時對視頻質量的損壞程度，確保艦船視頻的正確傳輸與存儲。

1硬件部分設計

以DSP和FPGA為核心進行硬件設計，圖1為系統的整體框架。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接口數量大的XC7K325T芯片[3]。DSP1的VP接口用以導入艦船視頻，由FPGA對視頻進行編解碼處理。編解碼后的視頻數據通過VP接口傳輸至DSP2中進行壓縮處理。DSP2將壓縮的視頻通過SATA接口傳輸至存儲模塊進行存儲。各模塊之間通過RS232接口通信，DSP處理器通過VPX總線與存儲器進行通信。

2軟件部分設計

【摘要】通信技術作為公務艦船在海上實施安全生產、管理、搶險救助的重要手段，通信設備的配備和使用是公務船舶海上工作的重要保障。本文通過對公務艦船通信技術分析，以加強公務艦船通信設備建設研究，展望未來公務艦船通信建設的飛躍發展。

【關鍵詞】公務艦船；通信技術：發展現狀

1引言

隨著現代通信技術的快速發展，特別是近年來現代移動通信技術、衛星導航定位技術在海洋船舶的推廣和應用，使我國公務船舶通信設備整體水平得到迅速提高。無線移動通信網的發展已經超越了有線固定通信網，不僅能同時傳送語音及數據信息，實現和國際互聯網（Internet）的互聯，其技術標準已經發展到第五代移動通信技術（5G），能夠提供高速數據業務，傳輸更穩定。進一步研究通信技術、通信設備問題，制訂具有一定先進性的通信設備配備，規范配備要求，提升通信水平，使公務船舶通信能力真正適應日益繁重的海上管理工作需要，適應海難救助、搶險指揮的緊急通信要求，適應現代海洋事業發展的需求。全面提高公務艦船通信設備的現狀，分析研究通信技術存在的問題，以適應海洋管理的新形勢、通信設備的新技術需要，使公務艦船通信具有語音、網絡、數據傳輸、視頻監控及多媒體傳輸等多種功能的通信系統，進一步加強和完善公務船舶通信系統建設與管理，有效提升我國海洋管理機構的應急指揮處理能力和綜合管理水平[1]。

2公務艦船通信技術

通過對我國公務艦船通信設備的現狀分析，了解公務艦船通信設備的情況，分析通信技術規范的必要性、可行性，本標準確定我國公務艦船通信技術要求。這些無線通信設備能提供中長距離語音無線電通信、全覆蓋的衛星電話通信、短距離的公共移動通信，以及高速數據通信、自動識別、應急遇險通信等功能，完全能滿足我國公務艦船的通信需求，并具有一定先進性。

1信息安全

由于信息技術具有的各種優勢，信息技術在各行各業不斷滲透和展開應用，在各個行業扮演著越來越重要的角色。然而，在信息技術為各行業帶來各種便利的同時，也逐漸暴露出一些問題。就拿2013年美國爆出的“棱鏡門”丑聞，驚動了全世界。“棱鏡門”事件讓人以另一種眼光審視信息技術。在“棱鏡門”事件中，美國依靠其在信息技術領域的強大優勢，繞過各國的信息安全防護系統，對各國進行電子監聽和網絡監控。“棱鏡門”事件展示了信息技術所帶來的安全隱患，同時也體現了強大的信息安全產業對一個國家安全的重要意義。因此，面對信息技術這把雙刃劍，要在利用好它優勢的基礎上，做好安全防范措施。面對各類未知的信息安全隱患，只有建立良好的信息安全評估與風險處理體系，才能在一定程度上保障信息安全。信息評估和風險處理的實施，對于信息安全體系的建設和運行非常關鍵。在信息安全體系建設運行過程中，一般需要完成下列流程:

1)診斷和評估階段，要對系統進行初步的診斷，確定需要進行信息安全評估的方面和信息安全風險評估的方法;

2)識別階段，識別系統存在的信息安全風險和隱患;

3)分析和評價階段，對系統潛在的信息安全風險和隱患，進行具體分析和評價;

4)生成處理方案階段，在分析和評價的基礎上，確定風險處理的多種可選的控制策略和處理措施;

隨著船舶出海數量的增加，出海口船舶交通擁堵日益加劇，為了緩解出海通擁堵，需要對船舶交通流量和區域擁堵信息數據進行準確評估和預測[1–2]，結合統計分析結果進行交通流量數據的在線監測，根據監測結果進行交通調度和管制，并指導海洋交通等控制系統進行智能交通調度，在一定程度上能緩解出海口的船舶交通擁堵。研究艦船交通數據的統計特征分析方法，對艦船交通數據進行關聯規則性特征提取和挖掘，分析艦船交通數據內部規律性特征，實現相關交通流量預測，從而提高區域的通行能力，受到人們的極大重視。

1交通網絡體系結構及艦船交通數據采集

為了實現基于現代統計學理論的艦船交通數據特征分析，需要首先構造船舶交通水網阻抗模型，采用Small-World拓撲結構構建交通水網分布式網格結構模型如圖1所示。N1,•••,NnL1,•••,LnPmin1,•••,Pminn在圖1所示的船舶交通網絡拓撲結構模型中，不同的區域之間的水域的船舶交通通行負載按照Small-World結構拓撲，假定當前交通水網區域及相鄰路口的船舶的數目為n，船舶通行過程中采集的流量序列為，它們的擁擠系數與負載性能分別為和，在區域阻抗模型下交通流調度問題是線性規劃問題一種。分析測量節點Ai運往目標Bj的區域行程時間，得到艦船交通數據統計分析的可靠度連接函數問題數學表達如下：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，通過上述函數構造，將艦船交通數據的特征分析問題轉換為一個求區域阻抗的平衡問題，當區域自由走行時間，考慮區域行程時間相關性，進行艦船交通數據特征提取和交通流調度，提高區域的負載能力。

2艦船交通數據的統計特征分析

2.1特征提取在根據區域和入海交叉口構造交通網絡體系結構的基礎上，采集的艦船交通數據有交通流量數據、行程時間、行駛船舶頻次，以此作為控制約束參量[3]，進行艦船交通數據特征提取，本文提出一種基于現代統計學理論的艦船交通數據特征分析方法，采用如圖2所示的一種簡化的交通網絡模型進行艦船交通數據的統計自回歸分析。Xij(i=1,2•••,m;j=1,2,•••,n)根據圖2所示的簡化的交通網絡模型，得到交通流量數據和行程時間的任一組變量的值，將區域的通行負載和交叉口看成一個基本單元，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在區域船舶自由走行時間滿足倍的概率條件下可靠，根據置信度條件，采用Sigma檢驗準則進行交通通行暢通度的可靠性評價，根據概率計算理論[4]，當艦船交通數據的關聯分布特征使目標函數S=值最小，即區域的暢通度達到最優，交通流達到平衡。2.2艦船交通數據現代統計特征分析x(k)x(k)假設輸入艦船交通數據統計特征分析模型中的流量比特序列為一組自適應調頻序列，運用兩階段法構建Copula模型，y（k）為艦船交通數據信號經過二階格型濾波和抽樣判決均衡處理后的輸出，對艦船交通數據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據點落在中檢測準確概率，由隨機梯度概率密度模型進行艦船交通數據的干擾抵消，采用極大似然估計法進行統計特征提取。以交通通行的行程時間、行駛船舶頻次為約束自變量，采用自回歸分析模型進行艦船交通數據的統計特征分析，構造水網分布式可靠度的連接函數，根據路徑的行程時間可靠性評價，得到在相鄰的2個統計時間段t0和tj內，區域和入海交叉口的負載量為Lt，則路徑自由行程下，下式成立：t0=L0−LtPmin0=Lj+LtPmint=tj，(4)在實際交通網絡拓撲，采用現代統計的置信度回歸分析模型，對Lt求解最優解集，可得：Lt=L0Pminj−LjPmin0Pmin0+Pminj。(5)αRk=p(t0k<Tk<λt0k)Rkt0kλ在交通網絡的最小割集中，自由行程時間倍的概率為，為艦船交通數據測量節點k中通行的船舶頻次，為路徑k的交通網絡最小路集，為一常數，以行程時間可靠度為約束條件，進行統計分析，由此實現艦船交通數據的特征分析。

3仿真實驗與結果分析

摘要:當前的數據集成采用將數據映射至同一中心庫的方式實現數據集成，應用于異構環境下會出現數據耦合較大、處理復雜性高的問題。就上述問題，設計基于XML的艦船通信網絡監控數據優化集成方法。對艦船通信網絡不同來源的數據標準化處理后，依據基于模型驅動的轉換原理進行數據庫映射，從而建立監控數據集成虛擬庫。消除虛擬庫中不同類型的元數據語義沖突后，利用決策樹算法實現監控數據集成。仿真測試驗證設計的集成方法處理時間明顯縮短，集成后數據的最低利用率可達88.6%，有效降低數據耦合度，提高了數據可用性。

關鍵詞：XML；艦船通信網絡；監控數據；優化集成；數據集成；決策樹

艦船通信網絡監控數據來源廣泛，并且數據結構各異，為提高監控數據的利用率，數據集成能夠避免數據冗余、簡化數據共享難度。當前常見基于虛擬視圖的數據集成方法，對于多數據庫集成效果較好，但是應用于艦船通信網絡監控系統這種異構環境下時存在耦合度大、成本高和實施復雜等問題[1]。XML能夠在描述數據內容的同時，展示數據之間的關系，具有良好的可擴展性、傳輸簡便性，是一種數據集成處理的良好技術。因此，為實現艦船通信網絡中監控數據的有效率利用，本文設計一種基于XML的艦船通信網絡監控數據優化集成方法。

1基于XML的艦船通信網絡監控數據優化集成設計

1.1建立監控數據集成虛擬庫

為了提高數據集成的效率，需要建立虛擬數據庫，從而實現調取監控數據時可以以某種統一的方式完成。在建立艦船通信網絡監控數據虛擬庫前，對通信網絡監控數據進行標準化處理[2]。考慮數據之間的相關性和數據屬性，按照相同的空間數據轉換標準對不同來源的數據標準化，并定位監控數據來源。數據量綱標準化處理公式如下：(1)XXmaxXminX′式中：為某一數據來源的原始數據；和分別為該原始數據中數據的最大值和最小值；為量綱標準化后的數據。標準化處理后，根據XML技術的要求，建立艦船通信網絡監控數據虛擬庫。使用元數據描述關系數據庫中各字符表對應的字段信息，并使用XMLSchema文件映射元數據信息，存儲在虛擬庫本地。數據庫轉換構架如圖1所示[3]。圖1數據庫映射轉換框數據庫映射轉換規則為：根據原始數據庫的存儲表中字段的關系，轉換為虛擬庫中XML元素之間的嵌套關系，從而得到XML虛擬庫。對虛擬庫中的XML元素語義沖突進行處理，并利用決策樹算法對消除沖突后的數據集成。