舰船范文10篇

摘要:在嵌入式环境下进行舰船电路系统设计，提高舰船控制电路的集成性，提出一种基于DSP技术的低能耗舰船嵌入式系统电路设计方法，采用ADSP21160处理器为核心控制芯片，进行舰船电路的AD模块设计、控制单元设计、信号处理模块设计和通信模块设计，实现舰船的信息采集和数据处理及远程通信功能，在ARM嵌入式系统中进行舰船电路的集成开发，降低电路的能耗，提高电路的集成性和可靠性。测试结果表明，采用该方法进行舰船电路设计，电路的功率放大能力较好，信号处理能力较强，具有很好的电路稳定性。

关键词：嵌入式系统；舰船；电路设计；DSP

随着集成电路控制技术的发展，在嵌入式系统环境下进行舰船集成电路设计，实现舰船环境信息采集、舰船目标信号处理和舰船集成控制与远程通信等，舰船的电路系统是一个综合性的集成电路系统，通过对舰船电路系统的低能耗设计，采用集成数字信号处理芯片进行舰船电路的控制系统设计，提高舰船电路系统的综合开发能力，从而保障舰船的稳定可靠运行[1]。研究嵌入式系统的低能耗舰船电路设计方法，在提高舰船的本机振荡性和功率增益方面具有重要意义，通过舰船综合电路系统设计，实现舰船电路的集成控制优化，从而降低舰船的功耗开销，相关的电路设计方法研究受到人们的极大重视。本文设计的嵌入式系统下的低能耗舰船电路系统主要包括AD模块、控制单元、信号处理模块和远程通信模块，结合嵌入式设计方案，实现舰船电路的嵌入式集成设计，并进行电路测试仿真，得出有效性结论。

1电路设计总体构架及指标分析

本文设计的低能耗嵌入式舰船电路系统主要实现对舰船声呐信号采集和多功能通信系统中，采用低能耗的嵌入式设计方案，采用DSP作为集成数字信息处理中枢，以ADSP21160处理器为核心控制芯片，采用三星公司的K9F1208UOB作为NANDFLASH进行信号滤波检测和数据缓存处理，采用多传感器信号处理和跟踪融合方法进行数据采集和包络检波处理，并与上位机通信，通过A/D转换器对采样的舰船信号和采样数据进行数字滤波和动态增益控制。在程序加载模块进行动态增益码加载控制，并通过DSP接收PCI总线的增益控制码，通过AD电路实现模拟信号预处理和信号频谱分析，采用8086及80286单片机作为计算机控制的CPU，进行舰船电路系统的总线控制[2]，本文设计的舰船电路系统主要可以实现对舰船回波信号的高频放大、混频处理、本机振荡、中频放大、低频功放、鉴频以及正交解调处理，得到本文设计的低能耗嵌入式舰船电路系统的功能模块组成如图1所示。C1=C2=CR1=R2=R根据图1所示的舰船电路系统的功能模块组成，进行系统的总体设计，本文设计的舰船电路主要包括AD模块设计、控制单元设计、信号处理模块设计和通信模块设计。通信模块实现对舰船的远程通信传输控制功能；舰船电路的信号接收机采用三级接收放大设计，根据系统设计需求，选择第一级放大电路的隔直流电容：,电阻，使用256Mbyte的DDR内存作为缓存器，嵌入式舰船电路系统的滤波模块设计中，搭建一个二阶有源低通滤波器进行隔直流放大和噪声滤波，根据上述总体设计构架分析，得到本文设计的嵌入式系统的低能耗舰船电路的总体结构构成如图2所示。

2电路模块化设计与实现

基本特点

通过对意大利、荷兰、挪威、英国和美国等国家生命力评估系统开发现状［4-5］的分析，发现其生命力评估系统的开发具有以下基本特点：1）重点侧重于易损性的评估，兼顾易感性和修复性的评估；2）评估系统的开发并非一蹴而就，而是经过多年不断完善才逐步完成；3）针对不同的设计阶段使用统一的评估模型，保证各个阶段评估结果的一致性；4）都是交互式计算平台，用户可以自定义舰船和威胁武器的相关属性；5）大多数国家对修复性（人员主动损管能力）的评估研究较少，而英国和美国的生命力评估系统已开始对人员的主动损管能力进行仿真。另外，英国海军和美国海军在进行计算机仿真评估的同时还非常重视试验验证。试验主要包括两类：一类是大尺度（全船）的试验验证，主要是对结构和功能损伤的仿真进行验证；另一类是小尺度的试验验证，主要是对关键的机理损伤仿真算法和二次损伤仿真算法进行验证。图1是英国海军以“海鹰”导弹对“德文郡”（Devonshire）号驱逐舰的实船攻击试验验证。

评估系统的主要功能

通过对国外生命力评估系统的综合分析，发现其具备的主要功能包括：1）易感性评估。主要体现在：根据武器制导特性和舰艇信号特征，在三维空间方向上对炸点的可能分布进行较为精确的描述。2）可视化评估，包括船体和设备的可视化、灾害环境的可视化以及评估结果的可视化等。3）损伤机理和损伤模式仿真，包括弹体侵彻效应、破片损伤效应、冲击损伤效应、爆破超压损伤效应、气泡毁伤效应、火灾毁伤效应以及进水毁伤效应等。4）系列生命力指标评估，包括不沉性指标、船体强度指标、机动性指标、作战任务剖面的完成能力以及人员生命力（人员疏散能力）等。5）对舰员的修复性、主动损管能力进行评估。6）对评估所需的初始条件进行自定义/再开发，包括攻击武器属性的自定义、船体和设备基本布置、配置和性能参数的自定义、损伤阈值的自定义、系统功能逻辑的自定义以及损伤仿真模型的再开发等。

评估系统的模块化设计

意大利海军的舰艇生命力评估系统也是目前国际上开发较为成功的一个交互式易损性评估软件，主要包含4大模块：船体模块（对船体外形、舱室布置进行定义）、系统模块（对系统的功能逻辑进行定义）、损伤模块（模拟武器损伤和灾害蔓延机理）和分析模块（分析功能损伤概率）。例如，国外某护卫舰上易损性评估建模属性包括船体板2188个、舱室724个、系统151个以及重要设备515个。评估的易损性指标包括机动能力完全丧失概率、沉没概率、对空作战任务（AAW）在各损伤等级下的概率、对海作战任务（ASuW）在各损伤等级下的概率以及反潜作战任务（ASW）在各损伤等级下的概率等。

1水面舰船建筑造型设计约束

水面舰船作为海上兵力投送单元，其建筑造型不仅关系着武器、传感器、舰面舾装设施等舰载设备性能的发挥，而且对静力性能、隐身性、兼容性、安全性等舰船综合性能产生直接影响。水面舰船建筑造型设计需综合考虑舰船的作战功能需求、综合性能、几何造型等方面的约束，这些约束主要包括：1）舰载武器、传感器及舾装设施配置及布置要求；2）舰载航空设施的安全作业要求；3）隐身性、兼容性、物理场及电磁环境安全性要求；4）舰船重量重心的承受能力要求；5）舰船结构设计及建造工艺可行性要求；6）外观整体的协调性及美观性要求。在开展水面舰船建筑造型设计时，应根据舰船的使命任务、作战环境、技术水平等因素统筹考虑上述设计约束，使舰船造型鲜明、威武，具有时代感及美观性［4］。

2二战后水面舰船建筑造型主要发展阶段

二战后，随着舰载导弹武器系统的问世和雷达技术的发展，水面舰船造型设计的出发点由战前围绕各种口径的舰炮设计逐渐过渡到围绕导弹武器系统和各类传感器设计。按照技术发展阶段，以上世纪60~70年代、上世纪90年代以来和面向2025年作战需求的水面舰船造型设计最为典型。

2.1上世纪60~70年代此阶段正处于前苏联与美国冷战时期，该时期水面舰艇以美国的“斯普鲁恩斯”级（DD963级）驱逐舰、俄罗斯的“勇敢”级驱逐舰、日本的“白根”级驱逐舰等为代表。“斯普鲁恩斯”级驱逐舰研制起始于上世纪60年代，首舰于1975年服役，主要使命任务为执行远洋编队区域反潜为主的护航任务。主要使命任务决定了DD963级驱逐舰必须具有很强的反潜作战能力，因此该级驱逐舰装备了大量的反潜武器系统，包括“海鹰”舰载直升机、“阿斯洛克”反潜导弹及管装鱼雷；为兼顾反舰和近程防空作战，装备了“鱼叉”反舰导弹和“海麻雀”防空导弹；为执行对岸火力支援任务，装备了2座127mm舰炮［5］。由于当时美国的导弹垂直发射装置尚处于研发阶段，这个时期的导弹发射装置为斜架式发射装置。主要雷达天线为扇状或球状。为安装警戒和火控雷达天线，DD963级驱逐舰设置了前、后桁架结构桅杆，桅杆结构主体部分的高度差保证了各自搭载雷达天线的视界需要；设计师将舰桥、前桅杆及首部烟囱融为一体，将尾部烟囱与直升机库进行集成设计，充分利用了上层建筑宝贵空间；将首部舰炮、反潜、反舰、防空导弹发射装置及尾部舰炮沿中线面依次或呈梯度布置，充分保证了各武器发射装置的射界。研究表明，舰载直升机的安全使用受舰船运动、上层建筑引起的气流场变化、烟流、风速风向及舰面效应等影响［6-7］。由于DD963级驱逐舰起降平台的布置受武器系统布置限制，该级舰对上述影响因素进行了综合考虑，将直升机起降平台布置于舰船运动及舰面效应影响相对较小但更易受烟流影响的尾部02甲板，同时为减小烟流的影响，将烟囱升高。DD963级驱逐舰上层建筑外壁为垂直结构，有利于增加上层建筑舱容，对当时集成度不高的雷达和武器系统来说是有益的。通过对雷达天线、武器系统、主机进排气、航空设施、通信导航设施等使用需求综合权衡，形成了DD963级驱逐舰的最终造型。同样，前苏联及日本等国此阶段水面舰船的造型也受其作战需求与技术基础的制约和影响。对上述国家典型水面舰的分析表明，本阶段水面舰船主要特征为：1）舰首上扬，一般设前、后桅杆及前、后烟囱，舰型威武。2）前、后导弹发射装置以及前、后主炮发射装置沿中线面依次或呈梯次布置。3）各种雷达天线根据使用需求集中布置在前、后桅杆和上层建筑露天部位。4）前、后桅杆采用桁架结构形式，上层建筑外壁为垂直结构。对于上世纪60～70年代服役的驱逐舰而言，其建筑造型能够较好地满足当时的作战使用需求；另一方面，各国海军在上世纪60～70年代对反舰导弹的威胁还未予以充分重视，以及受当时导弹、电子工业发展水平限制，舰船造型一般不具有雷达波隐身能力。

2.2上世纪90年代以来在上世纪80年代中后期，随着反舰导弹的发展及“饱和攻击”作战概念的提出［8］，在驱逐舰作战使用中提出了“抗饱和攻击”的能力需求。该需求既要求舰艇具有一定的多目标探测和打击能力，也要求舰艇最大限度地降低自身的目标特性。另一方面，随着科技的发展，如相控阵雷达技术、导弹垂直发射技术逐渐成熟，以及设计理念的变化，如提高舰载设备的多功能性、降低装舰设备数量等，为舰艇开展隐身性设计提供了必要的条件。本阶段以美国的“阿利伯克”级（DDG51级）驱逐舰、日本的“金刚”级和“爱宕”级驱逐舰、韩国的KDX-III级驱逐舰、英国45型驱逐舰以及意法联合研制的FREMM舰为代表。DDG51级驱逐舰研制起始于上世纪70年代，美国政府在1985年批准了DDG51级驱逐舰的研制，首舰于1991年服役。作为一型多用途驱逐舰，其主要使命任务为执行远洋编队区域防空任务。DDG51级驱逐舰在设计中经历了多次修改，共产生了3个批型，分别为I/II批型和IIA批型［9］。DDG51级驱逐舰围绕区域防空作战的主要装备SPY-1相控阵雷达和MK41导弹垂直发射系统（VLS）开展设计，保证了主要使命任务的实现。随着电子技术的发展及可靠性的提高，为控制费效比，相对于CG47级巡洋舰，DDG51级驱逐舰的传感器系统更为简洁。如将相控阵雷达的发射机由2部减为1部，减少了冗余但没有降低设备性能；将“标准-2”导弹的目标照射雷达（SPG-62）由4部减为3部；取消了远程3坐标预警雷达［10］。如此一来，DDG51级驱逐舰仅设置1座桅杆即可满足有架高要求的天线布置；该级舰将相控阵雷达天线集中布置在舰首上层建筑45°切角方向，且为保证相控阵雷达尾向阵面的视界，舰尾部上层建筑造型低矮；3部SPG-62雷达天线呈梯次布置在首上层建筑、后烟囱平台中线面位置。全舰主要传感器的视界良好，且布置更为紧凑。上世纪80年代导弹垂直发射系统技术开始实用，美国MK41垂直发射系统更能兼容发射防空、反舰及对陆攻击等多型导弹［11］。由于导弹垂直发射装置可布置于主甲板以下且具有更好的射界，DDG51级驱逐舰的设计变得更为灵活。经对该舰“抗饱和攻击”能力及兼顾反潜、对海及对陆作战需要进行统筹［12］，全舰共配置96单元的导弹发射井；出于对该舰水密分舱及生命力的考虑，全舰共设置两个导弹库，分别布置在舰首、尾部01甲板以下中线面位置。DDG51级驱逐舰配置了2座“密集阵”近程武器系统（CIWS），分别布置在舰首、尾部上层建筑中线面较高位置，首、尾部发射装置均具有良好的射界，且能够实现火力共同覆盖功能，有效增强了该级舰的近程防御能力。隐身性方面，国外研究表明，为降低船体雷达波散射截面积（RCS），舰船和上层建筑的造型应避免形成90°夹角，尤其要避免形成角反射体的三面体形状；上层建筑的外壁要适当内倾并避免夹角边缘的形成；船体外表面应光滑［13］。从DDG51级驱逐舰外形可以看出，该舰水线以上部位、上层建筑外壁采用大平面设计，外形整洁；上层建筑外壁板均具有一定的倾斜角度，并避免形成不利于隐身性的夹角，有利于降低露天部位的RCS。经过对攻防能力、隐身性、生命力、经济性等综合平衡，DDG51级驱逐舰全舰以桅杆顶部为制高点，外形包络清晰，视觉中心突出；该级舰除桅杆和烟囱外，上层建筑整体造型低矮，有利于全舰重量重心的控制。DDG51级驱逐舰外形简洁又不失威武，已成为驱逐舰整体造型的经典，并被日本、韩国、澳大利亚等国舰船模仿。与美、日、韩大型水面舰船满载排水量动辄达10000t不同，欧洲各国由于其海军战术定位要求相对较低，舰船主战装备以欧洲自主研发的相控阵雷达、导弹垂直发射装置为主，舰满载排水量约6000~7000t，舰尺度相对较小；在舰船造型设计上与美、日、韩等国大型水面舰船造型区别明显，往往更强调舰船主战装备的适装性及为应对反舰导弹的威胁而重视舰船的雷达波隐身能力。例如，英国海军45型驱逐舰（图3）的主要使命任务是舰队的区域防空作战，因此，该舰的设计紧紧围绕着PAAMS（主防空导弹系统）开展，“PAAMS的角色决定了45型舰的规模和造型，该舰设计时考虑了良好的稳性和耐波性，舰体设计满足Sampson雷达和PAAMS导弹发射装置的需求”，“外形设计充分考虑了雷达波隐身的需要，……”［14］。作为上世纪90年代及本世纪初服役的水面舰船，一方面为提高应对反舰导弹威胁能力而对舰船雷达波隐身性提出了较高的要求，另一方面，装备导弹垂直发射系统和多功能相控阵雷达、装备的集成化设计、采用大平面的隐身外形设计等措施的综合应用为提高舰的雷达波隐身水平创造了良好条件。

摘要:为避免大规模信息入侵行为的出现，提出基于机器学习的舰船信息系统入侵检测技术。基于机器学习原理分析舰船信息系统的具体组成形式，根据入侵数据挖掘标准计算信息相似度指标与检测修正系数，实现舰船信息系统入侵检测算法的设计与应用。实例分析结果表明，若同时存在多种丢弃模式，则机器学习算法作用下的舰船信息系统数据会话延迟时间始终略低于理想时长，能够较好抑制大规模信息入侵行为的出现。

关键词：机器学习；信息系统；入侵检测；数据挖掘；信息相似度；修正系数

作为人工智能科学的分支发展方向，机器学习算法的主要研究目标依然是人工智能对象，但在经验学习的过程中，该算法则更注重对计算机元件应用性能的提升[1]。就过往经验来看，机器学习通过改进原有计算机算法的方式，对数据信息应用能力进行分析，对于信息通信等管理研究领域而言，机器学习算法已经成为优化计算机程序性能的关键执行手段之一。由于舰船信息系统存在一定的局限性与资源脆弱性，使得网络内的存储数据、通信资源等文件易因恶意入侵行为的影响而遭到严重破坏，并最终呈现出泄露或失效的表现状态，从而造成巨大的经济损失。在这样的形势之下，保护舰船信息系统免受各类入侵行为攻击显得极为必要。近年来，随着船体行进路线的不断复杂化，舰船信息系统中的数据传输量也在逐渐增大，特别是在多丢弃模式共同存在的情况下，数据信息之间建立会话关系所需的延迟时间，更是会直接影响信息入侵行为的表现强度。面对上述问题，针对基于机器学习的舰船信息系统入侵检测技术展开研究。

1基于机器学习的舰船信息系统组成分析

舰船信息系统的搭建沿用传统的Spark框架结构，采用Scala语言构建通信数据之间的传输关系，由于信息参量所执行的操作指令不同，所以整个系统内部同时存在多种不同的数据集负载方式[2]。图1反映了完整的舰船信息系统组成结构。Spark框架体系是舰船信息系统中唯一具备数据结构化处理能力的工具，可根据信息准入量水平，安排后续的文件传输方向，并可在确保数据会话关系稳定的情况下，判断数据库主机当前所处的信息丢弃模式。ksxssxkk设和表示2个不同的舰船信息准入系数，表示条件下的文件传输量，表示条件下的文件传输量，联立上述物理量，可将舰船信息系统中的数据会话关系定义条件表示为：(1)其中，q表示当前情况下的舰船信息共享系数，∆P表示舰船信息的单位传输量。在机器学习算法作用下，数据会话关系定义条件能够直接影响舰船信息系统所具备的抵御信息入侵行为的能力。

2舰船信息系统的入侵检测算法

摘要：舰船电子设备在作战中具有重要的作用，对舰船电子设备的维修性设计进行分析，及时将维修性设计和验证相结合，提高舰船电子设备的维修性水平。对舰船电子设备的维修性设计进行分析和阐述，之后提出一套维修性验证程序。为舰船电子设备的维修性验证提供了新的思路。

关键词：维修性设计；维修性验证；舰船电子设备

维修性作为装备的通用质量特性，能够对装备是否方便、快速、经济地完成维修工作进行清晰地表征，通常与可靠性、测试性、保障性一起进行分析，因此可以从维修性方向对设备进行约束，避免维修性成为限制设备性能提升的因素。近年来，随着科学技术的发展，武器装备的性能得到提升，技术复杂性也越来越高，对故障诊断、故障排查、维修工作都提出了更高、更新、更严的要求。因此，如何提高大型武器装备的维修性水平，是所有武器装备研制方、使用方共同关注的问题[1]。电子设备在多种大型复杂系统中都发挥着关键作用，尤其在船舶中占据了较大比例，船舶上的大型武器装备如雷达、控制台等都是由舰船电子设备构成的。因此，在复杂战场环境下，使舰船电子设备具备良好的维修性，对整个作战预警系统都极为重要。同时还能够较好地利用维修保障资源，降低整个寿命周期的维修保障成本，从而提高设备整体的综合保障能力。因此，如何对舰船电子设备的维修性工作进行评估，从而提高整个舰船电子设备的维修性水平，已成为舰船电子设备研制方和使用方共同面临的问题。针对上述情况，本文从使用者的角度出发，提出了一种综合验证舰船电子设备维修性的方法[2]。

1维修性设计

在舰船电子设备的早期论证阶段和工程研制阶段，对维修性的评估工作主要基于维修性设计和维修性预计。通过维修性设计和预计工作，可对雷达装备的维修性能力进行一个初步的评估。1.1维修性设计舰船电子设备在系统的总体设计、硬件设计、软件设计中需同步进行维修性设计工作，确保系统易检测、易诊断、易修理，缩短维修时间，提高系统的维修性和可用度。维修性设计的主要内容有：1）应对舰船电子设备的各个模块进行合理结构布局，部分部件故障率较高，部分部件需要较大的维修空间才能够进行维修，对这类部件，在安排结构布局时，应将它们布置在人工容易达到的位置，并保留足够的维修操作空间，留存适当的可视空间，使维修人员能够方便操作。以不影响或者少影响其余未发生故障的可更换单元为目标，确保每个部件的检查和测试点都布置在合适的位置。对于不具备自检的可更换单元，还需将人工检测口布置在该可更换单元的附近。2）应对舰船电子设备采取模块化、互换性和标准化设计。舰船电子设备采用模块化设计，做到外场维修以更换航线可更换单元（LineReplaceableUnit，LRU）方式进行，内场维修以更换车间可更换单元（ShopReplaceableUnit，SRU）进行维修，厂级维修更换SRU和元器件；设计的模块可以不受其余模块的影响，进行调试和生产，更换时直接固定，无需调整；提高标准化、互换性程度；为了提高产品的维修效率，通过简化工作流程，连接件、紧固件、元器件等尽量使用相同类型的元器件，最大程度地减少了零件、部件和组件的种类，从而提高维修效率；要求舰船电子设备中数量较大又容易损坏的模块、组件必须具有良好的互换性和通用性，并准备好备件进行更换；优选标准化产品；产品需做某些更改或改进时，要尽量做到新老产品之间能够互换使用[3]。3）防插错措施也应应用于舰船电子设备的维修性设计中。人工操作时，无法保证百分之百的投入与准确性，因此可以在设计中采取一些措施降低人为犯错的概率，降低其严重性，并能立即发觉和纠正；产品的内部印制板与插槽上应印有隶属号以防插错，对外连接的插座应分别有大、小、针、孔等防插错措施；对设备进行标记时，需选择合适的位置，并选用合适清晰的字体和标识；对产品进行铭牌设计时，标出型号、制造单位、批号、编号和出厂时间等；本产品中所有的标志都按规范制作，大小、位置适当，鲜明醒目。所使用的铭牌和标志需具备良好的可靠性，保证在设备寿命周期内长期有效。铭牌示例如图1所示。此外，还应建立设备的维修时间模型。舰船电子设备常常采用串联作业模型，拆装流程图如图2所示。在以上维修性设计的基础上，还应注意维修的安全性。维修安全性是指避免维修人员伤亡或产品损坏的一种设计特性。应注意：防机械损伤，防电击，防高温，防火、防爆、防化学毒害、侵蚀等，防核事故[4]。1.2维修性预计为了验证维修性设计是否有效，雷达装备需要规定一些定量指标。在舰船电子设备的设计阶段，一般会对舰船电子设备的电气故障平均修复时间进行规定。在具体的设计过程中，可以对电气故障平均修复时间进行预计，该平均修复时间可以综合体现整个设备的维修性设计水平。因此，可通过对电气故障平均修复时间进行评估，来了解该舰船电子设备的维修性设计情况。根据舰船电子设备的研制总要求，会对舰船电子设备整机系统的电气故障平均修复时间的规定值进行要求，在整机指标的基础上，在舰船电子设备的研制阶段，将对各个分系统进行维修性分配和预计，常常采用等分配法对各个分系统的电气故障平均修复时间进行分配，这样可以保证各个分系统的维修性水平较平均，不存在短板[5]。各分系统将根据各自分系统的特点进行维修性预计。将舰船电子设备的分系统进行进一步的划分，获得各分系统的外场可更换单元，对各个LRU进行维修性预计。进而获得各分系统的维修性指标预计值，对舰船电子设备的维修性能力获得一个基本评估，继而开展后续通过试验进行的维修性评估工作。

2维修性验证程序

摘要:当前的舰船视频处理系统通过对视频采用直接编解码的方式来保证视频质量，应用于高清大尺寸视频处理时，存在效率低、传输丢包率高的缺陷。为优化上述缺陷，将研究设计数字媒体技术的舰船视频处理系统。选用2片DSP和FPGA结合的方式，搭建处理系统硬件架构。对舰船视频图像预处理，确定视频处理边界。依据HEVC编码标准，对舰船视频进行压缩编码，降低系统存储传输压力，完成系统设计。系统测试结果表明，设计的系统丢包率低于2.4%，压缩比大于100∶1，视频处理耗时短，性能明显提升。

关键词：数字媒体技术；舰船视频；视频处理；系统设计；DSP；HEVC

舰船航行时搭载的各项设备会实时采集不同的视频图像，用以对舰船航行环境、搭载设备运行监控、远程信息交流等。由此，对舰船视频处理系统的设计性能也提出了更高的要求。当前的视频处理系统从视频编码角度处理视频，虽然保证了视频高清分辨率，但是无法满足系统实时处理的要求[1]。在FPGA基础上加入APU处理器能够提升浮点操作造成的视频失真，但是该系统对大量视频同时处理时，效率低，存在较为明显的缺陷[2]。根据上述分析内容，借助数字媒体技术的优势，设计了基于数字媒体技术的舰船视频处理系统，以提高舰船视频处理的效率、降低处理视频时对视频质量的损坏程度，确保舰船视频的正确传输与存储。

1硬件部分设计

以DSP和FPGA为核心进行硬件设计，图1为系统的整体框架。DSP处理器选用TMS320C6416芯片，该芯片的编解码率为1080fps和多个接口，能够以较低比特率处理视频图像。FPGA选用功耗低、I/O接口数量大的XC7K325T芯片[3]。DSP1的VP接口用以导入舰船视频，由FPGA对视频进行编解码处理。编解码后的视频数据通过VP接口传输至DSP2中进行压缩处理。DSP2将压缩的视频通过SATA接口传输至存储模块进行存储。各模块之间通过RS232接口通信，DSP处理器通过VPX总线与存储器进行通信。

2软件部分设计

【摘要】通信技术作为公务舰船在海上实施安全生产、管理、抢险救助的重要手段，通信设备的配备和使用是公务船舶海上工作的重要保障。本文通过对公务舰船通信技术分析，以加强公务舰船通信设备建设研究，展望未来公务舰船通信建设的飞跃发展。

【关键词】公务舰船；通信技术：发展现状

1引言

随着现代通信技术的快速发展，特别是近年来现代移动通信技术、卫星导航定位技术在海洋船舶的推广和应用，使我国公务船舶通信设备整体水平得到迅速提高。无线移动通信网的发展已经超越了有线固定通信网，不仅能同时传送语音及数据信息，实现和国际互联网（Internet）的互联，其技术标准已经发展到第五代移动通信技术（5G），能够提供高速数据业务，传输更稳定。进一步研究通信技术、通信设备问题，制订具有一定先进性的通信设备配备，规范配备要求，提升通信水平，使公务船舶通信能力真正适应日益繁重的海上管理工作需要，适应海难救助、抢险指挥的紧急通信要求，适应现代海洋事业发展的需求。全面提高公务舰船通信设备的现状，分析研究通信技术存在的问题，以适应海洋管理的新形势、通信设备的新技术需要，使公务舰船通信具有语音、网络、数据传输、视频监控及多媒体传输等多种功能的通信系统，进一步加强和完善公务船舶通信系统建设与管理，有效提升我国海洋管理机构的应急指挥处理能力和综合管理水平[1]。

2公务舰船通信技术

通过对我国公务舰船通信设备的现状分析，了解公务舰船通信设备的情况，分析通信技术规范的必要性、可行性，本标准确定我国公务舰船通信技术要求。这些无线通信设备能提供中长距离语音无线电通信、全覆盖的卫星电话通信、短距离的公共移动通信，以及高速数据通信、自动识别、应急遇险通信等功能，完全能满足我国公务舰船的通信需求，并具有一定先进性。

1信息安全

由于信息技术具有的各种优势，信息技术在各行各业不断渗透和展开应用，在各个行业扮演着越来越重要的角色。然而，在信息技术为各行业带来各种便利的同时，也逐渐暴露出一些问题。就拿2013年美国爆出的“棱镜门”丑闻，惊动了全世界。“棱镜门”事件让人以另一种眼光审视信息技术。在“棱镜门”事件中，美国依靠其在信息技术领域的强大优势，绕过各国的信息安全防护系统，对各国进行电子监听和网络监控。“棱镜门”事件展示了信息技术所带来的安全隐患，同时也体现了强大的信息安全产业对一个国家安全的重要意义。因此，面对信息技术这把双刃剑，要在利用好它优势的基础上，做好安全防范措施。面对各类未知的信息安全隐患，只有建立良好的信息安全评估与风险处理体系，才能在一定程度上保障信息安全。信息评估和风险处理的实施，对于信息安全体系的建设和运行非常关键。在信息安全体系建设运行过程中，一般需要完成下列流程:

1)诊断和评估阶段，要对系统进行初步的诊断，确定需要进行信息安全评估的方面和信息安全风险评估的方法;

2)识别阶段，识别系统存在的信息安全风险和隐患;

3)分析和评价阶段，对系统潜在的信息安全风险和隐患，进行具体分析和评价;

4)生成处理方案阶段，在分析和评价的基础上，确定风险处理的多种可选的控制策略和处理措施;

随着船舶出海数量的增加，出海口船舶交通拥堵日益加剧，为了缓解出海通拥堵，需要对船舶交通流量和区域拥堵信息数据进行准确评估和预测[1–2]，结合统计分析结果进行交通流量数据的在线监测，根据监测结果进行交通调度和管制，并指导海洋交通等控制系统进行智能交通调度，在一定程度上能缓解出海口的船舶交通拥堵。研究舰船交通数据的统计特征分析方法，对舰船交通数据进行关联规则性特征提取和挖掘，分析舰船交通数据内部规律性特征，实现相关交通流量预测，从而提高区域的通行能力，受到人们的极大重视。

1交通网络体系结构及舰船交通数据采集

为了实现基于现代统计学理论的舰船交通数据特征分析，需要首先构造船舶交通水网阻抗模型，采用Small-World拓扑结构构建交通水网分布式网格结构模型如图1所示。N1,•••,NnL1,•••,LnPmin1,•••,Pminn在图1所示的船舶交通网络拓扑结构模型中，不同的区域之间的水域的船舶交通通行负载按照Small-World结构拓扑，假定当前交通水网区域及相邻路口的船舶的数目为n，船舶通行过程中采集的流量序列为，它们的拥挤系数与负载性能分别为和，在区域阻抗模型下交通流调度问题是线性规划问题一种。分析测量节点Ai运往目标Bj的区域行程时间，得到舰船交通数据统计分析的可靠度连接函数问题数学表达如下：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可见，通过上述函数构造，将舰船交通数据的特征分析问题转换为一个求区域阻抗的平衡问题，当区域自由走行时间，考虑区域行程时间相关性，进行舰船交通数据特征提取和交通流调度，提高区域的负载能力。

2舰船交通数据的统计特征分析

2.1特征提取在根据区域和入海交叉口构造交通网络体系结构的基础上，采集的舰船交通数据有交通流量数据、行程时间、行驶船舶频次，以此作为控制约束参量[3]，进行舰船交通数据特征提取，本文提出一种基于现代统计学理论的舰船交通数据特征分析方法，采用如图2所示的一种简化的交通网络模型进行舰船交通数据的统计自回归分析。Xij(i=1,2•••,m;j=1,2,•••,n)根据图2所示的简化的交通网络模型，得到交通流量数据和行程时间的任一组变量的值，将区域的通行负载和交叉口看成一个基本单元，使其满足约束条件：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在区域船舶自由走行时间满足倍的概率条件下可靠，根据置信度条件，采用Sigma检验准则进行交通通行畅通度的可靠性评价，根据概率计算理论[4]，当舰船交通数据的关联分布特征使目标函数S=值最小，即区域的畅通度达到最优，交通流达到平衡。2.2舰船交通数据现代统计特征分析x(k)x(k)假设输入舰船交通数据统计特征分析模型中的流量比特序列为一组自适应调频序列，运用两阶段法构建Copula模型，y（k）为舰船交通数据信号经过二阶格型滤波和抽样判决均衡处理后的输出，对舰船交通数据在不低于奈奎斯特速率取样，采用最小均方（LMS）算法得到舰船交通数据点落在中检测准确概率，由随机梯度概率密度模型进行舰船交通数据的干扰抵消，采用极大似然估计法进行统计特征提取。以交通通行的行程时间、行驶船舶频次为约束自变量，采用自回归分析模型进行舰船交通数据的统计特征分析，构造水网分布式可靠度的连接函数，根据路径的行程时间可靠性评价，得到在相邻的2个统计时间段t0和tj内，区域和入海交叉口的负载量为Lt，则路径自由行程下，下式成立：t0=L0−LtPmin0=Lj+LtPmint=tj，(4)在实际交通网络拓扑，采用现代统计的置信度回归分析模型，对Lt求解最优解集，可得：Lt=L0Pminj−LjPmin0Pmin0+Pminj。(5)αRk=p(t0k<Tk<λt0k)Rkt0kλ在交通网络的最小割集中，自由行程时间倍的概率为，为舰船交通数据测量节点k中通行的船舶频次，为路径k的交通网络最小路集，为一常数，以行程时间可靠度为约束条件，进行统计分析，由此实现舰船交通数据的特征分析。

3仿真实验与结果分析

摘要:当前的数据集成采用将数据映射至同一中心库的方式实现数据集成，应用于异构环境下会出现数据耦合较大、处理复杂性高的问题。就上述问题，设计基于XML的舰船通信网络监控数据优化集成方法。对舰船通信网络不同来源的数据标准化处理后，依据基于模型驱动的转换原理进行数据库映射，从而建立监控数据集成虚拟库。消除虚拟库中不同类型的元数据语义冲突后，利用决策树算法实现监控数据集成。仿真测试验证设计的集成方法处理时间明显缩短，集成后数据的最低利用率可达88.6%，有效降低数据耦合度，提高了数据可用性。

关键词：XML；舰船通信网络；监控数据；优化集成；数据集成；决策树

舰船通信网络监控数据来源广泛，并且数据结构各异，为提高监控数据的利用率，数据集成能够避免数据冗余、简化数据共享难度。当前常见基于虚拟视图的数据集成方法，对于多数据库集成效果较好，但是应用于舰船通信网络监控系统这种异构环境下时存在耦合度大、成本高和实施复杂等问题[1]。XML能够在描述数据内容的同时，展示数据之间的关系，具有良好的可扩展性、传输简便性，是一种数据集成处理的良好技术。因此，为实现舰船通信网络中监控数据的有效率利用，本文设计一种基于XML的舰船通信网络监控数据优化集成方法。

1基于XML的舰船通信网络监控数据优化集成设计

1.1建立监控数据集成虚拟库

为了提高数据集成的效率，需要建立虚拟数据库，从而实现调取监控数据时可以以某种统一的方式完成。在建立舰船通信网络监控数据虚拟库前，对通信网络监控数据进行标准化处理[2]。考虑数据之间的相关性和数据属性，按照相同的空间数据转换标准对不同来源的数据标准化，并定位监控数据来源。数据量纲标准化处理公式如下：(1)XXmaxXminX′式中：为某一数据来源的原始数据；和分别为该原始数据中数据的最大值和最小值；为量纲标准化后的数据。标准化处理后，根据XML技术的要求，建立舰船通信网络监控数据虚拟库。使用元数据描述关系数据库中各字符表对应的字段信息，并使用XMLSchema文件映射元数据信息，存储在虚拟库本地。数据库转换构架如图1所示[3]。图1数据库映射转换框数据库映射转换规则为：根据原始数据库的存储表中字段的关系，转换为虚拟库中XML元素之间的嵌套关系，从而得到XML虚拟库。对虚拟库中的XML元素语义冲突进行处理，并利用决策树算法对消除冲突后的数据集成。