信息處理技術培訓講座

1、中北大學機電工程學院機電控制工程系主講人：焦國太教授第二章 軍用計算機技術 主要內(nèi)容：n1、嵌入式計算機 n2、軍用計算機 1、嵌入式計算機一、嵌入式計算機的定義 1、什么是嵌入式計算機 2、軍用嵌入式計算機的分類二、軍用嵌入式計算機的特征及關鍵技術 1、軍用嵌入式計算機的特征 2、嵌入式計算機的關鍵技術 3、軍用嵌入式計算機的重要相關技術三、嵌入式計算機應用的典型實例四、研制發(fā)展和應用前景一、嵌入式計算機的定義嵌入在宿主系統(tǒng)中使嵌入在宿主系統(tǒng)中使用的計算機用的計算機嵌入式計算機嵌入式計算機軍用嵌入式計算機作為武器和武器系統(tǒng)作為武器和武器系統(tǒng)組成部分的計算機組成部分的計算機軍用軍用嵌入式計算機

2、嵌入式計算機嵌入式計算機的分類按使用領域分類：嵌入式計算機軍用民用軍用嵌入式計算機的分類按裝載平臺區(qū)分為：車載計算機艦載計算機機載計算機彈上計算機星上計算機軍用嵌入式計算機軍用嵌入式計算機的特征 (1)功能嵌入與結(jié)構(gòu)嵌入； (2)直接與傳感器及執(zhí)行機構(gòu)相連接； (3)高可靠性、高安全性； (4)實時性； (5)程序固定、界面簡單、整體更替、脫機維護； (6)性能指標與宿主系統(tǒng)相適應； (7)單片機、單板機的用武之地。 嵌入式計算機嵌入在武器或武器系統(tǒng)之中，是其重要的組成部分，不獨立于該宿主武器系統(tǒng)運行。因此，嵌入式計算機的體積、質(zhì)量、形狀等物理結(jié)構(gòu)參數(shù)要適應宿主武器系統(tǒng)所能提供的嵌入環(huán)境和條件

3、。 相比較而言，導彈、衛(wèi)星、坦克、潛艇武器或平臺所能提供的環(huán)境或條件往往極為苛刻，而艦船、指揮基地則較為寬松。功能嵌入與結(jié)構(gòu)嵌入 由于嵌入式計算機多作為武器或武器系統(tǒng)的一個組成部分，因此其輸入端多與傳感器相連接以獲取各種實時信息，這些信息經(jīng)處理而產(chǎn)生的輸出信息多用于控制驅(qū)動各種執(zhí)行機構(gòu)，或被輸出顯示，以供輔助決策。直接與傳感器及執(zhí)行機構(gòu)相連接高可靠性、高安全性 多數(shù)嵌入式計算機將在其宿主武器系統(tǒng)的運行、存儲和運輸過程中經(jīng)歷高低溫、高濕、鹽霧、塵埃、振動、加速度、劇烈沖擊等惡劣環(huán)境，甚至還有輻射、電磁脈沖以及人為強電磁干擾的侵襲，因而都需按其使用環(huán)境要求進行加固，以確保其惡劣環(huán)境下可靠運行，因為

4、其可靠性直接關系到武器系統(tǒng)的安全和作戰(zhàn)效能。 由于嵌入式計算機是武器的作用距離、精度、自動搜索能力、殺傷能力、機動性、靈活性以及自我保護能力的主要技術基礎，因而也是敵人的主要攻擊目標。所以，除可靠性外，安全性也同樣重要。必須采取諸如防計算機病毒、防信息泄漏、防非授權(quán)入侵等安全性措施。實時性 嵌入式計算機有很強的實時性約束。從接收傳感器的輸入信號，對信號進行處理，到輸出信號的產(chǎn)生，都受實時因素約束。海灣戰(zhàn)爭中，作戰(zhàn)雙方大量使用了愛國者導彈和飛毛腿導彈。愛國者導彈在偵知飛毛腿導彈發(fā)射后，必須在飛毛腿導彈擊中有效目標前，實時作出反應。愛國者導彈防空系統(tǒng)從其相控陣雷達截獲目標到打出導彈只有15s的時間

5、窗口。離開實時性，其它性能就無從說起。 程序固定、界面簡單、整體更替、脫機維護 嵌入式計算機的應用程序往往固定不變，雖然亦可以修改和擴充，但是一旦投入使用，將長時間不作變更，因此其操作系統(tǒng)和應用程序往往被固化。而且嵌入式計算機一般沒有用作人機界面的輸入鍵盤和顯示輸出設備。因而，其軟件的開發(fā)調(diào)試，需有另外的開發(fā)環(huán)境。 由于嵌入使用，不獨立運行，以及牢固組裝和缺少人機界面等因素，往往小小的故障在現(xiàn)場亦很難排除。如星載嵌入式計算機一旦投入軌道運行，就不能現(xiàn)場維護。因此，嵌入式計算機在設計時，除盡可能提高可靠性以減少維護要求外，亦要盡可能考慮整體更替和脫機維護的方便。 嵌入式計算機雖然在提高武器自動尋

6、的能力、自動化作戰(zhàn)指揮、控制等重要功能上起著核心作用，然而從整個武器系統(tǒng)的角度看，它僅僅是提高武器性能的一個重要組成部分，是武器系統(tǒng)的一個部件(雖然可能是核心部件)，而不是武器的主體。因此，嵌入式計算機的性能指標應適應宿主武器系統(tǒng)的水平和要求。現(xiàn)代武器系統(tǒng)的每個組成部分在運行環(huán)境中都要互相配合和制約。某一單個環(huán)節(jié)性能特別優(yōu)越未必能增加系統(tǒng)的整體功能，而往往只是一種不必要的奢侈。但某個單個環(huán)節(jié)的性能低下，必定會造成系統(tǒng)的功能下降，成為制約整個系統(tǒng)功能的薄弱環(huán)節(jié)。性能指標與宿主系統(tǒng)相適應 從數(shù)量上看，武器系統(tǒng)中使用嵌入式計算機最多的是單片機和單板機，尤其是單片機。數(shù)量巨大的靈巧炮彈、靈巧地雷、巡航

7、導彈等武器中都使用單片機、單板機。 現(xiàn)在單片機芯片內(nèi)還嵌埋有嵌入式控制器。當前8位、16位、32位的單片機用量最多，而且64位市場增長亦很快。單片機性能隨著微電子技術的進展亦提高很快，主頻增加、集成度提高，RAM、ROM及外存容量增大，信息交換形式多樣。特別是植入嵌入式軟件的，在單片上實現(xiàn)系統(tǒng)集成的，具有信號采集、AD和DA轉(zhuǎn)換、存儲、處理及輸入出等功能的系統(tǒng)級芯片在武器系統(tǒng)中大有用武之地。單片機、單板機的用武之地 軍用嵌入式計算機所特有的關鍵技術主要包括以下幾種： 1)軍用加固技術 2)容錯技術 3)數(shù)據(jù)融合技術 4）實時軟件技術實時操作系統(tǒng)和實時應用程序嵌入式計算機的關鍵技術 專門設計軍用

8、嵌入式計算機無疑是一種浪費，因此它們很多都是以民用機為基礎經(jīng)加固而成的。按軍用標準(在美國為MILSTD一810C(D)加固的嵌入式計算機能承受戰(zhàn)場環(huán)境中沖擊、振動、濕度、溫度、加速度、泥水煙霧和塵埃以及太空自然輻射的考驗。軍用加固技術容錯技術 容錯技術可在超大規(guī)模集成電路(VLSI)等芯片器件一級實施，也可在印制板模塊或部件一級實施，還可在系統(tǒng)一級來實施。其最基本的技術手段是冗余和重組。 數(shù)據(jù)融合技術是利用多源數(shù)據(jù)的互補性、目標與環(huán)境及其它諸多制約因素的相關性，通過計算機綜合的、智能的信息處理技術來提高目標識別和定位的精度、態(tài)勢和威脅評估的正確性、優(yōu)化決策方案質(zhì)量的一種技術。 數(shù)據(jù)融合技術

9、嵌入式計算機的實時性由其硬件、軟件的綜合性能保證，其中硬件運算速度、實時操作系統(tǒng)以及實時應用程序起主要作用。由于嵌入式計算機所承擔的任務相對固定，其應用程序可以固化在芯片上，可以周而復始地使用。在嵌入式計算機中，往往是實時操作系統(tǒng)和實時應用程序結(jié)合為一體化的實時運行程序。實時軟件技術嵌入式計算機的相關技術：n網(wǎng)絡技術n多媒體技術n信息安全技術n智能接口技術等。和武器的嵌入式系統(tǒng)更直接相關技術是：n傳感器n總線技術。軍用嵌入式計算機的重要相關技術 20世紀80年代中期以前美軍主要采用具有標準指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(ISA)的嵌入式計算機，例如陸軍的NEBULA系列，空軍的AYK-14，海軍的UYK-43和

10、UYK-44。嵌入式計算機應用的典型實例嵌入式計算機應用的典型實例 1984年陸軍轉(zhuǎn)而大量使用以民用機為基礎的加固機以及MIL-SPEC計算機，如以PDPII和VAX系列為基礎的加固機，以Honewell公司的DPS-6為基礎的加固機和Rolm公司加固的NOVA機等。 空軍和海軍沒有終止標準指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機，而是仍致力于用先進的微電子技術超高速集成電路(VHSIC)來改造它們，使這些標準指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機不僅又輕又小，而且性能指標成數(shù)量級地提高。與此同時，空軍和海軍也逐步開始采用加固機以及MIL-SPEC計算機，海軍開始大量使用Rolm公司的NOVA加固機UYK-19、MIL-SPEC計

11、算機和HoneyweIl公司的DPS-6加固機。嵌入式計算機應用的典型實例嵌入式計算機應用的典型實例嵌入式計算機應用的典型實例嵌入式計算機應用的典型實例一些典型的嵌入式計算機應用情況： 1）美國的B-1B多用途戰(zhàn)略飛機 2) 美國M-1坦克 3) F-15E鷹式戰(zhàn)斗機 4) 陸基巡航導彈美國的B1B多用途戰(zhàn)略飛機 B-1 B飛機是多用途戰(zhàn)略武器系統(tǒng)，能充當普通轟炸機、巡航導彈發(fā)射平臺以及戰(zhàn)術和戰(zhàn)略任務中的核武器發(fā)射系統(tǒng)。以 1 9 8 5年的價格計，B1B飛機每架約2億美元，安裝有進攻性航空電子設備和防御性航空電子設備。在這些電子設備中嵌入有6臺IBM AP 101 F計算機，航空電子設備用4

12、條具有A、B冗余通道的MIL-STD-1553 B總線相連。IBM AP 101 F計算機是MILSTD一1750 A標準指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機，使用J73語言編程。J73語言是一種可改造成適合Ada語言的語言。美國M1坦克 Ml坦克火控系統(tǒng)的核心是嵌入式計算機，該嵌入式計算機由TISBP9900型16位單片微處理機和高可靠性的半導體存儲器組成，還配以乘法器、信號處理器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、電源以及接口電路等。F一15E鷹式戰(zhàn)斗機 20世紀70年代初期F一15E戰(zhàn)斗機上用AP1計算機，1986年后改用IBM在1983年開發(fā)成功的32位APIR中央計算機，而從1992年6月開始，新的F15E飛機上又采

13、用新的超高速集成電路的16位VHSIC微計算機，其速度達到每秒3兆條指令，內(nèi)存容量為3MB6MB。這些都是MILSTD1750A標準指令系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的計算機，并且其性能仍然在不斷地提高。陸基巡航導彈 用6個Z8001微處理器構(gòu)成松耦合多重處理器結(jié)構(gòu)的嵌入式計算機裝備了一種陸基巡航導彈，進行飛行參數(shù)處理、中段制導、末段制導、存儲管理、自動尋的等處理。 研制發(fā)展和應用前景1、美軍嵌入式計算機的發(fā)展過程2嵌入式計算機的應用前景美軍嵌入式計算機的發(fā)展過程這些軍事應用包括以下幾方面：(1)軍事情報系統(tǒng)；(2)密碼系統(tǒng)；(3)武器系統(tǒng)整體的一部分武器系統(tǒng)實時作業(yè)的基礎，亦用于武器系統(tǒng)的專門訓練、診斷測試和維護

14、、仿真校準以及研制開發(fā)；(4)直接履行軍事或情報任務各類傳感器、戰(zhàn)斗任務的布置、作戰(zhàn)設計、氣象環(huán)境的測量、電子戰(zhàn)、軍事通信、后勤等； (5)軍事力量的指揮控制。美軍嵌入式計算機的發(fā)展過程 美軍在嵌入式計算機的應用上主要采取了以下政策：規(guī)范各軍種嵌入式計算機的煙囪式發(fā)展。普及Ada語言。采用商用現(xiàn)貨(COTS)和開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。嵌入式計算機的應用前景1)電子戰(zhàn)武器2)C4ISR系統(tǒng)3)精密制導的智能化武器嵌入式計算機的應用前景就嵌入式計算機而言將會有以下發(fā)展前景： (1)追求小而輕 (2)提高可靠性 (3)提高性能指標 (4)模塊化的可靈活拼接的硬件和軟件。 (5)高智能化 (6)防核輻射和防核電

15、磁脈沖 (7)分布式應用 (8)研制新的統(tǒng)一的編程語言2 軍用計算機 一、軍用計算機的應用、技術 與特點二、軍用計算機的分類三、軍用計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)四、軍用計算機的發(fā)展趨勢軍用計算機的應用、技術與特點1、軍用計算機的應用2、軍用計算機技術3、軍用計算機特點軍用計算機的應用 軍用計算機的主要用途有四個方面： (1)用于科學計算。 例如：核爆模擬計算，人造衛(wèi)星與彈道導彈運動軌跡計算等。 (2)用于軍事信息處理。 如對高速飛行目標的各種信息進行分析綜合；對戰(zhàn)場預警、雷達搜索與跟蹤、遙感探測的各種數(shù)據(jù)進行處理；對大型武器系統(tǒng)的位置、射速、目標分配進行調(diào)整；對戰(zhàn)場上敵我雙方態(tài)勢信息的處理、顯示及威脅評估

16、與決策方案的優(yōu)化等。軍用計算機的應用 3)用于自動控制和過程控制。 例如導彈的制導控制和武器系統(tǒng)的火力控制，飛機、艦艇、地面戰(zhàn)斗車輛的自動駕駛以及軍工部門的生產(chǎn)自動化管理。(4)用于發(fā)展智能武器。 即用于發(fā)展能有意識地尋找、辨別、跟蹤、打擊敵方目標的武器。軍用計算機的應用 典型的軍事應用系統(tǒng)例如： 美軍的全球指揮控制系統(tǒng)(GCCS)，是為美軍提供戰(zhàn)略指揮控制功能的計算機系統(tǒng)。 在戰(zhàn)術指揮控制系統(tǒng)方面，海軍在航空母艦、巡洋艦、驅(qū)逐艦和兩棲登陸艦上安裝有海軍(戰(zhàn)術)先進作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)(ACDS) 陸軍的21世紀部隊旅及旅以下戰(zhàn)斗指揮系統(tǒng)(FBCB2)是一個數(shù)字化的作戰(zhàn)指揮信息系統(tǒng)，已裝備于美國第一個

17、數(shù)字化步兵師第四步兵師，該師裝備了約1200臺APPlique+標準計算機以及大量車載的“野戰(zhàn)2000(FW2000)”系列計算機。軍用計算機技術 現(xiàn)代計算機技術組成：硬件技術、軟件技術和網(wǎng)絡技術。硬件技術主要包括：體系結(jié)構(gòu)、處理器、存儲器、輸入與輸出設備、總線和接口等技術。軟件技術主要包括：系統(tǒng)軟件(如操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、編程語言)支撐軟件和應用軟件等技術。網(wǎng)絡技術主要包括：網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡協(xié)議、網(wǎng)絡管理、網(wǎng)絡互連、網(wǎng)絡安全、網(wǎng)絡服務和網(wǎng)絡融合等技術軍用計算機技術通常軍用計算機技術主要涉及以下幾個方面：(1)為適應軍事應用環(huán)境所采用的技術 例如計算機加固技術，包括抗惡劣環(huán)境的加固技術和防信息

18、泄漏的加固技術。 (2)為適應武器系統(tǒng)平臺所采用的技術 例如嵌入式計算機技術、實時計算機技術、分布式計算機技術及與之相關的嵌人式操作系統(tǒng)、實時操作系統(tǒng)和分布式操系統(tǒng)等技術。軍用計算機技術(3)為保證軍用計算機系統(tǒng)可靠、安全、保密運行所采用的技術。 例如容錯計算機技術、計算機和網(wǎng)絡安全技術、安全操作系統(tǒng)技術。(4)專用設備技術。 例如武器系統(tǒng)中的A/D、D/A轉(zhuǎn)換設備技術，前者用以接收雷達、聲納、激光、紅外等各種探測設備來的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入計算機處理，后者將處理結(jié)果從數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量用以控制武器系統(tǒng)。軍用計算機技術 (5)系統(tǒng)集成與軍用計算機應用相關的技術。 例如：圖形圖像處理技術、計

19、算機仿真技術，虛擬現(xiàn)實(VR)技術、模式識別技術、可視化技術、多媒體技術、智能技術以及當今普遍關注的移動計算技術、數(shù)據(jù)融合技術和網(wǎng)格計算與應用技術。軍用計算機特點軍用計算機的最主要特點：n可靠n安全n實時n抗惡劣環(huán)境n嵌入高可靠性 影響軍用計算機可靠性的因素有外部的和內(nèi)部的兩個方面。 外部因素主要是各種惡劣的環(huán)境因素，對此，必須有針對性地采取加固措施，使外部因素對可靠性的影響減到最少； 內(nèi)部因素主要包括器件性能老化，偶然失效和硬軟件缺陷等。通常對元器件要進行各種嚴格測試和篩選，在設計和生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)進行嚴格的質(zhì)量控制，制定可靠性大綱，進行可靠性分配，可靠性設計(如降額設計，冗余和容錯設計)，可

20、靠性分析評價，可靠性評審和可靠性試驗等，以確保軍用計算機的可靠性。高安全性 隨著計算機及網(wǎng)絡的普及和應用，病毒、黑客、電磁泄漏等安全事件層出不窮，而且愈演愈烈。尤其在信息化作戰(zhàn)中，計算機為核心的信息系統(tǒng)是敵人攻擊的重點目標。計算機內(nèi)的信息是軍事情報的重要來源，為此，在操作系統(tǒng)的安全、數(shù)據(jù)庫安全、信息的存儲、處理和傳輸?shù)陌踩确矫姹仨毑扇烂艽胧┮苑乐剐畔⑿孤?、黑客攻擊和病毒入侵，確保軍用計算機安全性 。強實時性 武器裝備系統(tǒng)中的計算機主要功能就是要完成實時處理，要求中斷響應時間短、運算速度快及具有高速數(shù)據(jù)傳輸率等。 以防空導彈指揮控制系統(tǒng)為例，整個防空導彈武器系統(tǒng)對其中的指揮控制系統(tǒng)的要求是：

21、反應時間短，能對付高速機動目標的大規(guī)模密集空襲；在戰(zhàn)術上能實現(xiàn)點和區(qū)域防御；實現(xiàn)多個火力單元、多種武器配系的協(xié)同作戰(zhàn)；有效的大范圍戰(zhàn)場管理等。這就要求指揮控制系統(tǒng)的計算機有非常強的實時響應能力?？箰毫迎h(huán)境 各類戰(zhàn)場上使用的計算機有著一個共同特點，就是使用環(huán)境極其惡劣，僅以溫度為例，計算機的應用從熱帶海洋性氣候、大陸干燥氣候到寒帶大陸性氣候，其溫差變化達數(shù)十攝氏度。因此無論是戰(zhàn)場上直接使用的計算機，還是運載工具上使用的計算機，都應當考慮惡劣的使用環(huán)境。計算機要經(jīng)受嚴寒、高溫、濕熱、振動、沖擊、暴曬、雨淋、砂塵、雷電的考驗，以及鹽霧、霉菌、生物蛀蟲的侵蝕帶來的影響等。在核戰(zhàn)爭或在外層空間條件下工作

22、的計算機，還應有抗核輻射和抗電磁脈沖加固措施，使其在遭受核爆或電磁脈沖彈攻擊或外層空間強輻射環(huán)境下仍能正常工作，保證完成預定的任務。嵌入宿主系統(tǒng) 軍用計算機多數(shù)是嵌入武器裝備或武器系統(tǒng)之中的嵌入式計算機，所以和一般民用計算機有一個很大的不同，就是在體積、重量、形狀和功能等方面有特別嚴格的要求，必須適應宿主系統(tǒng)所能提供的條件。另外，根據(jù)系統(tǒng)設計的監(jiān)控程序或操作系統(tǒng)、應用程序的一部分或全部常采取固化措施以提高可靠性和可維護性。 此外，軍用計算機在外圍設備方面，除了配置常用的外部設備外，通常還加接一些專用的外部設備和接口。軍用計算機的分類n按基本工作原理：馮諾依曼型和非馮諾依曼型計算機。n按數(shù)據(jù)的表

23、示方式和計算原理：數(shù)字計算機和模擬計算機。n數(shù)字計算機按其性能、規(guī)模及價格：巨型、大型、中型、小型及微型計算機。n按其應用范圍：專用和通用計算機。n按其軍事應用特點:實時計算機、容錯計算機、嵌入式計算機和火控計算機等.軍用計算機的分類n按體系結(jié)構(gòu):單處理機、多處理機、分布式計算機等。n按其裝載平臺:車載、機載、艦載、彈載、星載和穿戴式、便攜式、手持式計算機等。n此外，為適應惡劣環(huán)境使用要求或特定環(huán)境安全使用要求，可分為未加固和加固計算機(如抗惡劣環(huán)境計算機和防信息泄漏計算機)。車載計算機 車載計算機(VehicleMounted computer)是指安裝在車輛上的計算機。這里主要是指安裝在各

24、種軍用車輛上的計算機。n地面突擊車輛，如坦克、步兵戰(zhàn)車、裝甲運送車等；n火力支援車輛，包括自行壓制武器(自行迫擊炮、自行加榴炮等)自行反坦克武器(自行反坦克炮、反坦克導彈發(fā)射車等)自行防空武器(自行高射炮、防空導彈發(fā)射車等)；n電子信息車輛，如偵察、指揮、通信、電子對抗等裝甲車；n裝甲保障車輛，如工程、技術、后勤保障車。車載計算機是車載電子系統(tǒng)中的核心設備車載計算機車載計算機主要用于：n武器控制n通信n指揮n電子對抗n模擬訓練n軍事技術裝備檢測車載計算機的特點是：實時性強機載計算機 機載計算機(Air-bome computer)是安裝在飛機、直升機等航空器上的計算機。 機載計算機主要用于:導

25、航計算、大氣數(shù)據(jù)處理、飛行控制、發(fā)動機控制、雷達信號處理、火力控制、電子偵察、電子干擾、地形跟隨、地物回避、敵我識別、加密通信、綜合顯示和系統(tǒng)性能管理等。機載計算機 按數(shù)據(jù)和信號這兩種處理對象，機載計算機可分為信號處理計算機和數(shù)據(jù)處理計算機。n信號處理計算機處理雷達信號、通信導航和敵我識別信號、電子戰(zhàn)信號、慣性參照信號等；n數(shù)據(jù)處理計算機專用于計算、管理、數(shù)據(jù)形態(tài)變換等，主要用于任務管理和飛行管理。機載計算機按應用對象可把機載計算機分為以下幾種： (1)飛行管理計算機：實現(xiàn)性能管理、制導、導航、發(fā)動機參數(shù)顯示和乘員告警等功能； (2)任務管理計算機：實現(xiàn)火控計算、存儲管理、地形跟蹤地形防撞管理

26、、空勤管理、防務警理等功能； (3)飛行控制計算機：實現(xiàn)飛行控制系統(tǒng)中的核心控制功能； (4)推力管理計算機：對發(fā)動機的推力等有關參數(shù)進行管理； (5)火力控制計算機； (6)大氣數(shù)據(jù)計算機：測量和計算與大氣數(shù)據(jù)有關的飛行參數(shù)。艦載計算機 艦載計算機(Ship-Borne Computer)是配備于艦艇上適應艦船使用環(huán)境的計算機。它是艦船的作戰(zhàn)指揮、控制、通信、導航、火力控制、電子對抗等系統(tǒng)中的核心部件。 其主要功能：完成信息的獲取、傳輸和綜合處理。 分為：專用機和中心機兩種。 艦載計算機艦載計算機主要用于以下幾方面：(1)組成艦艇作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)；(2)組成艦艇綜合火力控制系統(tǒng)；(3)組成艦

27、艇綜合導航系統(tǒng)。(4)組成艦載電子對抗系統(tǒng)。艦載計算機艦載計算機的特點：n具有較強的實時處理能力，對于各種實時請求能迅速地作出響應和處理；n具有防止海洋濕熱、鹽霧、霉菌的嚴重侵蝕和抗振動、沖擊、搖擺等抗惡劣環(huán)境的能力；n具有良好的電磁兼容性、可靠性和可維護性；n應按照系列化、標準化的要求，實現(xiàn)功能模塊化、結(jié)構(gòu)模塊化和軟件模塊化，以便根據(jù)不同的任務要求，組成各種不同規(guī)模的計算機應用系統(tǒng)。 彈載計算機 彈載計算機(Missile-borne computer)是指安裝在導彈上，對導彈的飛行進行實時計算、實時控制和數(shù)字信號處理等的專用嵌入式計算機，又稱彈上計算機，是導彈制導和控制系統(tǒng)的重要組成部分。

28、彈載計算機 彈載計算機是一種嵌入式計算機。具有體積小而輕、功耗低、可靠性高、實時性強和能抗惡劣環(huán)境等特點。此外，應用在不同的環(huán)境尚有一些不同的要求。 例如戰(zhàn)略導彈中的計算機要求具有一定的核突防能力；用于精確打擊的導彈未制導地圖匹配的相關計算機必須具有每秒幾十億次的高速運算能力及大容量存儲器；小型導彈上的計算機則要求小型化、輕型化；運載火箭中制導和控制的計算機則必須具有對慣性測量敏感器件、時序驅(qū)動、伺服機構(gòu)、地面計算機和箭上網(wǎng)絡、總線等設備相關的多樣性接口。 星載計算機 星載計算機(Satellite-borne Computer)是用于衛(wèi)星、飛船等航天器上的計算機。 它是姿軌控制系統(tǒng)的核心部件

29、。它用于完成姿態(tài)和軌道控制，即在衛(wèi)星、飛船等航天器飛行過程中完成姿態(tài)敏感裝置測量數(shù)據(jù)的采集與處理，控制策略的實時計算，執(zhí)行機構(gòu)控制指令的輸出，星上數(shù)據(jù)管理設備或地面測控系統(tǒng)發(fā)出的控制指令的接收及處理，姿控系統(tǒng)信息的收集及向地面測控系統(tǒng)的反饋。它也可用于數(shù)據(jù)管理、能源管理、通信管理、容錯管理及有效載荷管理和控制等。 星載計算機星載計算機的特點：u小而輕、功耗低、實時處理能力強u可靠性高、工作壽命長u能在振動、沖擊、電磁干擾、空間粒子輻射、核輻射等惡劣環(huán)境和無人維修的情況下長期連續(xù)運行 火控計算機(Fire Control computer)是武器系統(tǒng)中用于實施火力控制的嵌入式計算機，它是火力控制

30、系統(tǒng)的核心設備。 火控計算機的發(fā)展已經(jīng)歷了機械模擬、機電模擬、全電子模擬、數(shù)?；旌虾蛿?shù)字式五個階段?；鹂赜嬎銠C 火控計算機的主要任務： 根據(jù)目標探測器(如光學儀器、雷達、紅外電視及激光跟蹤器等)提供的目標坐標(如目標的方位角、高低角、斜距等)，計算目標運動參數(shù)，修正自然因素(如風速、風向、大氣密度、重力等)對射擊諸元的影響。對于行進中的火力控制系統(tǒng)，還應從武器載體姿態(tài)、運動參數(shù)測量裝置和定位導航系統(tǒng)來獲得數(shù)據(jù)以對瞄準和射擊諸元進行補償和修正，按設定的彈道實時而連續(xù)地計算出準確擊中目標的射擊諸元(如射角、提前方位角、射彈引信分劃值等)，并實時將它們傳給武器發(fā)射控制裝置(如高射炮的伺服機構(gòu)、導彈飛

31、行控制參數(shù)裝定接口部件等)，操縱武器自動跟蹤射擊目標。此外，火控計算機還具有某些控制和管理功能，如穩(wěn)定自行武器的瞄準線和火炮軸線、彈藥管理、武器的行軍狀態(tài)與戰(zhàn)斗狀態(tài)管理、自檢與故障診斷等。 火控計算機模擬式火控計算機數(shù)字式火控計算機模擬數(shù)字混合式計算機火控計算機按所用技術按承擔的戰(zhàn)術任務單一武器控制眾多武器控制綜合控制的火控計算機火控計算機按用途高射炮射擊火控計算機地面火炮射擊火控計算機魚雷射擊火控計算機深水炸彈火控計算機艦載火控計算機潛艇火控計算機導彈射擊火控計算機坦克火控計算機機載火控計算機 各種火控計算機的共同特點如下： (1)實時性強。根據(jù)探測器測得的目標坐標，能快速、正確地計算出目標

32、運動參數(shù)和擊中目標的射擊諸元，并控制武器自動跟蹤、射擊目標。 (2)可靠性高。能在溫度、濕度、沖擊、振動、電磁場、鹽霧及輻射等各種惡劣環(huán)境條件下，仍具有高可靠性和良好的可維護性。 (3)結(jié)構(gòu)緊湊。小而輕，能適應如飛機、艦艇、車輛等載體的要求。隨著武器系統(tǒng)自動化程度的不斷提高，要求火控計算機的功能不斷擴展，不僅能解算射擊諸元，同時還增加了敵我運動姿態(tài)的顯示、多批目標的火控分配、射擊區(qū)域的選擇、最佳發(fā)射數(shù)量等輔助指揮決策功能。 火控計算機 實時計算機(Realtime Computer)是能以足夠快的速度，響應外部事件和對輸入信息進行處理。并在規(guī)定時間內(nèi)發(fā)出處理結(jié)果的計算機。 它區(qū)別于一般計算機的

33、最主要標志是其實時性。即在規(guī)定的時間內(nèi)完成確定的任務和處理隨機事件的能力，系統(tǒng)對外部事件能及時響應，及時處理并及時發(fā)出處理結(jié)果，以便足以控制發(fā)出實時信號的過程，使所有實時設備和實時任務協(xié)調(diào)一致地執(zhí)行。實時計算機通常與某一過程控制相聯(lián)系，并成為整個自動控制系統(tǒng)的一部分。實時計算機實時計算機 實時計算機的信息流程大致可以分為四個階段：n數(shù)據(jù)的測定或數(shù)據(jù)收集；n數(shù)據(jù)的處理及報告；n對數(shù)據(jù)處理的結(jié)果進行判斷并做出決定；n執(zhí)行所作出的決定或輸出結(jié)果。實時計算機實時計算機不同于一般計算機的主要特征：n硬件，中斷系統(tǒng)按中斷級優(yōu)先順序響應中斷，而實時中斷為高優(yōu)先級，同時，要求中斷響應時間短，運算速度快，數(shù)據(jù)傳

34、輸率高。此外，實時計算機中除通用外部設備外，通常還需要加接一些專用外部設備。n有實時操作系統(tǒng)的支持，應提供基于強占和優(yōu)先級的實時任務調(diào)度機制，死鎖偵測和特殊的進程間通信機制，操作系統(tǒng)開銷要小，進程切換要快、中斷屏蔽時間和中斷處理時間要短。n實時應用程序，特別是其實時部分應常駐留在系統(tǒng)核心中，在一些特殊的應用場合，將固化實時操作系統(tǒng)和實時應用程序的部分或全部。n 具有高可靠性和高可用性，要求高可靠性的實時系統(tǒng)一般都采用容錯計算機?？纱┐饔嬎銠C 可穿戴計算機(Wearable Computer) 是一種可供穿戴的計算機。即可戴在手腕上、系在腰帶上、嵌入在眼鏡框架上或編織在衣服內(nèi)的個人計算機(PC)

35、。 它具有普通PC機的全部功能，可用于多媒體娛樂、電子郵件收發(fā)、衛(wèi)星定位信號接收、文字處理外，還具有環(huán)境感知、生理狀態(tài)監(jiān)測、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、提高人的感知能力等功能，可隨時主動或被動地為使用者提供各種服務。與傳統(tǒng)PC和筆記本計算機相比，它的最大特點是在使用時可以讓使用者將雙手徹底解脫出來，可以在移動的過程中工作，攜帶和應用更加自然和方便，特別適合野外和機動場合下的應用。可穿戴計算機n由于應用環(huán)境，應用方式和穿戴性約束，通常要求可穿戴計算機在溫度、濕度、振動、沖擊、防水、防塵、抗腐蝕、電磁兼容等方面具有抗惡劣環(huán)境性能。n按構(gòu)成形態(tài)，可穿戴計算機可分為集中式和分布式兩種。n可穿戴計算機的輸入主要

36、有：語音、鍵盤、手寫、視頻(如攝像機、夜視儀)GPS、無線通信機、PDA、光學探測設備。輸出主要是目鏡式和頭盔式顯示器，用以顯示戰(zhàn)場態(tài)勢、地圖等。此外也有固定在手腕上的顯示器。預計薄膜顯示器和編織在衣服上、袖子上的顯示器也會很快推出。音頻輸出為揚聲器和耳機。n實現(xiàn)可穿戴計算機的主要技術難點是體積小而輕、功耗低、高可靠與高能電池、穿戴的舒適性與柔軟性、理想化的用戶界面與新操作方式等。軍用計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1軍用電子系統(tǒng)的三個發(fā)展階段2、支持綜合電子系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)軍用電子系統(tǒng)的三個發(fā)展階段 以軍用航空電子系統(tǒng)為例，軍用電子系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展階段：n分立式 (Discrete

37、d System)u聯(lián)合式 (Federated System)u綜合式結(jié)構(gòu) (IS) 早期的航空電子系統(tǒng)為分立式結(jié)構(gòu)，各分系統(tǒng)及設備(雷達、慣性導航等)的控制、處理、顯示均自成獨立體系。系統(tǒng)以堆砌的組合方式構(gòu)成，各分系統(tǒng)不能共享信息，每個分系統(tǒng)必須依賴駕駛員的操作，操作人員要不斷從各分系統(tǒng)接收信息，以保持對武器系統(tǒng)及外界態(tài)勢的了解。所以，分立式系統(tǒng)使駕駛員負擔過重，且分系統(tǒng)及設備間電磁干擾嚴重，系統(tǒng)可靠性差。分立式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 聯(lián)合式系統(tǒng)是在各分系統(tǒng)及設備自成體系的前提下，通過系統(tǒng)級數(shù)據(jù)總線進行信息交連，使各分系統(tǒng)能協(xié)調(diào)合作地完成使命任務的一種航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 這種結(jié)構(gòu)的特點是各分系統(tǒng)(要含總

38、線接口)仍相對獨立，但在主控計算機(含有總線控制器及軟件，它也可由某個分系統(tǒng)計算機充當)的統(tǒng)一控制下(為提高可靠性，常設有和主控計算機相同的備份計算機)可進行信息的交換、調(diào)度、集中顯示和控制。 聯(lián)合式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)綜合式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 綜合式系統(tǒng)以共用模塊為基礎，采用開放式結(jié)構(gòu)，打破傳統(tǒng)的以設備來劃分系統(tǒng)的方法，而以功能為依據(jù)將同一類功能融匯在一個功能區(qū)，而整個系統(tǒng)由若干功能區(qū)經(jīng)各種信息傳輸手段交聯(lián)在一起，實現(xiàn)綜合管理和資源共享及重構(gòu)能力，提高了系統(tǒng)綜合作戰(zhàn)能力，減少了設備的體積和質(zhì)量，降低了成本，改善了系統(tǒng)的可靠性、可維護性和規(guī)模的可變性。綜合式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(1) 基于功能分區(qū)概念；(2) 基于分布處

39、理概念；(3) 基于開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；(4) 標準化、模塊化；(5) 資源共享與容錯；(6) 向智能化發(fā)展；(7) 向網(wǎng)絡化發(fā)展。 支持綜合電子系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1）美國空軍“寶石柱”計劃與共用綜合處理機CIP2）美國空軍“寶石臺”計劃與綜合核心處理機ICP“美國空軍“寶石柱”計劃與共用綜合處理機 (1)“寶石柱”計劃 “寶石柱”計劃是美國空軍20世紀80年代中期提出的綜合航空電子系統(tǒng)預先發(fā)展計劃，于1987年公布寶石柱航空電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)規(guī)范，1992年完成研究并公布“寶石柱”實驗室研究最終報告。它是軍用航空電子系統(tǒng)由聯(lián)合式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)向綜合式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的標志，采用共用綜合處理機(CIP)作為核

40、心處理機，為綜合航空電子系統(tǒng)的發(fā)展打下了基礎。 特點：“寶石柱”打破傳統(tǒng)的以設備劃分分系統(tǒng)的方法，采用功能分區(qū)概念，將航空電子系統(tǒng)按功能劃分為三個功能區(qū)： 傳感器管理區(qū)； 任務管理區(qū)； 飛機管理區(qū)?！皩毷笔状尾捎酶咚俟饫w總線作為系統(tǒng)的互連總線，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)、任務的綜合?！皩毷辈捎瞄_放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和二級維護的模塊化結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)從外場可更換單元(LRU)到外場可更換模塊(LRM)的轉(zhuǎn)變。美國空軍“寶石柱”計劃與共用綜合處理機美國空軍“寶石柱”計劃與共用綜合處理機(2)共用綜合處理機CIP CIP是“寶石柱”計劃和F-22戰(zhàn)斗機中用于全機控制，任務計算與管理、信號及數(shù)據(jù)處理的計算機，是支持綜合航空電子系統(tǒng)的核心處理機系統(tǒng)。支持所有傳感器子系統(tǒng)的處理在一個綜合的處理系統(tǒng)中完成，允許傳感器子系統(tǒng)之間信息共享。支持使用共享數(shù)據(jù)區(qū)的多個并行處理，實時任務處理和系統(tǒng)管理。支持容錯，在標準的SEM-E型外場可更換模塊(LRM)一級上實現(xiàn)