某型艦炮武器模擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計＊

（海軍大連艦艇學(xué)院水武與防化系 大連 116018）

1 引言

為最大限度發(fā)揮某型艦炮武器系統(tǒng)的戰(zhàn)斗力，必須盡快提高操作人員訓(xùn)練水平、職掌干部指揮素質(zhì)，積極研討最新作戰(zhàn)使用方法。考慮到實際裝備數(shù)量較少，備品備件價格昂貴，維修保障實施困難，特研發(fā)基于HLA 的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)［1～2，5］，以期為作戰(zhàn)使用方法研究提供仿真試驗環(huán)境，為部隊訓(xùn)練及院校教學(xué)提供操作使用平臺。亦可進行二次開發(fā)，應(yīng)用于更大規(guī)模的作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)中，深入進行系統(tǒng)作戰(zhàn)效能最大化及各武器系統(tǒng)兼容性研究。

2 模擬訓(xùn)練系統(tǒng)需求分析

2．1 功能需求分析

某型艦炮武器模擬訓(xùn)練系統(tǒng)具有以下五項主要功能：1）精確模擬目標結(jié)構(gòu)模型、運動模型、易損模型和各種物理場下的回波信號；2）實時模擬我艦運動、搖擺、升沉及扭曲變形規(guī)律；3）實時解算艦炮射擊諸元，并模擬控制艦炮射擊；4）實時對毀傷效果進行在線評估；5）實時制定射擊指揮決策方案；

2．2 性能需求分析

1）生成目標信息必須涵蓋尺寸、易損部件相對位置［3］，目標絕對坐標信息（經(jīng)緯度）、目標相對坐標信息（方位、距離、高度）、目標絕對航向航速信息；2）可實現(xiàn)“人在回路中”控制，導(dǎo)演臺可實時改變目標運動信息；3）對空中目標可提供不少于兩種射擊方法，對海上目標可提供不少于三種射擊方法，并能靈活選用；4）操作信息數(shù)據(jù)記錄正確率不低于98%。

3 模擬訓(xùn)練系統(tǒng)運行環(huán)境

3．1 運行體系

采用基于HLA 的模擬訓(xùn)練體系結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計和編程，便于功能擴展和代碼重用。仿真系統(tǒng)的運行體系如圖1所示，各仿真節(jié)點之間的數(shù)據(jù)交互關(guān)系如圖2所示。

圖1 仿真系統(tǒng)運行體系圖

圖2 仿真節(jié)點數(shù)據(jù)交互關(guān)系圖

3．2 支持環(huán)境

1）操作系統(tǒng)

仿真導(dǎo)演臺和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用Microsoft Windows Server 2000以上版本，其余計算機采用Microsoft Windows Professional XP版本。

2）程序開發(fā)語言

軟件模塊開發(fā)采用Microsoft Visual C＋＋6．0以上版本，部分數(shù)學(xué)模型采用Matlab 6．0開發(fā)。

3）數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

選用基于標準SQL數(shù)據(jù)庫語言的關(guān)系型Oracle數(shù)據(jù)庫，具有功能強大、使用方便、便于維護等特點。

4）HLA 運行支撐環(huán)境

pRTI軟件實現(xiàn)了與平臺無關(guān)的、在HLA 接口規(guī)范中的所有服務(wù)，能為不同計算機語言開發(fā)和運行于不同平臺的聯(lián)邦成員提供即插即用的功能［5～6］，是完全線程化的軟件，支持單一線程和多線程聯(lián)邦，實現(xiàn)了C＋＋綁定，能方便實現(xiàn)原有的C／C＋＋仿真和pRTI的集成。采用該軟件運行支撐框架，能夠用最小的資源消耗提供最大的效能，使聯(lián)邦成員可以運行在多種硬件平臺上。

4 模擬訓(xùn)練系統(tǒng)方案設(shè)計

4．1 硬件方案設(shè)計

根據(jù)應(yīng)用目的和研究的需要，對該仿真系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：

系統(tǒng)內(nèi)部硬件節(jié)點間物理接口采用標準以太網(wǎng)接口，軟件接口采用HLA 規(guī)范，通過底層支撐環(huán)境RTI來進行信息交互。而硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計為考慮未來功能擴展，留有相應(yīng)接口。

各仿真節(jié)點所具備的功能如下：

1）仿真導(dǎo)演臺：設(shè)置仿真模式，如實時仿真、記錄復(fù)現(xiàn)等；作戰(zhàn)態(tài)勢初始化，包括海戰(zhàn)場自然環(huán)境、目標批數(shù)、目標個數(shù)、目標初始位置和運動規(guī)律、艦炮武器平臺位置及運動規(guī)律；對仿真系統(tǒng)實現(xiàn)“人在回路中”控制，實時改變作戰(zhàn)態(tài)勢［4］；作戰(zhàn)態(tài)勢綜合顯示和傳輸；仿真綜合管理，協(xié)調(diào)仿真對象，對仿真近程進行實時控制（如開始、暫停、繼續(xù)、停止等）；獲取仿真運行中相關(guān)數(shù)據(jù)及信息并進行記錄［5］。

2）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：存儲和管理海戰(zhàn)場自然環(huán)境數(shù)據(jù)庫；存儲和管理目標類型、結(jié)構(gòu)、易損、回波特性數(shù)據(jù)庫；存儲和管理作戰(zhàn)及多媒體數(shù)據(jù)庫；存儲仿真中的相關(guān)數(shù)據(jù)，供其他仿真節(jié)點讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。

3）環(huán)境模擬器：根據(jù)仿真導(dǎo)演臺的海戰(zhàn)場環(huán)境設(shè)置和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的相關(guān)參數(shù)，合成戰(zhàn)場環(huán)境，模擬對目標探測及艦炮武器射擊精度的影響。

4）目標模擬器：根據(jù)仿真導(dǎo)演臺的海戰(zhàn)場環(huán)境設(shè)置和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的相關(guān)參數(shù)，實時生成特定類型、批次和數(shù)量的目標，并模擬目標位置、運動、回波、是否被毀傷等相關(guān)信息。

5）目標探測系統(tǒng)：分為雷達和光電兩個子模塊。主要模擬跟蹤雷達和光電跟蹤儀的相關(guān)功能。能以一定概率對目標進行捕獲和跟蹤，實時提供目標的相對位置信息和相對速度、加速度信息。

6）記錄和評估系統(tǒng)：在線實時評估艦炮武器系統(tǒng)對目標的毀傷效能，適時發(fā)出目標“被毀傷”信息；記錄和分析仿真結(jié)果，綜合評估操作訓(xùn)練水平的高低、作戰(zhàn)使用方法的優(yōu)劣。

7）指控系統(tǒng)：簡易模擬艦艇作戰(zhàn)指控系統(tǒng)，完成情報處理、作戰(zhàn)指揮和武器控制等功能。

8）火控設(shè)備：由兩個火控臺組成，分別模擬該型艦炮武器火控設(shè)備的火控1臺和火控2臺。以模擬實現(xiàn)自主工作方式下的情報指揮和綜合火力控制等功能。

硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

4．2 軟件方案設(shè)計

軟件模塊包括八大部分，分別運行在仿真導(dǎo)演臺、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、環(huán)境模擬器、目標模擬器、目標探測系統(tǒng)、記錄和評估系統(tǒng)、指控系統(tǒng)及火控系統(tǒng)。采用HLA 規(guī)范，各仿真節(jié)點間的信息及數(shù)據(jù)傳輸均采用訂購和發(fā)布對象類屬性及交互類參數(shù)的形式，通過底層支撐環(huán)境RTI進行交互［7～8］，便于功能擴展和代碼重用。從功能角度看，整個軟件可分為：

圖3 仿真系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 各仿真節(jié)點軟件模塊示意圖

1）人機交互模塊。根據(jù)各子系統(tǒng)的任務(wù)要求和狀態(tài)，進行參數(shù)設(shè)置和功能選擇；對系統(tǒng)信息進行顯示，包括海戰(zhàn)場態(tài)勢、敵我相對運動態(tài)勢、艦炮武器狀態(tài)信息、表頁顯示、參數(shù)曲線、視景顯示等［9］。

2）聯(lián)邦成員模塊。運行聯(lián)邦成員，負責(zé)各子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的交互以及仿真過程的控制；

3）數(shù)學(xué)模型模塊。包括目標仿真模型，目標運動濾波模型、威脅判斷模型、火力分配模型，射擊指揮模型、火控解算模型、在線毀傷效能評估模型等；

4）數(shù)據(jù)庫模塊。包括管理數(shù)據(jù)庫等。記錄并存儲仿真過程中的數(shù)據(jù)；

各仿真節(jié)點的軟件模塊組成如圖4所示。

5 結(jié)語

本文基于HLA 思想提出了某型艦炮武器仿真系統(tǒng)的開發(fā)方案，對聯(lián)邦成員進行了設(shè)計，明確了系統(tǒng)的功能性需求，界定了仿真環(huán)境，給出了較為詳細的軟硬件實施方案，已經(jīng)用于指導(dǎo)某型艦炮武器仿真系統(tǒng)的開發(fā)。系統(tǒng)完成后，必將推動該型艦炮武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用方法優(yōu)化研究［10］，為部隊訓(xùn)練及院校教學(xué)提供高水平操作使用平臺。

［1］編寫組．地面防空作戰(zhàn)模擬［M］．北京：解放軍出版社，2001，1：105-108．

［2］劉忠．現(xiàn)代軍用仿真技術(shù)基礎(chǔ)［M］．北京：國防工業(yè)出版社，2007，8：82-84．

［3］馬野，蔡暢，蓋強，等．計算機仿真及軍事應(yīng)用［M］．北京：海潮出版社，2010，1：192．

［4］石教英．虛擬現(xiàn)實基礎(chǔ)及實用算法［M］．北京：科學(xué)出版社，2002，4：3．

［5］單家元，孟秀云，丁艷．半實物仿真［M］．北京：國防工業(yè)出版社，2008，4：5．

［6］威廉．謝爾曼．理解虛擬現(xiàn)實［C］／／界面、應(yīng)用和設(shè)計，其他科學(xué)（USA），2003：56．

［7］王珊珊，等．基于HLA 的艦載火控系統(tǒng)的仿真研究［J］．計算機仿真，2005，11：5-7．

［8］慕曉冬，等．基于HLA 和VR 的導(dǎo)彈武器系統(tǒng)仿真平臺設(shè)計［J］．微計算機信息，2007，12：200-201．

［9］郭齊勝，羅小明，董志明．裝備作戰(zhàn)仿真概論［M］．北京：國防工業(yè)出版社，2007，6：120．

［10］遲剛．HLA 仿真技術(shù)綜述［J］．計算機仿真，2004（7）：2．