基于HLA和Vega的復(fù)雜武器操作訓(xùn)練系統(tǒng)＊

李飛翔 陳大健 張 勇

（東北電子技術(shù)研究所 燕郊 065201）

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，武器裝備裝備也日趨完備和規(guī)范。這對操作人員的操作能力提出了更高的要求。進行規(guī)范的實戰(zhàn)訓(xùn)練是十分必要的。但傳統(tǒng)的訓(xùn)練方法已經(jīng)遠遠不能滿足要求。而且，由于條件的限制，不能進行攻防形式的實戰(zhàn)訓(xùn)練?；贖LA分布式仿真和視景仿真的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)正是彌補了實戰(zhàn)訓(xùn)練的不足，可不受時間和空間的限制，實現(xiàn)不同時間、不同地域、不同天氣條件下的仿真訓(xùn)練。同時，由于HLA的可重用性，可以模擬各種復(fù)雜程度的系統(tǒng)仿真訓(xùn)練［1］。

2 HLA的特點

HLA體系結(jié)構(gòu)采用面向?qū)ο蟮姆椒▉矸治鱿到y(tǒng)。建立不同層次和力度的對象模型，從而促進了仿真系統(tǒng)和仿真部件的重用。HLA的關(guān)鍵組成部分是接口規(guī)范，定義了一個聯(lián)邦演練中支持聯(lián)邦成員通過RTI實現(xiàn)成員之間相互交互、協(xié)調(diào)和協(xié)同作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)。最顯著的特點是通過提供通用的、相對獨立的支撐服務(wù)程序，將應(yīng)用層同其底層支撐環(huán)境分離開，即將具體的仿真功能實現(xiàn)、仿真運行管理和底層的通信三者分離開來，隱蔽了各自的實現(xiàn)細節(jié)，可以使各部分相對獨立的開發(fā)，最大程度地利用各自領(lǐng)域的最新技術(shù)來實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的功能和服務(wù)［2］。

HLA主要由三部分組成：HLA規(guī)則、HLA接口規(guī)范和HLA對象模型模板（OMT，Object Model Template）。

1）HLA規(guī)則規(guī)定了聯(lián)邦及其聯(lián)邦成員所必須遵循的基本準(zhǔn)則，表述了HLA中各個部件的功能劃分及它們與RTI的關(guān)系，以保證聯(lián)邦中仿真應(yīng)用間按正確的方式進行交互。

2）HLA的接口規(guī)范定義了在仿真系統(tǒng)運行過程中，支持聯(lián)邦成員之間互操作的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)。

3）HLA要求使用對象模型來描述聯(lián)邦及聯(lián)邦中的每一個聯(lián)邦成員，該對象模型描述了聯(lián)邦執(zhí)行過程中需要交換的各種數(shù)據(jù)及相關(guān)信息。

HLA按照面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計思想和方法來構(gòu)建仿真系統(tǒng)，它是在面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計的基礎(chǔ)上劃分仿真成員，構(gòu)建仿真聯(lián)邦的技術(shù)。在HLA框架下，一個典型的仿真聯(lián)邦的邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 HLA仿真邏輯結(jié)構(gòu)

3 仿真系統(tǒng)構(gòu)建

一個復(fù)雜的武器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，對應(yīng)的作戰(zhàn)的基本要素一般包括目標(biāo)捕獲、跟蹤和打擊等幾個方面。裝備基本要素中各種形式的目標(biāo)探測、打擊手段組合在一起，就形成了形式多樣的武器系統(tǒng)［3］。

武器操作系統(tǒng)中，各裝備都有自己的指控軟件，裝備內(nèi)部各個設(shè)備也有自己的控制單元。指控軟件主要負責(zé)各個設(shè)備之間的調(diào)度，設(shè)備的控制單元則實現(xiàn)與指控軟件的通信，并根據(jù)指控的指令執(zhí)行相應(yīng)的作戰(zhàn)任務(wù)。為了保持裝備操作的一致性，不改變各裝備的指控軟件和內(nèi)部設(shè)備的控制單元，即利用TCP／IP通信建立裝備之間的聯(lián)系，利用虛擬串口工具建立裝備內(nèi)部指控與設(shè)備控制軟件之間的通信。

一些武器裝備體系作戰(zhàn)對象和作戰(zhàn)基本要素中，以圖像為主要分析和處理對象。如目標(biāo)捕獲和跟蹤從CCD和IRCCD返回的圖像中提取目標(biāo)并計算目標(biāo)當(dāng)前的角度信息，捕獲設(shè)備和跟蹤設(shè)備的控制軟件則通過角度信息控制設(shè)備伺服機構(gòu)的運轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)捕獲的持續(xù)引導(dǎo)和連續(xù)跟蹤。由此，基于Vega建立目標(biāo)捕獲、目標(biāo)跟蹤、打擊等三維視景仿真模型，它們與各個設(shè)備控制單元之間保持原有的通信方式。為了使各個模塊之間具有統(tǒng)一的時序管理、對象管理和數(shù)據(jù)分發(fā)管理，采用HLA高層體系結(jié)構(gòu)建立起武器操作仿真體系結(jié)構(gòu)。與原指控軟件和控制單元一起組成武器操作訓(xùn)練系統(tǒng)。

至此，武器操作訓(xùn)練系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成。其結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

圖2 武器操作訓(xùn)練系統(tǒng)組成框圖

由于不改變裝備原有的控制結(jié)構(gòu)，因此操作席與實際裝備保持一致。這樣，就能取得與實裝操作一樣的訓(xùn)練效果。

4 仿真程序的開發(fā)

1）三維視景仿真模型的建立

針對訓(xùn)練系統(tǒng)建立作戰(zhàn)對象的三維目標(biāo)幾何模型，并根據(jù)目標(biāo)的材質(zhì)和紋理建立目標(biāo)特性模型庫。對目標(biāo)的建模流程圖如圖3所示［4］。

圖3 三維目標(biāo)幾何模型建模過程

根據(jù)不同的作戰(zhàn)想定和作戰(zhàn)任務(wù)，還需要建立不同地形特征的三維場景幾何模型，以及相應(yīng)的目標(biāo)場景模型庫。三維地形的幾何建模采用地形的DEM（Digital Elevation Model）數(shù)據(jù)，利用 MultiGen Creator中的Terrain Project工具，將地形的DEM數(shù)據(jù)制作成地形的三維幾何模型，三維地形的幾何建模精度由DEM數(shù)據(jù)的精度決定，同時為了兼顧仿真的實時性，需進行LOD建模，建模方法框圖如圖4所示。

圖4 三維地形的幾何建模過程

此外，還需要建立大氣效應(yīng)和材質(zhì)模型庫。使目標(biāo)和場景在變化的大氣環(huán)境條件下呈現(xiàn)紋理的動態(tài)變化過程。

2）Vega視景仿真程序的開發(fā)

借助MFC在界面開發(fā)、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)庫管理、多線程支持等方面的優(yōu)勢，建立HLA聯(lián)邦成員，并加載Vega視景仿真驅(qū)動程序。程序可以從不同的視角實現(xiàn)全景展示、探測器效果模擬、不同模型的特效模擬、不同氣候的仿真等等。Vega視景仿真程序的開發(fā)過程如圖5所示［5］。

圖5 Vega視景仿真程序開發(fā)過程

此系統(tǒng)是基于HLA的武器操作訓(xùn)練系統(tǒng)，這樣可以把主要工作集中在研究系統(tǒng)性能，而不必考慮底層的仿真互操作和網(wǎng)絡(luò)通信等問題，同時由于HLA成員的可重用性，可以快速建造一個復(fù)雜的武器操作訓(xùn)練系統(tǒng)。

運行武器操作訓(xùn)練系統(tǒng)，視景仿真節(jié)點能將目標(biāo)運動、目標(biāo)捕獲與跟蹤、攻擊、目標(biāo)毀傷等效果以三維可視化的界面顯示出來。通過這樣的操作訓(xùn)練，能夠使每個操作人員熟悉實裝的操作和作戰(zhàn)效果。在實際裝備配置不足的情況下，仍然能起到很好的訓(xùn)練效果。

5 結(jié)語

基于HLA和Vega建立武器操作訓(xùn)練系統(tǒng)可以虛擬出真實的戰(zhàn)場環(huán)境，設(shè)計各種復(fù)雜環(huán)境條件和作戰(zhàn)背景下的戰(zhàn)場態(tài)勢。根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型設(shè)計的精細程度，甚至可以模擬出各種目標(biāo)捕獲和火力打擊的工作過程。采用分布式仿真系統(tǒng)和視景仿真的手段進行武器操作訓(xùn)練系統(tǒng)的仿真有著很廣泛的應(yīng)用前景［6］。

［1］杜亞琦，陳濤，高偉.基于Vega的導(dǎo)彈制導(dǎo)視景仿真系統(tǒng)［J］.應(yīng)用科技，2007，10：28－31.

［2］張家祥.HLA仿真技術(shù)應(yīng)用教程［M］.國防工業(yè)出版社，2007.

［3］高波，陳紅業(yè).基于Vega的紅外視景仿真技術(shù)［J］.光電技術(shù)應(yīng)用，2011，3：10－13.

［4］徐理德，孫文濤.基于Vega光電對抗視景仿真的研究與實現(xiàn)［J］.仿真技術(shù)，2009，3：201－203.

［5］王宏，楊建軍.基于HLA與Vega的地空對抗仿真系統(tǒng)設(shè)計［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2007，8：3702－3704.

［6］張靜，楊麥順，劉萍芬.基于Vega的視景仿真應(yīng)用系統(tǒng)研究與實現(xiàn)［J］.微電子學(xué)與計算機，2008，2：93－96.