基于DIS與HLA的雷達(dá)系統(tǒng)視景仿真系統(tǒng)研究*

糜小兵 朱 峰 孟獻(xiàn)軻

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所 南京 210007)

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基于DIS與HLA的雷達(dá)系統(tǒng)視景仿真系統(tǒng)研究*

糜小兵 朱 峰 孟獻(xiàn)軻

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所 南京 210007)

該仿真技術(shù)從單機(jī)平臺(tái)到基于HLA的分布式交互仿真,視景仿真在這些仿真技術(shù)平臺(tái)上在軍事、科學(xué)研究、建筑等諸多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。在雷達(dá)系統(tǒng)越發(fā)復(fù)雜、設(shè)備成本越發(fā)高昂的今天,采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試、訓(xùn)練與研究,不但可以全面提高效率,也可以有效降低成本,對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)試、評(píng)估等方面都有良好的輔助作用。

DIS; HLA; 視景防真; 分布式

Class Number TN95

1 引言

伴隨仿真技術(shù)的發(fā)展,從單機(jī)平臺(tái)到SIMNET(Simnlation Network)再到目前的基于HLA(High Level Architecture)的分布式交互仿真(Distributed Ineractive Simulation,DIS),視景仿真也在這些仿真技術(shù)平臺(tái)上在軍事、科學(xué)研究、建筑等諸多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用,分步式交互是視景仿真的重要發(fā)展方向[1]。在雷達(dá)系統(tǒng)越發(fā)復(fù)雜、設(shè)備成本越發(fā)高昂的今天,采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試、訓(xùn)練與研究,不但可以全面提高效率,也可以有效降低成本[2]。

2 DIS體系結(jié)構(gòu)

DIS是指以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為支撐,利用網(wǎng)絡(luò)將分步在不同地理位置的不同類(lèi)型的仿真模塊聯(lián)結(jié)統(tǒng)一起來(lái),通過(guò)模塊間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信構(gòu)成一個(gè)時(shí)空一致的大范圍以及多參與者協(xié)同作用的復(fù)雜綜合性仿真環(huán)境[3]。DIS是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行模塊通信,其通信協(xié)議主要遵循于IEEE標(biāo)準(zhǔn)、ISO標(biāo)準(zhǔn)、Internet標(biāo)準(zhǔn)[4]。在一個(gè)DIS網(wǎng)絡(luò)中有許多網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),每個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)(Simulation Node)既可以是仿真主機(jī)(Simulation Manager),也可是網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備,另外仿真主機(jī)中通常會(huì)包含一個(gè)仿真應(yīng)用(Simulation Application),一個(gè)或者多個(gè)仿真應(yīng)用構(gòu)成一個(gè)仿真演練系統(tǒng)(Simulation Exercise),圖1給出上述幾個(gè)術(shù)語(yǔ)的相互關(guān)系[5]。

3 高層體系結(jié)構(gòu)HLA

HLA(High Level Architecture)是MSMP的核心內(nèi)容,是從體系結(jié)構(gòu)上對(duì)DIS不足之處進(jìn)行完善,從而滿(mǎn)足分步式仿真的可重用和交互操作的需要。HLA主要由三部分組成[6]:

1) 對(duì)HLA運(yùn)行進(jìn)行支撐的系統(tǒng)RTI(Run Time Infrastructure)。

2) 一組用于保證HLA兼容性的規(guī)則。

3) 一個(gè)公共的對(duì)象模型模板(Common Model Definition)和形式規(guī)范(Specification Formalism)。

圖1 DIS基本概念及相互關(guān)系

基于HLA框架的仿真系統(tǒng),不把具體的仿真應(yīng)用和聯(lián)邦成員的構(gòu)建作為其重點(diǎn),而是強(qiáng)調(diào)在已用的聯(lián)邦成員之間如何實(shí)現(xiàn)相互操作從而組成一個(gè)聯(lián)邦,這樣既可以把應(yīng)用層和底層的支撐系統(tǒng)分離開(kāi)來(lái),又可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展和模塊能夠相互獨(dú)立的開(kāi)發(fā)[7]。圖2為一個(gè)典型的聯(lián)邦仿真結(jié)構(gòu)。

圖2 HLA聯(lián)邦仿真結(jié)構(gòu)

4 仿真目標(biāo)及框架設(shè)計(jì)

視景仿真平臺(tái)在基于HLA架構(gòu)下,主要完成把利用Vega API加載Creator創(chuàng)建的模型數(shù)據(jù)庫(kù)完成各種雷達(dá)場(chǎng)景中模擬演示,比如雷達(dá)工作狀態(tài)、飛機(jī)朝雷達(dá)飛行、視點(diǎn)的切換,多通道同時(shí)顯示雷達(dá)和飛行目標(biāo)等,把飛機(jī)的數(shù)據(jù)傳遞給回波計(jì)算平臺(tái)。在HLA的框架下,對(duì)于視景仿真平臺(tái)整個(gè)框架可以設(shè)計(jì)成三大部分:聯(lián)邦通信與數(shù)據(jù)處理、雷達(dá)場(chǎng)景和飛行目標(biāo)建模、視景仿真驅(qū)動(dòng)。如圖3所示。

從圖3可知,視景仿真模塊主要和主控平臺(tái)和回波計(jì)算平臺(tái)數(shù)據(jù)通信,具體是視景仿真模塊從主控平臺(tái)獲取要調(diào)入的飛機(jī)的型號(hào)、速度、初始位置和姿態(tài),其中飛機(jī)的型號(hào)以從模型數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)并加載,然后在仿真過(guò)程中把飛機(jī)改變后的位置和姿態(tài)的傳遞給回波計(jì)算平臺(tái),這樣協(xié)同工作,與其它聯(lián)邦成員共同完成整個(gè)仿真任務(wù)。

圖3 視景防真框架設(shè)計(jì)

5 系統(tǒng)測(cè)試及視景仿真效果

整個(gè)仿真系統(tǒng)的由pRTI為支撐以及相關(guān)的軟件為輔助,遵循HLA架構(gòu),其仿真節(jié)點(diǎn)由六臺(tái)性能強(qiáng)大的圖形工作站組成硬件平臺(tái),其硬件平臺(tái)和軟件環(huán)境分別如表1和表2所示。

表1 仿真節(jié)點(diǎn)硬件參數(shù)

表2 仿真系統(tǒng)的軟件環(huán)境

在視景仿真應(yīng)用中,操作者可以根據(jù)防真需求來(lái)切換視點(diǎn),只有進(jìn)入到視點(diǎn)范圍內(nèi)的場(chǎng)景、實(shí)體模型及環(huán)境特效才能被顯示出來(lái),其它部分將被裁減掉[8]。所以視點(diǎn)的管理在視景仿真中起著非常重要的作用。視點(diǎn)在視景仿真中代表著人眼或攝像機(jī)的作用[9]。在視景仿真實(shí)現(xiàn)中是以vgObserver為代表實(shí)現(xiàn)的,它用來(lái)定位、管理、渲染一個(gè)通道列表[10]。圖4、圖5為飛機(jī)不同的視點(diǎn)演示。

圖4 飛機(jī)右視圖

圖5 飛機(jī)前視圖

圖6 多通道視圖

圖7 飛機(jī)飛離雷達(dá)視圖

圖8 雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果圖

多通道視圖展現(xiàn)飛機(jī)在雷達(dá)的遠(yuǎn)距離處和當(dāng)飛機(jī)和雷達(dá)在同一視點(diǎn)內(nèi)的視圖,如圖6和圖7所示。

通過(guò)上述仿真效果可知,雷達(dá)系統(tǒng)的視景仿真模塊作為聯(lián)邦成員有效完成了飛機(jī)從雷達(dá)遠(yuǎn)距離外到飛機(jī)出現(xiàn)在雷達(dá)上方的整個(gè)過(guò)程的演示,飛機(jī)飛離雷達(dá)視圖對(duì)應(yīng)的雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果如圖8所示。

6 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了DIS到HLA整個(gè)仿真的發(fā)展歷程,對(duì)基本概念進(jìn)行了講解,給出某型雷達(dá)系統(tǒng)的聯(lián)邦仿真框架,并設(shè)計(jì)了視景仿真平臺(tái)的框架,最后給出了視景仿真平臺(tái)的演示效果圖。在雷達(dá)系統(tǒng)越發(fā)復(fù)雜、設(shè)備成本越發(fā)高昂的今天,采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試、訓(xùn)練與研究,不但可以全面提高效率,也可以有效降低成本,對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)試、評(píng)估等方面都有良好的輔助作用。

[1] 王正中.仿真學(xué)科的研究與思考[J].系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用,2007(9):1-4.

[2] 馬脊武,葉文,于鳳全,等.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在時(shí)示仿真中的應(yīng)用[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2005:21-22.

[3] Wei Ying-mei. Research on Collision Detection in Virtual Environment[D]. Changsha: National University of Defense Techology,2000:11-12.

[4] 王乘,李利軍,等.Creator可視化仿真建模技術(shù)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2005:93-95.

[5] Stephen Bachinsky, Larry Mellon, Glenn Tarboxand Richard Fujimoto. RTI 2.0 Architecture[M]. Orlando: SIW Fall 97.

[6] SkolnikM I. Radar handbook[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003:12-14.

[7] Sensor Products Guide[M]. Multigen2Paradigm Inc. U.S.A.,2000:51-52.

[8] Alfred J Menezes, Paul C van Orschot, Scott A Vanstore. Handbook of applied cryptography[M]. Publishing House of Electronic Industry,2004:434-435.

[9] 劉永坦.雷達(dá)成像技術(shù)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1999:173-174.

[10] 賈立出,王立文.改進(jìn)變步長(zhǎng)算法在實(shí)時(shí)飛行仿真中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)仿真,2007,09:100-103,136.

版 權(quán) 聲 明

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《艦船電子工程》編輯部

Radar System Visual Simulation System Based on DIS and HLA

MEI Xiaobing ZHU Feng MENG Xianke

(The 28th Reaseach Institude of China Electronics Technology Guoup Corporation, Nanjing 210007)

Simulation technology from a single platform to interat with HLA-based distributed simulation, visual simulation on these simulation technology platforms in the military, scientific research, construction and other fields has been widely used. In more complex radar systems, equipment costs more expensive today, the use of virtual reality technology for radar systems for testing, training and research, not only can improve efficiency, but also can reduce the cost of the radar system testing, eveluation and other aspects of good supporting role.

DIS, HLA, visual simulation, distributed

2015年4月5日,

2015年5月29日

糜小兵,男,碩士,工程師,研究方向:作戰(zhàn)指揮控制。朱峰,男,工程師,研究方向:作戰(zhàn)指揮控制。孟獻(xiàn)軻,男,工程師,研究方向:作戰(zhàn)指揮控制。

TN95

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.10.021