|
1 引言 導彈引信是一種能感應目標或其他預定的信息，并適時引爆戰(zhàn)斗部的一種裝置。引信的 性能在很大程度上決定了導彈系統(tǒng)的整體殺傷效力，鑒于引信在導彈系統(tǒng)中的重要地位，有 必要對引信進行深入的研究和科學的設計。 一般來說，引信仿真包括半實物仿真和全數(shù)字仿真。半實物仿真僅僅模擬引信的外部環(huán) 境，而引信由具體的實物充當，需要仿真的引信外部環(huán)境包括制導系統(tǒng)（交會條件）、目標 環(huán)境、戰(zhàn)斗部環(huán)境、干擾環(huán)境、雜波環(huán)境等等，具體的引爆規(guī)律嵌入在實物引信中，在仿真 過程中,引信專用測控設備負責采集引信實際引爆時刻等數(shù)據(jù)，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)可以對此 實物引信的引戰(zhàn)配合效率進行*估及可視化分析，從而全面了解此實物引信的性能。全數(shù)字 仿真不僅模擬引信的外部環(huán)境，而且模擬引信本身，由于引信本身是由數(shù)字仿真得到的，其 引爆規(guī)律可以靈活定制，因此在全數(shù)字仿真模式下可以方便地研究各種引戰(zhàn)配合規(guī)律。 仿真環(huán)境是復雜多變的，為了減輕仿真測試的工作量，提高引信仿真測試的效率及可信 度，實現(xiàn)引信仿真測試的自動化，有必要建立一套引信仿真測試可視化系統(tǒng)，其中系統(tǒng)控制 軟件是不可或缺的，系統(tǒng)控制軟件一方面在半實物仿真模式下作為整個系統(tǒng)的控制中心，另 一方面在全數(shù)字仿真模式下可以獨立的進行引信的仿真測試。 2 設計與實現(xiàn) 2．1 設計思想 在設計引信仿真測試可視化系統(tǒng)軟件時充分考慮到了引信的半實物及全數(shù)字兩種仿真 模式，在軟件中建立了兩種的獨立的工作模式：半實物模式和全數(shù)字模式。在使用時用戶能 夠方便的在兩種工作模式之間進行切換，兩種工作模式下使用不同的系統(tǒng)配置，包括數(shù)據(jù)庫、 用戶界面、相應模塊的使能與禁用等，具體實現(xiàn)方法是：將兩種工作模式的系統(tǒng)配置保存在 系統(tǒng)信息文件（INI 文件）中，用戶在進行工作模式切換時，將當前工作模式的配置存入INI 文件中，并且讀出切換工作模式的配置信息，對系統(tǒng)重新進行配置。 系統(tǒng)軟件運行在高性能的工作站上，在Visual C++平臺上開發(fā)，主要依托于MFC 類庫、 OpenGL 圖形庫、Vega 視景仿真系統(tǒng)、WinDriver 驅(qū)動開發(fā)工具等，大體可以分為自動測試 視圖、數(shù)據(jù)分析視圖、三維演示視圖、報表打印視圖等工作視圖。 2．2 半實物仿真工作模式 2．2．1 系統(tǒng)整體架構(gòu) 圖 1 引信仿真測試可視化系統(tǒng)整體架構(gòu) 圖 1 所示為半實物仿真工作模式下引信仿真測試可視化系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)圖，其中，引 信是真實的待測物。系統(tǒng)軟件運行在虛線框內(nèi)的工作站上，是整個系統(tǒng)唯一的控制中心，測 試系統(tǒng)在控制中心的統(tǒng)一調(diào)度下完成測試任務。體目標模擬器用來仿真體目標回波信號，而 干擾模擬器用來產(chǎn)生干擾信號，回波信號與干擾信號合成后通過射頻電纜注入引信。工控機 一方面用來管理體目標模擬器和干擾模擬器，完成體目標海量數(shù)據(jù)的生成及下載，另一方面 接受工作站統(tǒng)一的指揮。引信狀態(tài)監(jiān)測器主要用來實施對引信的控制和狀態(tài)監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集 器用來采集引信工作時的各種模擬及數(shù)字信號，并適時的上傳給工作站。 縱觀整個系統(tǒng)，系統(tǒng)的控制流以工作站為中心成網(wǎng)狀分布，而數(shù)據(jù)流則以順時針從工作 站出發(fā)，途徑體目標模擬器、干擾模擬器、引信、數(shù)據(jù)采集設備和引信狀態(tài)監(jiān)測器，最終又 回到工作站，從而形成一個閉環(huán)的引信自動化測試系統(tǒng)。 2．2．2 通信方式設計及實現(xiàn) 半實物仿真模式下的引信仿真測試可視化系統(tǒng)采用了分布式結(jié)構(gòu)，考慮到外場試驗的需 要，勢必要對各個模塊之間的通信進行設計和優(yōu)化。 系統(tǒng)包括了 RS485 高速串口、網(wǎng)卡、USB2.0 等通信方式，之所以采用多種通信方式， 主要是考慮到了外場試驗的需要以及各種通信方式的特點。 2．2．3 硬件同步板設計 在進行自動化測試過程中，各個模塊設備需要一個統(tǒng)一的、高精度的控制時序，由于系 統(tǒng)不是實時系統(tǒng)，且集成了多種傳輸延時不確定的通信方式，通過已有的通信方式傳輸控制 時序不能滿足精度上的要求，因此專門設計了硬件同步板。硬件同步板采用PCI 卡的方式 插在工作站上，通過雙絞線與其他四個設備直接相連，保證高精度控制時序的發(fā)送。 為了保證傳輸?shù)目煽啃�，抑制各種干擾，采用了雙絞線傳輸差分電平的方式，在工程實 踐中使用以太網(wǎng)線4 對雙絞線中的一對。 2．3 全數(shù)字仿真工作模式 全數(shù)字仿真在可信度上雖不及半實物仿真。但成本更低，由于全部功能模塊數(shù)字化，因 此各個模塊之間的通信就非常簡單了，有些模塊可以簡化甚至省略。 在全數(shù)字仿真工作模式下，工作站可以脫離所有的外部環(huán)境獨立進行仿真測試工作，其中體目標模擬器和干擾模擬器用相應的軟件模塊代替，而引信狀態(tài)監(jiān)測器及數(shù)據(jù)采集設備在 軟件實現(xiàn)上可以大大簡化。其中，實物引信的軟件仿真主要是指引戰(zhàn)配合規(guī)律的仿真，即根 據(jù)各種環(huán)境數(shù)據(jù)決定何時引爆戰(zhàn)斗部的算法實現(xiàn)。 2．3．1 軟件架構(gòu) 系統(tǒng)軟件采用模塊化的設計思想，架構(gòu)如圖 2 所示，主流程如圖3 所示。 2．3．2 多線程技術(shù)應用 由于三維圖形渲染以及數(shù)據(jù)分析過程需要占用大量的系統(tǒng)資源（CPU 和主存），如果將 三維圖形渲染放入進程的主線程中，那么主線程的時間片幾乎將被其全部占用，從而導致主 線程無法響應用戶的輸入，無法達到用戶與三維虛擬場景交互的效果。 可以通過引入多線程技術(shù)來解決這個問題，需要為三維圖形渲染單獨創(chuàng)建一個線程，在 合理的設定線程的優(yōu)先級之后，使三維圖形渲染保持足夠的幀速率，同時使得主線程能夠分 配到足夠的CPU 時間片，從而及時響應用戶的輸入，進而將輸出反映給用戶。 2．4 可視化技術(shù)應用 在傳統(tǒng)的仿真測試應用中，多利用報表及簡單的二維圖形（直方圖、數(shù)據(jù)曲線等）來進 行數(shù)據(jù)分析。引信仿真測試可視化系統(tǒng)軟件中全面引入了可視化技術(shù)，不僅可以通過圖形、 圖像的方式形象地顯示*估仿真結(jié)果及各種數(shù)據(jù)、模擬實驗過程，還可以用來驗證和調(diào)試算 法，從而達到事半功倍的效果�？梢哉f充分發(fā)揮可視化技術(shù)的優(yōu)勢及強大表現(xiàn)力是引信仿真 測試可視化系統(tǒng)軟件的一大特點。 2．4．1 利用OpenGL 實現(xiàn)引戰(zhàn)配合效率*估可視化 在特定條件下*估某種引戰(zhàn)配合規(guī)律的優(yōu)劣，一個非常重要而且直接的*判準則是在特 定交會條件下?lián)糁心繕说钠破瑪?shù)以及擊中目標的部位。在各種仿真模型建立之后，擊中目標 的破片數(shù)以及擊中目標的部位可以依據(jù)相應的算法計算出來，但是單純的數(shù)字無法提供直觀 形象的認知，而利用OpenGL 圖形庫可以將破片擊中目標的過程以及擊中目標的部位以三維 動畫的方式呈現(xiàn)給用戶，具有極強的表現(xiàn)力。 圖 4 所示為在數(shù)據(jù)分析視圖下，導彈破片擊中目標表面的動態(tài)過程。圖中目標表面的 紅色（深色）區(qū)域表示被擊中部位，根據(jù)擊中部位及相應的破片數(shù)目即可計算導彈對目標的 殺傷概率。在顯示過程中，用戶可以任意改變觀察的視角和視點，由于顯示的過程是對仿真 數(shù)據(jù)的真實反映，因此具有很高可信度及直觀性。 2．4．2 利用Vega+OpenGL 實現(xiàn)彈目交會場景三維演示 目前大多數(shù)彈目交會過程的三維場景演示都是直接利用OpenGL 實現(xiàn)的，由于OpenGL 是底層的圖形庫，所有的繪圖及渲染工作都必須從最低層做起，不僅工作量大，而且場景的 設計及管理也不是很方便。Vega 是MPI 公司開發(fā)的面向?qū)ο蟮奶摂M現(xiàn)實、實時視景仿真、 聲音仿真及可視化計算平臺，它支持復雜的視覺仿真算法，并將易用的工具和高級仿真功能 巧妙的結(jié)合起來，使用戶能在較短時間內(nèi)創(chuàng)建、編輯和運行復雜的仿真程序。 Vega 提供了直接使用OpenGL 的接口——回調(diào)函數(shù)，利用Vega 構(gòu)造場景的主要部分， 包括實時控制交會過程中目標和導彈的位置及姿態(tài)，構(gòu)造地形、海洋及天空云層等自然環(huán)境 以及雨雪霧等天氣狀況，加入飛機尾噴、爆炸、飛散殘骸、聲音等特效及通過碰撞檢測觸發(fā) 特效，實現(xiàn)同一場景的多視點多通道同時觀察等等；OpenGL 回調(diào)函數(shù)在功能上是對Vega 的 補充，主要用來完成Vega 無法或者不易完成的任務，例如在屏幕上顯示交會參數(shù)，繪制目 標及導彈的運動軌跡，繪制動態(tài)飛散的破片以及各種波束等,場景如圖5 所示。 3 結(jié)論 引信仿真測試可視化系統(tǒng)軟件不僅作為半實物仿真的控制與分析中心，而且可以獨立進 行全數(shù)字的引信仿真測試，在傳統(tǒng)引信仿真的基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)軟件中全面的引入了可視化技 術(shù)，極大增強了軟件的效率及表現(xiàn)力。 |
