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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的整體殺傷效力，鑒于引信在導彈系統中的重要地位，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字仿真。半實物仿真僅僅模擬引信的外部環 境，而引信由具體的實物充當，需要仿真的引信外部環境包括制導系統（交會條件）、目標 環境、戰斗部環境、干擾環境、雜波環境等等，具體的引爆規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據，根據采集到的數據可以對此 實物引信的引戰配合效率進行*估及可視化分析，從而全面了解此實物引信的性能。全數字 仿真不僅模擬引信的外部環境，而且模擬引信本身，由于引信本身是由數字仿真得到的，其 引爆規律可以靈活定制，因此在全數字仿真模式下可以方便地研究各種引戰配合規律。 仿真環境是復雜多變的，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，其中系統控制 軟件是不可或缺的，系統控制軟件一方面在半實物仿真模式下作為整個系統的控制中心，另 一方面在全數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 2．1 設計思想 在設計引信仿真測試可視化系統軟件時充分考慮到了引信的半實物及全數字兩種仿真 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配置，包括數據庫、 用戶界面、相應模塊的使能與禁用等，具體實現方法是：將兩種工作模式的系統配置保存在 系統信息文件（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，對系統重新進行配置。 系統軟件運行在高性能的工作站上，在Visual C++平臺上開發，主要依托于MFC 類庫、 OpenGL 圖形庫、Vega 視景仿真系統、WinDriver 驅動開發工具等，大體可以分為自動測試 視圖、數據分析視圖、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 系統整體架構 圖 1 引信仿真測試可視化系統整體架構 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的軟硬件結構圖，其中，引 信是真實的待測物。系統軟件運行在虛線框內的工作站上，是整個系統唯一的控制中心，測 試系統在控制中心的統一調度下完成測試任務。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，完成體目標海量數據的生成及下載，另一方面 接受工作站統一的指揮。引信狀態監測器主要用來實施對引信的控制和狀態監測，數據采集 器用來采集引信工作時的各種模擬及數字信號，并適時的上傳給工作站。 縱觀整個系統，系統的控制流以工作站為中心成網狀分布，而數據流則以順時針從工作 站出發，途徑體目標模擬器、干擾模擬器、引信、數據采集設備和引信狀態監測器，最終又 回到工作站，從而形成一個閉環的引信自動化測試系統。 2．2．2 通信方式設計及實現 半實物仿真模式下的引信仿真測試可視化系統采用了分布式結構，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化。 系統包括了 RS485 高速串口、網卡、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一的、高精度的控制時序，由于系 統不是實時系統，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送。 為了保證傳輸的可靠性，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 踐中使用以太網線4 對雙絞線中的一對。 2．3 全數字仿真工作模式 全數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。 在全數字仿真工作模式下，工作站可以脫離所有的外部環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，而引信狀態監測器及數據采集設備在 軟件實現上可以大大簡化。其中，實物引信的軟件仿真主要是指引戰配合規律的仿真，即根 據各種環境數據決定何時引爆戰斗部的算法實現。 2．3．1 軟件架構 系統軟件采用模塊化的設計思想，架構如圖 2 所示，主流程如圖3 所示。 2．3．2 多線程技術應用 由于三維圖形渲染以及數據分析過程需要占用大量的系統資源（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來解決這個問題，需要為三維圖形渲染單獨創建一個線程，在 合理的設定線程的優先級之后，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 可視化技術應用 在傳統的仿真測試應用中，多利用報表及簡單的二維圖形（直方圖、數據曲線等）來進 行數據分析。引信仿真測試可視化系統軟件中全面引入了可視化技術，不僅可以通過圖形、 圖像的方式形象地顯示*估仿真結果及各種數據、模擬實驗過程，還可以用來驗證和調試算 法，從而達到事半功倍的效果。可以說充分發揮可視化技術的優勢及強大表現力是引信仿真 測試可視化系統軟件的一大特點。 2．4．1 利用OpenGL 實現引戰配合效率*估可視化 在特定條件下*估某種引戰配合規律的優劣，一個非常重要而且直接的*判準則是在特 定交會條件下擊中目標的破片數以及擊中目標的部位。在各種仿真模型建立之后，擊中目標 的破片數以及擊中目標的部位可以依據相應的算法計算出來，但是單純的數字無法提供直觀 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 動畫的方式呈現給用戶，具有極強的表現力。 圖 4 所示為在數據分析視圖下，導彈破片擊中目標表面的動態過程。圖中目標表面的 紅色（深色）區域表示被擊中部位，根據擊中部位及相應的破片數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 數據的真實反映，因此具有很高可信度及直觀性。 2．4．2 利用Vega+OpenGL 實現彈目交會場景三維演示 目前大多數彈目交會過程的三維場景演示都是直接利用OpenGL 實現的，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 公司開發的面向對象的虛擬現實、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 巧妙的結合起來，使用戶能在較短時間內創建、編輯和運行復雜的仿真程序。 Vega 提供了直接使用OpenGL 的接口——回調函數，利用Vega 構造場景的主要部分， 包括實時控制交會過程中目標和導彈的位置及姿態，構造地形、海洋及天空云層等自然環境 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 特效，實現同一場景的多視點多通道同時觀察等等；OpenGL 回調函數在功能上是對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，繪制目 標及導彈的運動軌跡，繪制動態飛散的破片以及各種波束等,場景如圖5 所示。 3 結論 引信仿真測試可視化系統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 行全數字的引信仿真測試，在傳統引信仿真的基礎上，在系統軟件中全面的引入了可視化技 術，極大增強了軟件的效率及表現力。 |
