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1 引言 導(dǎo)彈引信是一種能感應(yīng)目標(biāo)或其他預(yù)定的信息，并適時(shí)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(dǎo)彈系統(tǒng)的整體殺傷效力，鑒于引信在導(dǎo)彈系統(tǒng)中的重要地位，有 必要對(duì)引信進(jìn)行深入的研究和科學(xué)的設(shè)計(jì)。 一般來(lái)說(shuō)，引信仿真包括半實(shí)物仿真和全數(shù)字仿真。半實(shí)物仿真僅僅模擬引信的外部環(huán) 境，而引信由具體的實(shí)物充當(dāng)，需要仿真的引信外部環(huán)境包括制導(dǎo)系統(tǒng)（交會(huì)條件）、目標(biāo) 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(shí)物引信中，在仿真 過(guò)程中,引信專(zhuān)用測(cè)控設(shè)備負(fù)責(zé)采集引信實(shí)際引爆時(shí)刻等數(shù)據(jù)，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)可以對(duì)此 實(shí)物引信的引戰(zhàn)配合效率進(jìn)行*估及可視化分析，從而全面了解此實(shí)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(fù)雜多變的，為了減輕仿真測(cè)試的工作量，提高引信仿真測(cè)試的效率及可信 度，實(shí)現(xiàn)引信仿真測(cè)試的自動(dòng)化，有必要建立一套引信仿真測(cè)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(shí)物仿真模式下作為整個(gè)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(dú)立的進(jìn)行引信的仿真測(cè)試。 2 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2．1 設(shè)計(jì)思想 在設(shè)計(jì)引信仿真測(cè)試可視化系統(tǒng)軟件時(shí)充分考慮到了引信的半實(shí)物及全數(shù)字兩種仿真 模式，在軟件中建立了兩種的獨(dú)立的工作模式：半實(shí)物模式和全數(shù)字模式。在使用時(shí)用戶(hù)能 夠方便的在兩種工作模式之間進(jìn)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(kù)、 用戶(hù)界面、相應(yīng)模塊的使能與禁用等，具體實(shí)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(hù)在進(jìn)行工作模式切換時(shí)，將當(dāng)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(duì)系統(tǒng)重新進(jìn)行配置。 系統(tǒng)軟件運(yùn)行在高性能的工作站上，在Visual C++平臺(tái)上開(kāi)發(fā)，主要依托于MFC 類(lèi)庫(kù)、 OpenGL 圖形庫(kù)、Vega 視景仿真系統(tǒng)、WinDriver 驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)工具等，大體可以分為自動(dòng)測(cè)試 視圖、數(shù)據(jù)分析視圖、三維演示視圖、報(bào)表打印視圖等工作視圖。 2．2 半實(shí)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(cè)試可視化系統(tǒng)整體架構(gòu) 圖 1 所示為半實(shí)物仿真工作模式下引信仿真測(cè)試可視化系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu)圖，其中，引 信是真實(shí)的待測(cè)物。系統(tǒng)軟件運(yùn)行在虛線框內(nèi)的工作站上，是整個(gè)系統(tǒng)唯一的控制中心，測(cè) 試系統(tǒng)在控制中心的統(tǒng)一調(diào)度下完成測(cè)試任務(wù)。體目標(biāo)模擬器用來(lái)仿真體目標(biāo)回波信號(hào)，而 干擾模擬器用來(lái)產(chǎn)生干擾信號(hào)，回波信號(hào)與干擾信號(hào)合成后通過(guò)射頻電纜注入引信。工控機(jī) 一方面用來(lái)管理體目標(biāo)模擬器和干擾模擬器，完成體目標(biāo)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(cè)器主要用來(lái)實(shí)施對(duì)引信的控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)采集 器用來(lái)采集引信工作時(shí)的各種模擬及數(shù)字信號(hào)，并適時(shí)的上傳給工作站。 縱觀整個(gè)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(shí)針從工作 站出發(fā)，途徑體目標(biāo)模擬器、干擾模擬器、引信、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和引信狀態(tài)監(jiān)測(cè)器，最終又 回到工作站，從而形成一個(gè)閉環(huán)的引信自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。 2．2．2 通信方式設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn) 半實(shí)物仿真模式下的引信仿真測(cè)試可視化系統(tǒng)采用了分布式結(jié)構(gòu)，考慮到外場(chǎng)試驗(yàn)的需 要，勢(shì)必要對(duì)各個(gè)模塊之間的通信進(jìn)行設(shè)計(jì)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(chǎng)試驗(yàn)的需要以及各種通信方式的特點(diǎn)。 2．2．3 硬件同步板設(shè)計(jì) 在進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)試過(guò)程中，各個(gè)模塊設(shè)備需要一個(gè)統(tǒng)一的、高精度的控制時(shí)序，由于系 統(tǒng)不是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，且集成了多種傳輸延時(shí)不確定的通信方式，通過(guò)已有的通信方式傳輸控制 時(shí)序不能滿足精度上的要求，因此專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)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(guò)雙絞線與其他四個(gè)設(shè)備直接相連，保證高精度控制時(shí)序的發(fā)送。 為了保證傳輸?shù)目煽啃裕种聘鞣N干擾，采用了雙絞線傳輸差分電平的方式，在工程實(shí) 踐中使用以太網(wǎng)線4 對(duì)雙絞線中的一對(duì)。 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(shí)物仿真。但成本更低，由于全部功能模塊數(shù)字化，因 此各個(gè)模塊之間的通信就非常簡(jiǎn)單了，有些模塊可以簡(jiǎn)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(dú)立進(jìn)行仿真測(cè)試工作，其中體目標(biāo)模擬器和干擾模擬器用相應(yīng)的軟件模塊代替，而引信狀態(tài)監(jiān)測(cè)器及數(shù)據(jù)采集設(shè)備在 軟件實(shí)現(xiàn)上可以大大簡(jiǎn)化。其中，實(shí)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(shí)引爆戰(zhàn)斗部的算法實(shí)現(xiàn)。 2．3．1 軟件架構(gòu) 系統(tǒng)軟件采用模塊化的設(shè)計(jì)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(yīng)用 由于三維圖形渲染以及數(shù)據(jù)分析過(guò)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(jìn)程的主線程中，那么主線程的時(shí)間片幾乎將被其全部占用，從而導(dǎo)致主 線程無(wú)法響應(yīng)用戶(hù)的輸入，無(wú)法達(dá)到用戶(hù)與三維虛擬場(chǎng)景交互的效果。 可以通過(guò)引入多線程技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，需要為三維圖形渲染單獨(dú)創(chuàng)建一個(gè)線程，在 合理的設(shè)定線程的優(yōu)先級(jí)之后，使三維圖形渲染保持足夠的幀速率，同時(shí)使得主線程能夠分 配到足夠的CPU 時(shí)間片，從而及時(shí)響應(yīng)用戶(hù)的輸入，進(jìn)而將輸出反映給用戶(hù)。 2．4 可視化技術(shù)應(yīng)用 在傳統(tǒng)的仿真測(cè)試應(yīng)用中，多利用報(bào)表及簡(jiǎn)單的二維圖形（直方圖、數(shù)據(jù)曲線等）來(lái)進(jìn) 行數(shù)據(jù)分析。引信仿真測(cè)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(guò)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(shí)驗(yàn)過(guò)程，還可以用來(lái)驗(yàn)證和調(diào)試算 法，從而達(dá)到事半功倍的效果。可以說(shuō)充分發(fā)揮可視化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及強(qiáng)大表現(xiàn)力是引信仿真 測(cè)試可視化系統(tǒng)軟件的一大特點(diǎn)。 2．4．1 利用OpenGL 實(shí)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(gè)非常重要而且直接的*判準(zhǔn)則是在特 定交會(huì)條件下?lián)糁心繕?biāo)的破片數(shù)以及擊中目標(biāo)的部位。在各種仿真模型建立之后，擊中目標(biāo) 的破片數(shù)以及擊中目標(biāo)的部位可以依據(jù)相應(yīng)的算法計(jì)算出來(lái)，但是單純的數(shù)字無(wú)法提供直觀 形象的認(rèn)知，而利用OpenGL 圖形庫(kù)可以將破片擊中目標(biāo)的過(guò)程以及擊中目標(biāo)的部位以三維 動(dòng)畫(huà)的方式呈現(xiàn)給用戶(hù)，具有極強(qiáng)的表現(xiàn)力。 圖 4 所示為在數(shù)據(jù)分析視圖下，導(dǎo)彈破片擊中目標(biāo)表面的動(dòng)態(tài)過(guò)程。圖中目標(biāo)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(yīng)的破片數(shù)目即可計(jì)算導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)的 殺傷概率。在顯示過(guò)程中，用戶(hù)可以任意改變觀察的視角和視點(diǎn)，由于顯示的過(guò)程是對(duì)仿真 數(shù)據(jù)的真實(shí)反映，因此具有很高可信度及直觀性。 2．4．2 利用Vega+OpenGL 實(shí)現(xiàn)彈目交會(huì)場(chǎng)景三維演示 目前大多數(shù)彈目交會(huì)過(guò)程的三維場(chǎng)景演示都是直接利用OpenGL 實(shí)現(xiàn)的，由于OpenGL 是底層的圖形庫(kù)，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(chǎng)景的 設(shè)計(jì)及管理也不是很方便。Vega 是MPI 公司開(kāi)發(fā)的面向?qū)ο蟮奶摂M現(xiàn)實(shí)、實(shí)時(shí)視景仿真、 聲音仿真及可視化計(jì)算平臺(tái)，它支持復(fù)雜的視覺(jué)仿真算法，并將易用的工具和高級(jí)仿真功能 巧妙的結(jié)合起來(lái)，使用戶(hù)能在較短時(shí)間內(nèi)創(chuàng)建、編輯和運(yùn)行復(fù)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(chǎng)景的主要部分， 包括實(shí)時(shí)控制交會(huì)過(guò)程中目標(biāo)和導(dǎo)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(jī)尾噴、爆炸、飛散殘骸、聲音等特效及通過(guò)碰撞檢測(cè)觸發(fā) 特效，實(shí)現(xiàn)同一場(chǎng)景的多視點(diǎn)多通道同時(shí)觀察等等；OpenGL 回調(diào)函數(shù)在功能上是對(duì)Vega 的 補(bǔ)充，主要用來(lái)完成Vega 無(wú)法或者不易完成的任務(wù)，例如在屏幕上顯示交會(huì)參數(shù)，繪制目 標(biāo)及導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)軌跡，繪制動(dòng)態(tài)飛散的破片以及各種波束等,場(chǎng)景如圖5 所示。 3 結(jié)論 引信仿真測(cè)試可視化系統(tǒng)軟件不僅作為半實(shí)物仿真的控制與分析中心，而且可以獨(dú)立進(jìn) 行全數(shù)字的引信仿真測(cè)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(qiáng)了軟件的效率及表現(xiàn)力。 |
