基于HLA和Vega的復雜武器操作訓練系統＊

李飛翔 陳大健 張 勇

（東北電子技術研究所 燕郊 065201）

1 引言

隨著科學技術的快速發展，武器裝備裝備也日趨完備和規范。這對操作人員的操作能力提出了更高的要求。進行規范的實戰訓練是十分必要的。但傳統的訓練方法已經遠遠不能滿足要求。而且，由于條件的限制，不能進行攻防形式的實戰訓練。基于HLA分布式仿真和視景仿真的模擬訓練系統正是彌補了實戰訓練的不足，可不受時間和空間的限制，實現不同時間、不同地域、不同天氣條件下的仿真訓練。同時，由于HLA的可重用性，可以模擬各種復雜程度的系統仿真訓練［1］。

2 HLA的特點

HLA體系結構采用面向對象的方法來分析系統。建立不同層次和力度的對象模型，從而促進了仿真系統和仿真部件的重用。HLA的關鍵組成部分是接口規范，定義了一個聯邦演練中支持聯邦成員通過RTI實現成員之間相互交互、協調和協同作業的標準服務。最顯著的特點是通過提供通用的、相對獨立的支撐服務程序，將應用層同其底層支撐環境分離開，即將具體的仿真功能實現、仿真運行管理和底層的通信三者分離開來，隱蔽了各自的實現細節，可以使各部分相對獨立的開發，最大程度地利用各自領域的最新技術來實現標準的功能和服務［2］。

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

1）HLA規則規定了聯邦及其聯邦成員所必須遵循的基本準則，表述了HLA中各個部件的功能劃分及它們與RTI的關系，以保證聯邦中仿真應用間按正確的方式進行交互。

2）HLA的接口規范定義了在仿真系統運行過程中，支持聯邦成員之間互操作的標準服務。

3）HLA要求使用對象模型來描述聯邦及聯邦中的每一個聯邦成員，該對象模型描述了聯邦執行過程中需要交換的各種數據及相關信息。

HLA按照面向對象的程序設計思想和方法來構建仿真系統，它是在面向對象分析與設計的基礎上劃分仿真成員，構建仿真聯邦的技術。在HLA框架下，一個典型的仿真聯邦的邏輯結構如圖1所示。

圖1 HLA仿真邏輯結構

3 仿真系統構建

一個復雜的武器系統體系結構，對應的作戰的基本要素一般包括目標捕獲、跟蹤和打擊等幾個方面。裝備基本要素中各種形式的目標探測、打擊手段組合在一起，就形成了形式多樣的武器系統［3］。

武器操作系統中，各裝備都有自己的指控軟件，裝備內部各個設備也有自己的控制單元。指控軟件主要負責各個設備之間的調度，設備的控制單元則實現與指控軟件的通信，并根據指控的指令執行相應的作戰任務。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部設備的控制單元，即利用TCP／IP通信建立裝備之間的聯系，利用虛擬串口工具建立裝備內部指控與設備控制軟件之間的通信。

一些武器裝備體系作戰對象和作戰基本要素中，以圖像為主要分析和處理對象。如目標捕獲和跟蹤從CCD和IRCCD返回的圖像中提取目標并計算目標當前的角度信息，捕獲設備和跟蹤設備的控制軟件則通過角度信息控制設備伺服機構的運轉，從而實現捕獲的持續引導和連續跟蹤。由此，基于Vega建立目標捕獲、目標跟蹤、打擊等三維視景仿真模型，它們與各個設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一的時序管理、對象管理和數據分發管理，采用HLA高層體系結構建立起武器操作仿真體系結構。與原指控軟件和控制單元一起組成武器操作訓練系統。

至此，武器操作訓練系統的基本結構已經形成。其結構組成如圖2所示。

圖2 武器操作訓練系統組成框圖

由于不改變裝備原有的控制結構，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練效果。

4 仿真程序的開發

1）三維視景仿真模型的建立

針對訓練系統建立作戰對象的三維目標幾何模型，并根據目標的材質和紋理建立目標特性模型庫。對目標的建模流程圖如圖3所示［4］。

圖3 三維目標幾何模型建模過程

根據不同的作戰想定和作戰任務，還需要建立不同地形特征的三維場景幾何模型，以及相應的目標場景模型庫。三維地形的幾何建模采用地形的DEM（Digital Elevation Model）數據，利用 MultiGen Creator中的Terrain Project工具，將地形的DEM數據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數據的精度決定，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和材質模型庫。使目標和場景在變化的大氣環境條件下呈現紋理的動態變化過程。

2）Vega視景仿真程序的開發

借助MFC在界面開發、網絡通信、數據庫管理、多線程支持等方面的優勢，建立HLA聯邦成員，并加載Vega視景仿真驅動程序。程序可以從不同的視角實現全景展示、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過程如圖5所示［5］。

圖5 Vega視景仿真程序開發過程

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

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

5 結語

基于HLA和Vega建立武器操作訓練系統可以虛擬出真實的戰場環境，設計各種復雜環境條件和作戰背景下的戰場態勢。根據建立的數學模型設計的精細程度，甚至可以模擬出各種目標捕獲和火力打擊的工作過程。采用分布式仿真系統和視景仿真的手段進行武器操作訓練系統的仿真有著很廣泛的應用前景［6］。

［1］杜亞琦，陳濤，高偉.基于Vega的導彈制導視景仿真系統［J］.應用科技，2007，10：28－31.

［2］張家祥.HLA仿真技術應用教程［M］.國防工業出版社，2007.

［3］高波，陳紅業.基于Vega的紅外視景仿真技術［J］.光電技術應用，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［J］.仿真技術，2009，3：201－203.

［5］王宏，楊建軍.基于HLA與Vega的地空對抗仿真系統設計［J］.系統仿真學報，2007，8：3702－3704.

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