末制導捕控吊艙系統的仿真設計與實現

摘 要： 基于Vega Prime和GL Studio仿真工具對末制導捕控吊艙系統的仿真實現進行了研究。詳細分析了捕控吊艙系統在末制導過程中的主要功能以及工作原理，完成了系統的搭建，介紹了系統中各模塊的主要功能及系統實現使用的方法與步驟，并且主要探討了吊艙成像系統及其仿真關鍵技術，最后編程實現了系統的功能。

關鍵詞： 吊艙； Vega Prime； GL Studio； 末制導

中圖分類號： TN952?34；TP391.9 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）13?0010?03

Simulation design and realization of terminal guidance pod system of missile

ZHANG Jian?cang1， YANG Zhe?hui2

（1. Hangdian Technology Co.， Ltd.， Xi’an Aircraft Industry （Group）， Xi’an 710089， China； 2. Northwestern Polytechnical Unversity， Xi’an 710072， China）

Abstract： Based on the simulation tools of Vega Prime and GL Studio， the simulation for missile terminal guidance pod system is studied in this paper. The main functions and working principle of the pod system in the missile terminal guidance are analyzed. The system structures is completed. The realization methods and steps of the main function of each module in the system are introduced. The pod imaging system and its key technologies of simulation are discussed. The functions of the system are realized by programming.

Keywords： pod； Vega Prime； GL Studio； terminal guidance

0 引 言

隨著軍事科技的快速發展，人在回路（有人參與的武器末制導控制）的武器得到快速的發展，這些武器的使用極大提高了攻擊的精度。捕控吊艙作為一種必要的末制導設備也得到的快速的發展。

武器發射之后，操作員需要根據導引頭回傳的圖像，進行目標的捕獲、跟蹤。整個使用過程較為復雜，極易導致目標捕獲失敗，武器失效的發生。捕控吊艙實際工作過程中，由于載體平臺與飛行器的運動速度較快，留給操作人員的反應時間極短，如果操作不熟練情況下，也無法順利捕捉戰機，造成武器攻擊失敗。全部采用真實的武器來進行訓練，當然能夠提高精度，但是會造成極大的浪費。

如果這時能夠提供較為真實的吊艙捕獲場景以及較為真實吊艙畫面，就能夠提高武器攻擊精度。基于此本文提出采用虛擬現實技術，利用Vega Prime以及GL Studio構建較為真實的捕控吊艙仿真系統。

1 系統原理

虛擬“末制導捕控吊艙系統”是通過作戰武器發射平臺，下達機載火控任務，在武器的末端攻擊過程中，通過虛擬捕控吊艙系統操作畫面以及視頻圖像，完成引導武器二次精確攻擊目標。

其主要目的有以下兩點：

（1）在虛擬戰場環境內進行載機飛行任務仿真和火控武器作戰任務的模擬，最終完成攻擊目標過程的制導過程訓練。

（2）實現武器末制導過程中的捕控吊艙圖像引導操作。

2 硬件組成

末制導捕控吊艙系統硬件主要由多功能顯示器（MFD），視景服務器（XT5800）和座艙采集計算機系統組成。MFD周圍有24個按鍵，其中包括4個旋轉按鈕：電源開關、符號調節、對比度調節、亮度調節等；其余20個按鈕為控制輸入按鈕，用于與系統進行交互，進行各種工作參數的更改和工作模式的切換。這些按鍵信息由座艙采集系統通過串口進行采集后再通過以太網傳輸給多功能顯示器。視景服務器將最終的渲染結果傳輸給MFD進行顯示。

3 軟件組成

虛擬“末制導捕控吊艙系統”由彈道模擬系統、目標生成系統、吊艙成像系統三個部分組成。具體組成結構如圖1所示。系統基于Vega Prime和GL Studio開發，以武器自身為觀察者，對目標地形和區域進行視頻成像，同時對所成的圖像與吊艙顯示畫面進行疊加，根據目標位置及方位來操作捕控吊艙系統的導引頭以實現吊艙視頻成像的過程[1]。

圖1 末制導捕控吊艙系統組成結構

4 吊艙成像系統及關鍵技術解決方案

吊艙成像系統是“末制導捕控吊艙系統”的核心，它包括吊艙顯示畫面和吊艙視頻圖像兩部分。吊艙顯示畫面基于GL Studio開發，吊艙視頻圖像通過Vega Prime實現，通過組件的形式實現雙向通信。

4.1 吊艙顯示畫面設計

吊艙的操作主要包括吊艙通/斷，游標的[X]值和[Y]值，游標的圖標、目標區域，寬/窄視場，凍結/解凍，目標的標定等有效命令和圖符。吊艙畫面如圖2所示。

圖2 吊艙顯示畫面

吊艙通接通后不顯示視頻畫面，只有武器距離目標達到一定距離后，才會接通與視頻畫面進行疊加。右上角的數字為武器與目標之間的距離，導引頭的當前相對方位用上方的刻度尺來表示，導引頭的當前相對俯仰值用右側的刻度尺來表示，左側的WF表示當前視場為寬視場，并且可以切換到NF窄視場，下方的UNFRZ為解凍狀態，中間為游標符號標志，改變游標值可以在搜索狀態下，改變游標符號的位置。

首先利用GL Studio的設計器設計圖形對象，定義名稱、變量、屬性、函數及調整窗口布局。

然后編寫驅動代碼，在主循環中實現對對象的驅動及賦值。利用編譯功能，編譯成*.dll文件，方便與Vega Prime實現的視頻畫面進行疊加[2]。

4.2 吊艙視頻圖像獲取

吊艙的視頻圖像利用Vega Prime中的vpCamera模塊來實現，在主程序中定義變量：

vpCamera* pCamera = vpCamera：：fine（“myCamera”）；

vpCameraCompositionEffect * pEffect = vpCameraCompositionEffect：：fine（“myEffect”）；

設置vpCameraCompositionEffect的屬性EFFECT_ JITTER，EFFECT_INVERT，EFFECT_MONOCHROME為true，效果如圖3所示，圖中亮點為目標點。

圖3 吊艙視頻圖像

通過切換WF和NF，即可改變視場范圍，視場增大，圖像縮小，視場減小，圖像放大，圖4為吊艙在某一時刻的寬視場成像，圖5為吊艙在同一時刻的窄視場成像。

圖4 吊艙視頻寬視場圖像

在捕控吊艙末制導的工作過程中，只有獲取到新目標的坐標值，才能夠計算出目標相對武器的相對方位和相對距離，并且二次制導。利用Vega Prime的LOS方法，在武器導引頭中心點與游標對應的目標標定點之間連接成一條射線，當其與三維地形相交時，碰撞點即為目標點，將獲取到的目標經緯度值輸出給彈道模擬系統。定義：

vpIsectorLOS* m_isector；

if （m_isector?>getHit（）） {

vuVec3 pos ；

m_isector?>getHitPoint（pos）；

}

pos[0]，pos[1]，pos[2]即為目標點x，y，z分量。

圖5 吊艙視頻窄視場圖像

4.3 視頻圖像的合成

吊艙成像通過吊艙顯示畫面與吊艙視頻圖像所建立的通信過程來實現[3]。首先利用將GL Studio生成的吊艙顯示畫面文件編譯成*.dll文件，其次在Vega Prime的Lynx Prime界面中激活vpGLStudio可選模塊，創建新實例，在實例中加載生成的吊艙顯示畫面動態鏈接庫文件*.dll，輸入類名。在Vega Prime和GL Studio之間連接依靠vpGLStudioPlugin插件，它能夠將GL Studio3.2生成的文件加載到ACF文件中。

在Vega Prime的Lynx Prime中vpGLStudio模塊的編輯器內，用戶可以選擇參數傳遞給吊艙顯示畫面的GLS組件中，包括目標距離武器位置的距離和方位以及游標的[X]和[Y]分量值。

（1）在Vega Prime的程序中創建吊艙顯示畫面的實例：

vpGLStudioComponent* pPod=vpGLStudioComponent：：find（“PodShow”）；

（2）定義字符數組，通過接口函數給吊艙顯示畫面傳遞目標的相對方位和距離等值：

char buf[10]；

sprint（buf， “%3f”， m_distance）；

pPod?>addAttribute（“TargetDataToPod”， buf， “”）；

（3）在吊艙顯示畫面的GLStudio的文件中創建響應函數TargetDataToPod（）接收目標數據并輸出。

吊艙顯示畫面與視頻疊加效果如圖6所示。

圖6 吊艙顯示畫面與視頻疊加

5 結 論

利用Vega Prime和GL Studio開發的吊艙成像系統是虛擬“末制導捕控吊艙系統”的重要組成部分，結合彈道模擬系統和目標生成系統，實現了“末制導捕控吊艙系統”的仿真設計。該系統可以模擬較為真實地模擬捕控吊艙的工作過程與捕控吊艙畫面，可以滿足捕控吊艙操作和訓練的要求。

參考文獻

[1] 周谷，宋李彬.基于VxWorks的機載雷達模擬吊艙軟件設計[J].現代雷達，2009，31（9）：45?47.

[2] 張文，朱元昌.GL Studio及其在雷達面板仿真中的應用[J].測控技術，2002，21（12）：56?58.

[3] 田野，童大鵬.GL Studio與Vega Prime在船舶機艙虛擬仿真系統中的應用[J].船海工程，2008，37（4）：89?91.

[4] 張健，張建奇，邵曉鵬.基于Vega Prime的紅外場景生成技術在成像制導仿真系統中的應用[J].紅外技術，2005，27（2）：128?131.

[5] 王苗苗.捕控吊艙畫面顯示系統設計[D].天津：天津大學，2010.

[6] 丁鷺飛，耿富錄.雷達原理[M].西安：西安電子科技大學出版社，1984.

[7] 張亞朋.多功能雷達工作模式研究[J].現代雷達，2003，25（8）：1?4.

[8] 王坤，李永寧.基于C++的雷達顯示終端設計及實現[J].四川大學學報：自然科學版，2004，41（6）：1177?1179.

[9] 楊哲，何佩琨，崔智社，等.雷達顯示器仿真及其實現[J].計算機仿真，2003，20（12）：51?54.

[10] 王立振，劉潤華.基于Visual C++和OpenGL的雷達顯示系統實現[J].空軍雷達學院學報，2003，17（4）：10?12.