某型艦炮武器模擬訓練系統設計＊

（海軍大連艦艇學院水武與防化系 大連 116018）

1 引言

為最大限度發揮某型艦炮武器系統的戰斗力，必須盡快提高操作人員訓練水平、職掌干部指揮素質，積極研討最新作戰使用方法。考慮到實際裝備數量較少，備品備件價格昂貴，維修保障實施困難，特研發基于HLA 的模擬訓練系統［1～2，5］，以期為作戰使用方法研究提供仿真試驗環境，為部隊訓練及院校教學提供操作使用平臺。亦可進行二次開發，應用于更大規模的作戰仿真系統中，深入進行系統作戰效能最大化及各武器系統兼容性研究。

2 模擬訓練系統需求分析

2．1 功能需求分析

某型艦炮武器模擬訓練系統具有以下五項主要功能：1）精確模擬目標結構模型、運動模型、易損模型和各種物理場下的回波信號；2）實時模擬我艦運動、搖擺、升沉及扭曲變形規律；3）實時解算艦炮射擊諸元，并模擬控制艦炮射擊；4）實時對毀傷效果進行在線評估；5）實時制定射擊指揮決策方案；

2．2 性能需求分析

1）生成目標信息必須涵蓋尺寸、易損部件相對位置［3］，目標絕對坐標信息（經緯度）、目標相對坐標信息（方位、距離、高度）、目標絕對航向航速信息；2）可實現“人在回路中”控制，導演臺可實時改變目標運動信息；3）對空中目標可提供不少于兩種射擊方法，對海上目標可提供不少于三種射擊方法，并能靈活選用；4）操作信息數據記錄正確率不低于98%。

3 模擬訓練系統運行環境

3．1 運行體系

采用基于HLA 的模擬訓練體系結構，模塊化設計和編程，便于功能擴展和代碼重用。仿真系統的運行體系如圖1所示，各仿真節點之間的數據交互關系如圖2所示。

圖1 仿真系統運行體系圖

圖2 仿真節點數據交互關系圖

3．2 支持環境

1）操作系統

仿真導演臺和數據庫服務器采用Microsoft Windows Server 2000以上版本，其余計算機采用Microsoft Windows Professional XP版本。

2）程序開發語言

軟件模塊開發采用Microsoft Visual C＋＋6．0以上版本，部分數學模型采用Matlab 6．0開發。

3）數據庫管理系統

選用基于標準SQL數據庫語言的關系型Oracle數據庫，具有功能強大、使用方便、便于維護等特點。

4）HLA 運行支撐環境

pRTI軟件實現了與平臺無關的、在HLA 接口規范中的所有服務，能為不同計算機語言開發和運行于不同平臺的聯邦成員提供即插即用的功能［5～6］，是完全線程化的軟件，支持單一線程和多線程聯邦，實現了C＋＋綁定，能方便實現原有的C／C＋＋仿真和pRTI的集成。采用該軟件運行支撐框架，能夠用最小的資源消耗提供最大的效能，使聯邦成員可以運行在多種硬件平臺上。

4 模擬訓練系統方案設計

4．1 硬件方案設計

根據應用目的和研究的需要，對該仿真系統的硬件結構設計如下：

系統內部硬件節點間物理接口采用標準以太網接口，軟件接口采用HLA 規范，通過底層支撐環境RTI來進行信息交互。而硬件結構設計為考慮未來功能擴展，留有相應接口。

各仿真節點所具備的功能如下：

1）仿真導演臺：設置仿真模式，如實時仿真、記錄復現等；作戰態勢初始化，包括海戰場自然環境、目標批數、目標個數、目標初始位置和運動規律、艦炮武器平臺位置及運動規律；對仿真系統實現“人在回路中”控制，實時改變作戰態勢［4］；作戰態勢綜合顯示和傳輸；仿真綜合管理，協調仿真對象，對仿真近程進行實時控制（如開始、暫停、繼續、停止等）；獲取仿真運行中相關數據及信息并進行記錄［5］。

2）數據庫服務器：存儲和管理海戰場自然環境數據庫；存儲和管理目標類型、結構、易損、回波特性數據庫；存儲和管理作戰及多媒體數據庫；存儲仿真中的相關數據，供其他仿真節點讀出或寫入數據。

3）環境模擬器：根據仿真導演臺的海戰場環境設置和數據庫服務器中的相關參數，合成戰場環境，模擬對目標探測及艦炮武器射擊精度的影響。

4）目標模擬器：根據仿真導演臺的海戰場環境設置和數據庫服務器中的相關參數，實時生成特定類型、批次和數量的目標，并模擬目標位置、運動、回波、是否被毀傷等相關信息。

5）目標探測系統：分為雷達和光電兩個子模塊。主要模擬跟蹤雷達和光電跟蹤儀的相關功能。能以一定概率對目標進行捕獲和跟蹤，實時提供目標的相對位置信息和相對速度、加速度信息。

6）記錄和評估系統：在線實時評估艦炮武器系統對目標的毀傷效能，適時發出目標“被毀傷”信息；記錄和分析仿真結果，綜合評估操作訓練水平的高低、作戰使用方法的優劣。

7）指控系統：簡易模擬艦艇作戰指控系統，完成情報處理、作戰指揮和武器控制等功能。

8）火控設備：由兩個火控臺組成，分別模擬該型艦炮武器火控設備的火控1臺和火控2臺。以模擬實現自主工作方式下的情報指揮和綜合火力控制等功能。

硬件結構示意圖如圖3所示。

4．2 軟件方案設計

軟件模塊包括八大部分，分別運行在仿真導演臺、數據庫服務器、環境模擬器、目標模擬器、目標探測系統、記錄和評估系統、指控系統及火控系統。采用HLA 規范，各仿真節點間的信息及數據傳輸均采用訂購和發布對象類屬性及交互類參數的形式，通過底層支撐環境RTI進行交互［7～8］，便于功能擴展和代碼重用。從功能角度看，整個軟件可分為：

圖3 仿真系統硬件結構示意圖

圖4 各仿真節點軟件模塊示意圖

1）人機交互模塊。根據各子系統的任務要求和狀態，進行參數設置和功能選擇；對系統信息進行顯示，包括海戰場態勢、敵我相對運動態勢、艦炮武器狀態信息、表頁顯示、參數曲線、視景顯示等［9］。

2）聯邦成員模塊。運行聯邦成員，負責各子系統之間數據的交互以及仿真過程的控制；

3）數學模型模塊。包括目標仿真模型，目標運動濾波模型、威脅判斷模型、火力分配模型，射擊指揮模型、火控解算模型、在線毀傷效能評估模型等；

4）數據庫模塊。包括管理數據庫等。記錄并存儲仿真過程中的數據；

各仿真節點的軟件模塊組成如圖4所示。

5 結語

本文基于HLA 思想提出了某型艦炮武器仿真系統的開發方案，對聯邦成員進行了設計，明確了系統的功能性需求，界定了仿真環境，給出了較為詳細的軟硬件實施方案，已經用于指導某型艦炮武器仿真系統的開發。系統完成后，必將推動該型艦炮武器系統的作戰使用方法優化研究［10］，為部隊訓練及院校教學提供高水平操作使用平臺。

［1］編寫組．地面防空作戰模擬［M］．北京：解放軍出版社，2001，1：105-108．

［2］劉忠．現代軍用仿真技術基礎［M］．北京：國防工業出版社，2007，8：82-84．

［3］馬野，蔡暢，蓋強，等．計算機仿真及軍事應用［M］．北京：海潮出版社，2010，1：192．

［4］石教英．虛擬現實基礎及實用算法［M］．北京：科學出版社，2002，4：3．

［5］單家元，孟秀云，丁艷．半實物仿真［M］．北京：國防工業出版社，2008，4：5．

［6］威廉．謝爾曼．理解虛擬現實［C］／／界面、應用和設計，其他科學（USA），2003：56．

［7］王珊珊，等．基于HLA 的艦載火控系統的仿真研究［J］．計算機仿真，2005，11：5-7．

［8］慕曉冬，等．基于HLA 和VR 的導彈武器系統仿真平臺設計［J］．微計算機信息，2007，12：200-201．

［9］郭齊勝，羅小明，董志明．裝備作戰仿真概論［M］．北京：國防工業出版社，2007，6：120．

［10］遲剛．HLA 仿真技術綜述［J］．計算機仿真，2004（7）：2．