基于DIS與HLA的雷達系統視景仿真系統研究*

糜小兵 朱 峰 孟獻軻

(中國電子科技集團公司第二十八研究所 南京 210007)

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基于DIS與HLA的雷達系統視景仿真系統研究*

糜小兵 朱 峰 孟獻軻

(中國電子科技集團公司第二十八研究所 南京 210007)

該仿真技術從單機平臺到基于HLA的分布式交互仿真,視景仿真在這些仿真技術平臺上在軍事、科學研究、建筑等諸多領域獲得了廣泛應用。在雷達系統越發復雜、設備成本越發高昂的今天,采用虛擬現實技術對雷達系統進行測試、訓練與研究,不但可以全面提高效率,也可以有效降低成本,對雷達系統測試、評估等方面都有良好的輔助作用。

DIS; HLA; 視景防真; 分布式

Class Number TN95

1 引言

伴隨仿真技術的發展,從單機平臺到SIMNET(Simnlation Network)再到目前的基于HLA(High Level Architecture)的分布式交互仿真(Distributed Ineractive Simulation,DIS),視景仿真也在這些仿真技術平臺上在軍事、科學研究、建筑等諸多領域獲得了廣泛應用,分步式交互是視景仿真的重要發展方向[1]。在雷達系統越發復雜、設備成本越發高昂的今天,采用虛擬現實技術對雷達系統進行測試、訓練與研究,不但可以全面提高效率,也可以有效降低成本[2]。

2 DIS體系結構

DIS是指以計算機網絡為支撐,利用網絡將分步在不同地理位置的不同類型的仿真模塊聯結統一起來,通過模塊間的實時數據通信構成一個時空一致的大范圍以及多參與者協同作用的復雜綜合性仿真環境[3]。DIS是通過網絡來進行模塊通信,其通信協議主要遵循于IEEE標準、ISO標準、Internet標準[4]。在一個DIS網絡中有許多網絡節點,每個仿真節點(Simulation Node)既可以是仿真主機(Simulation Manager),也可是網絡交換設備,另外仿真主機中通常會包含一個仿真應用(Simulation Application),一個或者多個仿真應用構成一個仿真演練系統(Simulation Exercise),圖1給出上述幾個術語的相互關系[5]。

3 高層體系結構HLA

HLA(High Level Architecture)是MSMP的核心內容,是從體系結構上對DIS不足之處進行完善,從而滿足分步式仿真的可重用和交互操作的需要。HLA主要由三部分組成[6]:

1) 對HLA運行進行支撐的系統RTI(Run Time Infrastructure)。

2) 一組用于保證HLA兼容性的規則。

3) 一個公共的對象模型模板(Common Model Definition)和形式規范(Specification Formalism)。

圖1 DIS基本概念及相互關系

基于HLA框架的仿真系統,不把具體的仿真應用和聯邦成員的構建作為其重點,而是強調在已用的聯邦成員之間如何實現相互操作從而組成一個聯邦,這樣既可以把應用層和底層的支撐系統分離開來,又可以對系統進行擴展和模塊能夠相互獨立的開發[7]。圖2為一個典型的聯邦仿真結構。

圖2 HLA聯邦仿真結構

4 仿真目標及框架設計

視景仿真平臺在基于HLA架構下,主要完成把利用Vega API加載Creator創建的模型數據庫完成各種雷達場景中模擬演示,比如雷達工作狀態、飛機朝雷達飛行、視點的切換,多通道同時顯示雷達和飛行目標等,把飛機的數據傳遞給回波計算平臺。在HLA的框架下,對于視景仿真平臺整個框架可以設計成三大部分:聯邦通信與數據處理、雷達場景和飛行目標建模、視景仿真驅動。如圖3所示。

從圖3可知,視景仿真模塊主要和主控平臺和回波計算平臺數據通信,具體是視景仿真模塊從主控平臺獲取要調入的飛機的型號、速度、初始位置和姿態,其中飛機的型號以從模型數據庫中查詢并加載,然后在仿真過程中把飛機改變后的位置和姿態的傳遞給回波計算平臺,這樣協同工作,與其它聯邦成員共同完成整個仿真任務。

圖3 視景防真框架設計

5 系統測試及視景仿真效果

整個仿真系統的由pRTI為支撐以及相關的軟件為輔助,遵循HLA架構,其仿真節點由六臺性能強大的圖形工作站組成硬件平臺,其硬件平臺和軟件環境分別如表1和表2所示。

表1 仿真節點硬件參數

表2 仿真系統的軟件環境

在視景仿真應用中,操作者可以根據防真需求來切換視點,只有進入到視點范圍內的場景、實體模型及環境特效才能被顯示出來,其它部分將被裁減掉[8]。所以視點的管理在視景仿真中起著非常重要的作用。視點在視景仿真中代表著人眼或攝像機的作用[9]。在視景仿真實現中是以vgObserver為代表實現的,它用來定位、管理、渲染一個通道列表[10]。圖4、圖5為飛機不同的視點演示。

圖4 飛機右視圖

圖5 飛機前視圖

圖6 多通道視圖

圖7 飛機飛離雷達視圖

圖8 雷達系統測試結果圖

多通道視圖展現飛機在雷達的遠距離處和當飛機和雷達在同一視點內的視圖,如圖6和圖7所示。

通過上述仿真效果可知,雷達系統的視景仿真模塊作為聯邦成員有效完成了飛機從雷達遠距離外到飛機出現在雷達上方的整個過程的演示,飛機飛離雷達視圖對應的雷達系統測試結果如圖8所示。

6 結語

本文闡述了DIS到HLA整個仿真的發展歷程,對基本概念進行了講解,給出某型雷達系統的聯邦仿真框架,并設計了視景仿真平臺的框架,最后給出了視景仿真平臺的演示效果圖。在雷達系統越發復雜、設備成本越發高昂的今天,采用虛擬現實技術對雷達系統進行測試、訓練與研究,不但可以全面提高效率,也可以有效降低成本,對雷達系統測試、評估等方面都有良好的輔助作用。

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版 權 聲 明

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《艦船電子工程》編輯部

Radar System Visual Simulation System Based on DIS and HLA

MEI Xiaobing ZHU Feng MENG Xianke

(The 28th Reaseach Institude of China Electronics Technology Guoup Corporation, Nanjing 210007)

Simulation technology from a single platform to interat with HLA-based distributed simulation, visual simulation on these simulation technology platforms in the military, scientific research, construction and other fields has been widely used. In more complex radar systems, equipment costs more expensive today, the use of virtual reality technology for radar systems for testing, training and research, not only can improve efficiency, but also can reduce the cost of the radar system testing, eveluation and other aspects of good supporting role.

DIS, HLA, visual simulation, distributed

2015年4月5日,

2015年5月29日

糜小兵,男,碩士,工程師,研究方向:作戰指揮控制。朱峰,男,工程師,研究方向:作戰指揮控制。孟獻軻,男,工程師,研究方向:作戰指揮控制。

TN95

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.10.021