飛行模擬器聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練系統(tǒng)①

李雪青, 艾祖亮, 王再奎, 謝保川(海軍模擬飛行訓(xùn)練中心, 北京 102488)

飛行模擬器聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練系統(tǒng)①

李雪青, 艾祖亮, 王再奎, 謝保川
(海軍模擬飛行訓(xùn)練中心, 北京 102488)

根據(jù)飛行員實(shí)際飛行訓(xùn)練需要, 研制了導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)、戰(zhàn)場環(huán)境分系統(tǒng)、外彈道解算分系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)生成兵力分系統(tǒng)、指揮分系統(tǒng)以及音頻分系統(tǒng), 并通過基于HLA的網(wǎng)絡(luò)將上述分系統(tǒng)和經(jīng)過聯(lián)網(wǎng)改造的飛行模擬器分系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)整合, 構(gòu)建了飛行模擬器聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練系統(tǒng), 在本地實(shí)現(xiàn)了多機(jī)聯(lián)合訓(xùn)練功能.

飛行模擬器; 聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練; 導(dǎo)調(diào)控制; 戰(zhàn)場環(huán)境

隨著近年來計(jì)算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展, 以其為基礎(chǔ)的飛行模擬器的應(yīng)用研制也在不斷進(jìn)行技術(shù)革新. 以現(xiàn)有技術(shù), 將多臺(tái)飛行模擬器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng), 實(shí)現(xiàn)模擬器聯(lián)網(wǎng)作戰(zhàn)訓(xùn)練已經(jīng)成為可能. 本系統(tǒng)通過基于HLA的網(wǎng)絡(luò)[1-3]將多臺(tái)單機(jī)飛行模擬器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)在同一戰(zhàn)場環(huán)境下模擬訓(xùn)練, 不但可以滿足戰(zhàn)斗機(jī)飛行人員對模擬實(shí)戰(zhàn)對抗訓(xùn)練的需要, 同時(shí)也可以滿足指揮人員的訓(xùn)練需要.

戰(zhàn)斗機(jī)飛行人員在以往的飛行訓(xùn)練中多以基本駕駛術(shù)、單機(jī)基本戰(zhàn)術(shù)、特情處置以及武器使用為訓(xùn)練重點(diǎn). 這些訓(xùn)練內(nèi)容可以使從未有過駕駛經(jīng)驗(yàn)的飛行學(xué)員盡快的掌握戰(zhàn)斗機(jī)的基本性能, 熟悉基本操作.但是僅僅實(shí)現(xiàn)這些內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了成熟飛行人員對于訓(xùn)練的需求, 他們往往需要更復(fù)雜、更深層次的訓(xùn)練內(nèi)容, 如多機(jī)配合完成攻擊某一地區(qū)目標(biāo)的任務(wù)、完成與敵機(jī)空中對抗的訓(xùn)練等. 這些訓(xùn)練內(nèi)容在實(shí)裝飛行中很少甚至無法實(shí)現(xiàn), 通過多機(jī)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)這些訓(xùn)練內(nèi)容后可以有效的提高飛行人員在實(shí)際戰(zhàn)場中的作戰(zhàn)能力.

目前國內(nèi)飛行模擬器聯(lián)網(wǎng)主要通過反射內(nèi)存網(wǎng)[4,5]技術(shù)實(shí)現(xiàn), 這種技術(shù)通過反射內(nèi)存數(shù)據(jù)方式實(shí)現(xiàn)通信,這種方式具有系統(tǒng)延遲時(shí)間小, 數(shù)據(jù)響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn), 但也存在硬件成本高、系統(tǒng)擴(kuò)展性差的缺點(diǎn). 本系統(tǒng)通過基于HLA的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行飛行模擬器聯(lián)網(wǎng), 同時(shí)加入導(dǎo)調(diào)控制、指揮引導(dǎo)、戰(zhàn)場環(huán)境仿真、計(jì)算機(jī)生成兵力仿真和彈道解算仿真等內(nèi)容, 使所有飛行模擬器能夠在統(tǒng)一的戰(zhàn)場環(huán)境下進(jìn)行仿真訓(xùn)練. 這種方式具有聯(lián)網(wǎng)成本低, 擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn).

1 系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)、戰(zhàn)場環(huán)境分系統(tǒng)、指揮分系統(tǒng)、外彈道解算分系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)生成兵力(CGF)分系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)、音頻分系統(tǒng)和各飛行模擬器分系統(tǒng)等組成, 其中戰(zhàn)場環(huán)境分系統(tǒng)由氣象環(huán)境、電磁環(huán)境、地形服務(wù)和導(dǎo)航信息子系統(tǒng)組成, 導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)由三維態(tài)勢、二維態(tài)勢及控制和訓(xùn)練管理子系統(tǒng)系統(tǒng)組成, 指揮分系統(tǒng)由紅、藍(lán)方指揮所子系統(tǒng)組成. 音頻分系統(tǒng)由音頻終端、音頻網(wǎng)絡(luò)和音頻計(jì)算機(jī)等組成.

圖1 飛行模擬器聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)包括以傳輸仿真數(shù)據(jù)為主的仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和以傳輸音頻數(shù)據(jù)為主的音頻數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò), 這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立成網(wǎng), 互不相聯(lián).

如圖2所示為系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖, 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)以光纖交換機(jī)作為核心, 通過光纖、網(wǎng)線、接入層交換機(jī)實(shí)現(xiàn)各個(gè)分系統(tǒng)的物理聯(lián)網(wǎng). 根據(jù)HLA網(wǎng)絡(luò)的分布式仿真原理, 網(wǎng)絡(luò)中需要定制統(tǒng)一的FOM表,該表中定義了各個(gè)聯(lián)邦成員需要發(fā)布和訂購的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu), 各聯(lián)邦成員根據(jù)該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu), 發(fā)送和接收相應(yīng)的仿真數(shù)據(jù). 各聯(lián)邦成員通過將仿真數(shù)據(jù)發(fā)送到RTI服務(wù)程序, 再通過該服務(wù)程序?qū)⒎抡鏀?shù)據(jù)分發(fā)給需要的聯(lián)邦成員, 從而實(shí)現(xiàn)各分系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通.

圖2 系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

如圖3所示為系統(tǒng)音頻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖, 音頻網(wǎng)絡(luò)通過普通接入層交換機(jī)將語音通訊計(jì)算機(jī)和實(shí)時(shí)通訊單元連接. 語音數(shù)據(jù)傳輸也是通過HLA網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn), RTI服務(wù)程序安裝在語音通訊計(jì)算機(jī)內(nèi). 與仿真數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)一樣, RTI服務(wù)程序負(fù)責(zé)語音數(shù)據(jù)的接收和分發(fā).

圖3 系統(tǒng)音頻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

1.3 系統(tǒng)功能

飛行模擬器聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練系統(tǒng)的主要功能以飛行人員的空戰(zhàn)訓(xùn)練為主, 因此飛行模擬器是整個(gè)系統(tǒng)的訓(xùn)練核心. 飛行模擬器具有對應(yīng)模擬機(jī)型的駕駛、武器使用及電子設(shè)備使用等功能; 指揮分系統(tǒng)由指揮人員操控, 完成對紅、藍(lán)方兵力的指揮與調(diào)度. 導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)為導(dǎo)調(diào)控制人員提供二、三維戰(zhàn)場態(tài)勢及參訓(xùn)人員訓(xùn)練信息管理等功能. 戰(zhàn)場環(huán)境分系統(tǒng)為聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練提供統(tǒng)一的戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)支持, 其中氣象環(huán)境是通過氣象環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)布使所有戰(zhàn)場內(nèi)的戰(zhàn)斗實(shí)體能夠接收統(tǒng)一的氣象數(shù)據(jù); 電磁環(huán)境為所有實(shí)體提供統(tǒng)一的電磁解算; 地形服務(wù)為所有需要地形高度數(shù)據(jù)的系統(tǒng)提供統(tǒng)一的高程數(shù)據(jù)服務(wù); 導(dǎo)航信息為所有飛行模擬器提供統(tǒng)一的導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息服務(wù). 外彈道解算系統(tǒng)為武器發(fā)射后的狀態(tài)提供解算, 并對戰(zhàn)斗實(shí)體進(jìn)行毀傷計(jì)算.計(jì)算機(jī)生成兵力分系統(tǒng)為系統(tǒng)增加計(jì)算機(jī)虛擬兵力,以增加戰(zhàn)場兵力復(fù)雜度, 同時(shí)也增加了訓(xùn)練強(qiáng)度和難度. 音頻分系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各參訓(xùn)人員間的語音通訊功能. 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)將各個(gè)分系統(tǒng)連接并為數(shù)據(jù)分發(fā)提供軟硬件支持.

1.4 信息關(guān)系

導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)是整個(gè)訓(xùn)練系統(tǒng)的控制中樞, 通過該系統(tǒng)可以發(fā)出系統(tǒng)運(yùn)行、戰(zhàn)場布局和環(huán)境設(shè)置等命令, 同時(shí)該分系統(tǒng)還要接收其他各分系統(tǒng)回送的狀態(tài)數(shù)據(jù), 通過這些數(shù)據(jù)導(dǎo)調(diào)控制人員可以進(jìn)行戰(zhàn)場態(tài)勢觀察和評(píng)估, 為整個(gè)訓(xùn)練的協(xié)調(diào)運(yùn)行提供保障.

戰(zhàn)場環(huán)境分系統(tǒng)為飛行模擬器、計(jì)算機(jī)生成兵力、外彈道解算、導(dǎo)調(diào)控制等分系統(tǒng)提供戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù).

計(jì)算機(jī)生成兵力將電磁設(shè)備狀態(tài)反饋給戰(zhàn)場環(huán)境分系統(tǒng)、將實(shí)體狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋給導(dǎo)調(diào)控制、指揮、外彈道解算和飛行模擬器分系統(tǒng).

外彈道解算分系統(tǒng)將彈道狀態(tài)數(shù)據(jù)反饋給導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng), 將毀傷數(shù)據(jù)反饋給飛行模擬器和計(jì)算機(jī)生成兵力, 同時(shí)還接收戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)供彈道解算使用.

指揮分系統(tǒng)將指揮數(shù)據(jù)發(fā)送給飛行模擬器和計(jì)算機(jī)生成兵力分系統(tǒng), 同時(shí)接受導(dǎo)調(diào)控制系統(tǒng)的控制信息.

飛行模擬器接收導(dǎo)調(diào)控制的控制信息、戰(zhàn)場環(huán)境信息、計(jì)算機(jī)生成兵力實(shí)體狀態(tài)信息、外彈道解算毀傷信息以及指揮分系統(tǒng)的指揮命令信息. 同時(shí), 飛行模擬器還將狀態(tài)信息發(fā)送給導(dǎo)調(diào)控制、指揮、計(jì)算機(jī)生成兵力、外彈道解算和戰(zhàn)場環(huán)境等分系統(tǒng).

所有信息仿真數(shù)據(jù)的交互都通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn), 音頻分系統(tǒng)通過專用音頻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)音頻通訊.

如圖4所示為各個(gè)分系統(tǒng)之間的信息關(guān)系圖.

圖4 各分系統(tǒng)間的信息關(guān)系圖

2 分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及聯(lián)網(wǎng)整合

2.1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)是飛行模擬器聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練系統(tǒng)的基礎(chǔ), 其他各個(gè)分系統(tǒng)的運(yùn)行都要依賴該分系統(tǒng)的軟硬件設(shè)備.

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)包括軟硬件兩部分, 硬件部分主要包括交換機(jī)、光纖網(wǎng)絡(luò)、雙絞線網(wǎng)絡(luò)、RTI服務(wù)器以及聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)等. 軟件主要為自研的仿真互聯(lián)可視化快速開發(fā)平臺(tái)QuickLink.

QuickLink 是基于HLA 分布式交互仿真體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和開發(fā)的仿真互聯(lián)可視化快速開發(fā)平臺(tái), 突出解決仿真互聯(lián)設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中“可視化開發(fā)工具、通用語言接口框架、仿真互聯(lián)引擎”三個(gè)方面的關(guān)鍵問題.基于該平臺(tái)開發(fā)者無需了解任何HLA、RTI 以及軟件設(shè)計(jì)模式等專業(yè)技術(shù)細(xì)節(jié), 使得大規(guī)模分布式仿真系統(tǒng)通信互聯(lián)的開發(fā)時(shí)間大幅縮短, 可以顯著提高仿真系統(tǒng)的開發(fā)效率. 軟件總體架構(gòu)如圖5所示.

圖5 QuickLink軟件總體架構(gòu)

該平臺(tái)由以下四個(gè)部分組成:

1) 可視化開發(fā)工具(QuickLinkDev)

具有人機(jī)交互界面, 根據(jù)用戶輸入的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議自動(dòng)生成相應(yīng)的仿真互聯(lián)引擎多語言接口, 整個(gè)開發(fā)過程只需開發(fā)者進(jìn)行簡單地操作就可以完成, 而無須了解任何HLA、RTI 技術(shù)細(xì)節(jié)和編寫任何程序代碼.

2) 通用語言框架(QlToolkit.dll)

為分布式仿真互聯(lián)提供多語言開發(fā)接口, 該接口支持C++、C#、VB.

3) 仿真互聯(lián)引擎(QlCore.dll)

為對象、交互的結(jié)構(gòu)與行為提供與協(xié)議無關(guān)統(tǒng)一的管理與通信接口.

4) 運(yùn)行時(shí)(QuickLinkRT)

為分布式仿真互聯(lián)提供RTI 運(yùn)行環(huán)境與管理工具. QuickLink平臺(tái)仿真程序運(yùn)行流程如圖6所示.

2.2 導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)

導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)由二維態(tài)勢及控制、三維態(tài)勢和信息管理三個(gè)子系統(tǒng)組成. 二維態(tài)勢及控制子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了二維戰(zhàn)場態(tài)勢顯示、戰(zhàn)斗實(shí)體控制、戰(zhàn)斗實(shí)體狀態(tài)顯示及系統(tǒng)運(yùn)行控制等功能. 三維態(tài)勢子系統(tǒng)通過三維方式顯示整個(gè)戰(zhàn)場態(tài)勢. 信息管理子系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫管理所有參訓(xùn)人員信息.

2.2.1 二維態(tài)勢及控制子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)軟件以MFC作為開發(fā)平臺(tái), 以MapX作為開發(fā)組件, 可加載矢量和光柵兩種地圖格式, 具備二維戰(zhàn)場態(tài)勢顯示、戰(zhàn)斗實(shí)體軍標(biāo)標(biāo)識(shí)、戰(zhàn)斗實(shí)體狀態(tài)控制, 系統(tǒng)的仿真進(jìn)程控制, 戰(zhàn)場態(tài)勢記錄重演等功能.

初始化

QlToolkit::QlInit

注冊對象和交互回調(diào)函數(shù)（可選）QlXXXSR::AddObjectAdditionCallback QlXXXSR::AddObjectRemovalCallback QlXXXInter::AddInteractionCallback

QlXXXSR::AddPostCallback

開始

QlToolkit::QlStart

引擎通信

QlObjectCallback QlInteractionCallback

QlPostCallback

結(jié)束通信連接QlToolkit::QlEnd紅、藍(lán)、中立和未知兵力, 設(shè)置內(nèi)容包括兵力類型、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、屬方、編組狀態(tài)和武器狀態(tài)等; 戰(zhàn)場環(huán)境設(shè)置可以對氣象環(huán)境、電磁環(huán)境和導(dǎo)航信息進(jìn)行人工設(shè)置; 系統(tǒng)運(yùn)行控制是對系統(tǒng)仿真過程進(jìn)行控制, 如運(yùn)行、暫停、結(jié)束和回放等; 戰(zhàn)斗實(shí)體控制可以對戰(zhàn)場內(nèi)所有實(shí)體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、武器狀態(tài)、部署狀態(tài)等全方位的控制, 可以協(xié)調(diào)整個(gè)戰(zhàn)場態(tài)勢, 使訓(xùn)練能夠有效的進(jìn)行. 特殊情況設(shè)置可以在訓(xùn)練過程中設(shè)置一些特殊情況, 增加訓(xùn)練難度, 如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)失火、通信中斷等; 系統(tǒng)態(tài)勢監(jiān)控通過文字和二維圖形的方式對戰(zhàn)勢進(jìn)展?fàn)顟B(tài)、各戰(zhàn)斗實(shí)體運(yùn)行狀態(tài)、武器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控, 隨時(shí)協(xié)調(diào)各作戰(zhàn)單元, 避免因技術(shù)原因造成訓(xùn)練停止.

2.2.2 三維態(tài)勢子系統(tǒng)

三維戰(zhàn)場態(tài)勢軟件采用EV-Globe SDK作為開發(fā)組件, 在其基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字地球顯示, 在數(shù)字地球的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)各種軍標(biāo)、模型、特效、氣象等三維戰(zhàn)場態(tài)勢所需的要素. 軟件效果如圖8所示.

圖6 程序運(yùn)行流程

MapX是一個(gè)基于ActiveX(OCX)技術(shù)的可編程控件, 該控件具有顯示二維矢量地圖、顯示字體符號(hào)形式的軍標(biāo)、繪制線條、綁定數(shù)據(jù)、圖元查詢等功能. 其中分層繪制圖元的顯示方式, 可以方便的實(shí)現(xiàn)軍標(biāo)運(yùn)動(dòng)顯示、路徑規(guī)劃軌跡繪制等功能. 如圖7所示為導(dǎo)調(diào)控制軟件層次圖.

圖8 三維戰(zhàn)場態(tài)勢顯示

圖7 二維態(tài)勢及控制軟件層次圖

該軟件包括訓(xùn)練戰(zhàn)場想定設(shè)置、兵力設(shè)置、戰(zhàn)場環(huán)境設(shè)置、系統(tǒng)運(yùn)行控制、戰(zhàn)斗實(shí)體控制、特殊情況及系統(tǒng)態(tài)勢監(jiān)控七個(gè)功能模塊. 戰(zhàn)場想定設(shè)置功能通過兵力設(shè)置、戰(zhàn)場環(huán)境設(shè)置和數(shù)據(jù)庫操作可以實(shí)現(xiàn)初始戰(zhàn)場想定的布設(shè)、保存和調(diào)用; 兵力設(shè)置可以設(shè)置

2.2.3 信息管理子系統(tǒng)

信息管理子系統(tǒng)軟件包括人員注冊、添加信息、查找信息、統(tǒng)計(jì)信息和提醒信息5個(gè)功能模塊, 通過這些模塊可以實(shí)現(xiàn)參訓(xùn)人員信息管理, 包括參訓(xùn)時(shí)間、訓(xùn)練課目、參訓(xùn)機(jī)型等信息. 參訓(xùn)人員的信息數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫形式存儲(chǔ).

2.3 戰(zhàn)場環(huán)境分系統(tǒng)

戰(zhàn)場環(huán)境分系統(tǒng)為整個(gè)訓(xùn)練系統(tǒng)提供各種數(shù)據(jù)支持和服務(wù), 包括電磁環(huán)境、氣象環(huán)境、導(dǎo)航信息和地形服務(wù)四部分. 該分系統(tǒng)保證所有戰(zhàn)斗實(shí)體具有統(tǒng)一的戰(zhàn)場環(huán)境, 使訓(xùn)練過程和結(jié)果更公平可信.

2.3.1 電磁環(huán)境子系統(tǒng)

在真實(shí)的戰(zhàn)場中, 復(fù)雜電磁環(huán)境對雷達(dá)、導(dǎo)彈、導(dǎo)航等設(shè)備的使用具有比較大的影響, 為了增加作戰(zhàn)真實(shí)性, 該子系統(tǒng)通過功能仿真, 實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜戰(zhàn)場電磁環(huán)境的模擬.

飛行模擬器聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練系統(tǒng)中涉及與電磁環(huán)境相關(guān)的設(shè)備包括雷達(dá)、干擾機(jī)、導(dǎo)航設(shè)備和敵我識(shí)別器. 系統(tǒng)采用脈沖描述字(PDW)對輻射源進(jìn)行描述, 包括脈沖到達(dá)時(shí)間, 脈沖到達(dá)角, 脈沖載頻、脈沖寬頻、脈沖幅度等.系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)的輻射源設(shè)置, 在考慮輻射源平臺(tái)運(yùn)動(dòng)、輻射源天線波束形狀及掃描方式的情況下,計(jì)算每部雷達(dá)信號(hào)、干擾信號(hào)的脈沖參數(shù), 將脈沖存儲(chǔ)起來, 最后按到達(dá)該點(diǎn)的時(shí)間進(jìn)行排序, 最后得到整個(gè)仿真時(shí)間內(nèi)按到達(dá)時(shí)間排序的PDW脈沖流, 從而得到各參訓(xùn)實(shí)體處接收機(jī)所面臨的脈沖信號(hào).

2.3.2 氣象環(huán)境子系統(tǒng)

該系統(tǒng)氣象數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)來源為特定時(shí)期國內(nèi)真實(shí)氣象數(shù)據(jù)和仿真氣象數(shù)據(jù). 真實(shí)氣象數(shù)據(jù)以全國范圍內(nèi)不同地區(qū)全年氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 采用插值等計(jì)算方法計(jì)算特定空間、時(shí)間點(diǎn)氣象數(shù)據(jù). 仿真氣象數(shù)據(jù)是根據(jù)導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)設(shè)置的氣象內(nèi)容通過氣象數(shù)學(xué)模型生成特定氣象數(shù)據(jù). 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖9所示.

圖9 氣象環(huán)境軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3.3 導(dǎo)航信息子系統(tǒng)

通過將仿真訓(xùn)練區(qū)域內(nèi)的導(dǎo)航設(shè)備部署信息錄入數(shù)據(jù)庫, 并通過導(dǎo)調(diào)控制分系統(tǒng)對其狀態(tài)進(jìn)行控制和管理, 實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航信息服務(wù)功能. 訓(xùn)練區(qū)域?qū)Ш皆O(shè)備部署信息庫存儲(chǔ)的內(nèi)容包括機(jī)場代碼、機(jī)場名稱、機(jī)場裝備的導(dǎo)航設(shè)備型號(hào)、導(dǎo)航設(shè)備名稱、導(dǎo)航設(shè)備部署經(jīng)度、導(dǎo)航設(shè)備部署緯度、導(dǎo)航設(shè)備部署高度等.

圖10 導(dǎo)航信息軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3.4 地形服務(wù)子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)通過分頁加載DEM數(shù)據(jù), 為戰(zhàn)斗實(shí)體提供統(tǒng)一的高程數(shù)據(jù)值. 在訓(xùn)練系統(tǒng)中, 飛行模擬器、導(dǎo)彈、計(jì)算機(jī)生成兵力等戰(zhàn)斗實(shí)體都需要高程數(shù)據(jù)值,這些值可以實(shí)現(xiàn)實(shí)體高度檢測、碰撞檢測、透視性檢測等功能.

2.4 外彈道解算分系統(tǒng)

外彈道解算分系統(tǒng)用于對敵我兵力對抗過程中敵、我雙方武器發(fā)射后的外彈道進(jìn)行模擬解算并進(jìn)行最終毀傷效果的計(jì)算. 該系統(tǒng)仿真對象包括機(jī)載導(dǎo)彈、機(jī)載炸彈、航炮、地面防空導(dǎo)彈和艦空導(dǎo)彈等. 如圖11所示為武器外彈道模擬仿真框圖. 武器外彈道解算需要提供武器的初始運(yùn)動(dòng)、姿態(tài)等狀態(tài)值, 這些值通過武器載體如模擬器、CGF等獲得. 該分系統(tǒng)通過發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)模型、燃油系統(tǒng)模型、武器質(zhì)量特性模型、武器控制模型、武器制導(dǎo)模型結(jié)合氣動(dòng)數(shù)據(jù)、大氣數(shù)據(jù)、電磁環(huán)境數(shù)據(jù)等完成武器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)解算, 解算后數(shù)據(jù)與系統(tǒng)地形數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)一起作為碰撞檢測模型數(shù)據(jù)源完成碰撞檢測計(jì)算并給出毀傷效果值.

圖11 武器外彈道模擬仿真框圖

2.5 計(jì)算機(jī)生成兵力分系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)生成兵力分系統(tǒng)主要作用是配合飛行模擬器訓(xùn)練, 提供以藍(lán)方兵力為主的逼真的對抗對象. 該分系統(tǒng)主要包括作戰(zhàn)仿真引擎、仿真資源庫、通訊接口和人機(jī)交互界面四部分. 作戰(zhàn)仿真引擎是整個(gè)CGF分系統(tǒng)中的核心模塊, 完成兵力對抗的主要功能, 重點(diǎn)在基于工廠機(jī)制的模型設(shè)計(jì)和重用. 仿真引擎底層采用基于M?K RTI的分布式仿真結(jié)構(gòu), 提供對仿真進(jìn)程的驅(qū)動(dòng). 仿真資源庫是離線系統(tǒng), 以文本或數(shù)據(jù)庫形式提供與作戰(zhàn)相關(guān)的各種武器裝備的性能參數(shù)和作戰(zhàn)行動(dòng)文案等, 為開發(fā)和操控人員提供數(shù)據(jù)支持. 通信接口是CGF分系統(tǒng)與整個(gè)外部系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的通道. 其功能是接收外部數(shù)據(jù), 轉(zhuǎn)化為滿足CGF系統(tǒng)運(yùn)行的本地?cái)?shù)據(jù); 將本地?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為外部系統(tǒng)需要數(shù)據(jù),完成CGF系統(tǒng)與外部系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互過程. 如圖12為CGF軟件結(jié)構(gòu)圖.

圖12 CGF軟件結(jié)構(gòu)圖

2.6 指揮分系統(tǒng)

指揮分系統(tǒng)包括紅方指揮所和藍(lán)方指揮所, 該分系統(tǒng)通過仿真的數(shù)據(jù)鏈和語音的方式向作戰(zhàn)實(shí)體發(fā)出控制命令. 紅、藍(lán)方指揮所軟硬件組成基本相同,都包括雷達(dá)臺(tái)、綜合態(tài)勢臺(tái)和通信臺(tái), 指揮員可以通過這些臺(tái)位設(shè)備對戰(zhàn)場態(tài)勢進(jìn)行觀察, 并通過仿真數(shù)據(jù)鏈和語音系統(tǒng)指揮戰(zhàn)斗實(shí)體完成指揮員的戰(zhàn)術(shù)意圖.

2.7 音頻分系統(tǒng)

音頻分系統(tǒng)以各參訓(xùn)部位語音麥克風(fēng)、音響、語音通訊計(jì)算機(jī)和語音通信服務(wù)器等硬件為基礎(chǔ), 通過HLA語音通訊網(wǎng)絡(luò), 實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練部位語音通訊功能. 通過語音通訊控制軟件可以對通訊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊組合控制. 音頻分系統(tǒng)主要設(shè)備為RIU——實(shí)時(shí)通信單元, RIU是一種集實(shí)時(shí)語音通訊和即時(shí)聲音告警功能于一體的通訊系統(tǒng).

RIU的實(shí)時(shí)語音通訊軟件設(shè)計(jì)主要包括三部分的內(nèi)容, 一是聲音的采集和播放, 使用DirectSound開發(fā);二是語音包的傳輸, 使用了RTP庫, RTP是一個(gè)實(shí)時(shí)通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議, 網(wǎng)絡(luò)上的音視頻傳輸大多用它來實(shí)現(xiàn);三是控制字, 用來控制語音包的發(fā)送地址, 從而達(dá)到語音通訊的控制, 如是否進(jìn)行語音通信, 是單工還是雙工等.

2.8 飛行模擬器分系統(tǒng)

飛行模擬器主要包括座艙系統(tǒng)、視景系統(tǒng)、操縱負(fù)荷系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、音響系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等, 本系統(tǒng)中所涉及的飛行模擬器是已經(jīng)研制完成并使用過一段時(shí)間的成熟產(chǎn)品, 這些模擬器已經(jīng)具備單機(jī)訓(xùn)練功能. 飛行模擬器的互聯(lián)只需將飛控、航電、武器火控模擬器內(nèi)部數(shù)據(jù)與其他分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互, 部分?jǐn)?shù)據(jù)在使用前進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)變換處理即可.

2.9 分系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)整合

各分系統(tǒng)內(nèi)的聯(lián)邦成員通過發(fā)布、訂購數(shù)據(jù)類實(shí)現(xiàn)分系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互, 從而使整個(gè)系統(tǒng)能夠協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)形成整體. 發(fā)布者按周期更新對象類數(shù)據(jù), 訂購者可以獲得對象類的連續(xù)狀態(tài); 發(fā)布者發(fā)送交互類的狀態(tài)值, 訂購者可以獲得觸發(fā)類消息. 通過結(jié)合對象類和交互類的特點(diǎn), 可以實(shí)現(xiàn)各分系統(tǒng)間相互通信和消息的傳遞. 如表1所示為數(shù)據(jù)互聯(lián)協(xié)議說明.

表1 數(shù)據(jù)互聯(lián)協(xié)議說明

3 結(jié)語

該系統(tǒng)完成研制后, 在交付使用之前, 參研人員對系統(tǒng)研發(fā)前期制定的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了嚴(yán)格的測試, 達(dá)到甚至超過了原指標(biāo)要求, 后又經(jīng)過多個(gè)批次測試訓(xùn)練, 通過參訓(xùn)人員的反饋完全可以滿足導(dǎo)調(diào)人員、指揮人員和飛行人員的訓(xùn)倆需求, 對于提高各類人員在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下的實(shí)戰(zhàn)能力起到了重要的作用.

飛行模擬器聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練不僅拓展了訓(xùn)練內(nèi)容, 同時(shí)也使訓(xùn)練更接近實(shí)戰(zhàn), 飛行模擬器聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練為日后進(jìn)行異地多兵種聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練奠定了技術(shù)基礎(chǔ), 甚至也使模擬器和實(shí)裝裝備聯(lián)網(wǎng)訓(xùn)練成為可能, 這將進(jìn)一步擴(kuò)大飛行模擬器的應(yīng)用范圍, 提高軍事經(jīng)濟(jì)效益.

1 Fujimoto RM, Weatherly RM. Time Management in the DoD high level architecture. Acm Sigsim Simulation Digest, 1996, 26(1): 60–67.

2 Fujimoto RM. Time management in the hight level architecture. Simulation Trans. of the Society for Modeling & Simulation International, 1998, 71(6): 388–400.

3 林新,宋焱,王行仁.戰(zhàn)斗機(jī)飛行仿真系統(tǒng)HLA互聯(lián)系統(tǒng).系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2004,16(12):2751–2753.

4 王新民,蔣正雄,謝蓉,黃譽(yù).基于反射內(nèi)存網(wǎng)的分布式實(shí)時(shí)飛行仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)測量與控制,2011,19(12):3023–3026.

5 徐琦,方澄.基于反射內(nèi)存網(wǎng)的多飛行模擬器時(shí)間同步.火力與指揮控制,2009,34(11):164–167.

Flight Simulator Networking Training System

LI Xue-Qing, AI Zu-Liang, WANG Zai-Kui, XIE Bao-Chuan
(Naval Simulation Flight Training Center, Beijing 102488, China)

According to the actual needs of the pilot, directing and adjusting subsystem, battlefield environment subsystem, missile trajectory calculation subsystem, CGF subsystem, command subsystem and audio subsystem are developed. The above-mentioned subsystems and networking modified flight simulators are integrated based on HLA network. Flight simulator networking training system is built. Multiple flight simulators joint training function is realized in the local area.

flight simulator; networking training; directing and adjusting; battlefield environment

2016-07-27;收到修改稿時(shí)間:2016-09-02

10.15888/j.cnki.csa.005703