某型航空偵察模擬訓練系統的研制

王淑娟,趙育良,張玉葉,張國棟

（海軍航空工程學院青島校區,山東青島 266041）

某型航空偵察模擬訓練系統的研制

王淑娟,趙育良,張玉葉,張國棟

（海軍航空工程學院青島校區,山東青島 266041）

半實物仿真新型偵察裝備模擬訓練系統的構成、設計思路及實現過程，采用軟硬結合的仿真技術，實現了偵察任務系統信號輸出、偵察設備的拆裝、轉運、通電檢查等仿真功能，保證了院校新型偵察裝備的教學，提高了教學訓練的效果，促進了航空偵察戰斗力的快速形成。

航空偵察；模擬訓練；仿真系統

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.77

0 引言

隨著高新技術不斷的應用于航空偵察裝備的研究和發展，航空裝備呈現出跨越發展的態勢，新型航空偵察裝備不再是一個獨立的個體，而是成為綜合航電的一個分系統，與飛機DE交聯更為緊密。由于新型偵察裝備造價高，無法同步裝備到院校教學，導致院校教學裝備配套滯后。院校裝備課、維護課教學內容與實際裝備脫節嚴重，嚴重限制了新型偵察裝備教學，制約著航空偵察裝備訓練的發展，延緩了部隊偵察裝備形成戰斗力的進程。研發航空偵察裝備模擬訓練系統，能夠有效解決航空偵察裝備教學中裝備配套落后、教學手段單一的問題，快速提高新型偵察裝備的維護和使用水平。

1 系統整體設計

全軟件仿真模擬操作訓練系統，采用人機交互的方式進行操作，受訓者缺乏與設備的直接接觸，達不到實裝操作的真實效果。為更好的突出模擬訓練過程中操作者的沉浸感，增強操作者在模擬訓練過程中的真實感，本系統采取半實物仿真的方式，以全仿真多功能顯示器周邊的按鍵實現系統的信號輸入，并將系統的反饋信號通過多功能顯示器顯示，給受訓者如同在飛機上訓練的真實操作，增強受訓者的真實感。模擬訓練系統內主控計算機通過串口采集多功能顯示器周邊按鍵的信號，并進行數據處理，主控計算機在接收到串口數據后，執行仿真訓練軟件程序，生成實時的仿真動作并將對應的預置顯示信息通過多功能顯示器顯示。

選用Visual Studio C#作為模擬訓練開發平臺，采用3DMax軟件構建航空偵察裝備、機上環境及操作場景模型，利用Flash軟件完成多功能顯示器仿真畫面的開發，選用EON實現偵察設備的動作、場景仿真。

整個模擬訓練系統主要分為3個部分：多功能顯示器、主控軟件系統和視景音響輸出模塊，如圖1所示。

圖1 系統結構簡圖

2 主要技術實現

2.1 多功能顯示器周邊鍵響應

多功能顯示器按鍵利用RS-485半雙工串行總線輸出，主控計算機通過 RS-232/RS-485轉換接口與之連接進行信息交互，串口數據轉換如圖2所示。

圖2 串口數據轉換示意

系統開發軟件C#提供了SeriaiPort類，使用該類可以完成串口數據通訊。串口通訊的主要參數通過串口對象實例的屬性進行設置，實現串口數據的輸入輸出；計算機利用自定義時鐘，不斷向多功能顯示器發送指令數據包，通過自 comm_DataReceived事件響應多功能顯示器應答數據包，解析后根據判定鍵值進行響應。

2.2 三維仿真模型的建立

在模擬訓練系統構建時，如能為受訓者提供全場景視覺、聽覺、觸覺的仿真效果，使受訓者沉浸在極為逼真的訓練環境中，才能讓受訓者身臨其境，增強真實感的體驗，以提高訓練效果。因此，在構建模擬訓練系統時，完整的構建了虛擬機場環境、照相工作房模型，構建了完整的機艙內部結構模型，操作的開關、按鈕等與實際情況一致，最大程度地保證系統場景和操作的逼真性。三維可視化的系統模型做到照片級的質量，操作的開關、按鈕等完全跟實際的形狀、動作狀態、聲音一致，保證整個系統的場景和操作的逼真性。建模時，不僅從外觀、結構及尺寸比例與仿真對象一致，而且為便于在EON中添加模型動作，從3個方面對模型進行優化。

（1）面的數量。EON的一個很大的優點是對模型的點、線、面有較強的優化能力，但在虛擬仿真系統制作過程中為避免過度占用資源，盡量減少模型面數。

（2）貼圖的使用。貼圖集中放在一張2 m×2 m的圖上，以節約EON調入貼圖的時間。

（3）對仿真模型進行適當的分組及命名，以便在仿真腳本編寫時方便調用。

2.3 仿真平臺軟件設計

虛擬仿真平臺利用C#結合Eon Studio、Flash進行開發，軟件設計框圖如圖3所示。

圖3 虛擬維修平臺軟件設計框圖

Eon Studio 5.2是目前全世界公認的整合性、延展性最好的虛擬現實開發展示系統。它支持OpenGL或Direct3D硬件加速，用戶可以自定義渲染品質、燈光模式、陰影模式和填充模式等，可以方便高效的開發仿真程序。但是單獨的Eon Studio 5.2生成的仿真程序，交互性和可控性差，也不能進行實時的動態仿真。

通過在C#程序中使用Eon Studio5.2附帶的EonX控件調用、驅動Eon仿真程序，進行仿真程序的二次開發，加深人機交互的深度，拓寬了人機交互的范圍，增強仿真程序的可控性，實現了較復雜的虛擬仿真，并且可以按照訓練大綱將訓練任務分塊，解決了單純的Eon Studio5.2仿真程序在加載大場景時耗時、響應速度慢、實時性差的缺點。

Flash則可非常好的實現多媒體功能及平面仿真功能，在C#程序中使用Shockwave控件調用Flash多媒體及平面仿真程序，在提高程序導航及視覺效果的同時，實現與Eon仿真程序的實時通訊，進一步加強仿真程序的真實度和實時性。

2.4 虛擬訓練拆裝序列邏輯實現

在偵察設備拆裝模擬訓練中，按照零件的排列組合，可能的拆卸序列有幾個、幾十個乃至上百個。按照操作維護規程，在實際操作時，許多操作條目是可以并行進行的，通常也是由多個技術保障人員進行多工位并行操作，因此必須采用能夠體現規程并行操作特征的方法來描述虛擬訓練的拆裝序列。

本模擬訓練系統采用有向圖來描述偵察設備的拆卸裝配序列。為了實現有向圖的結構，在編程時，除了描述規程的樹型結構外，在樹型結構中的每個葉子節點都要有1個唯一的節點ID、1個依賴節點序列、1個后續節點序列以及節點名稱、狀態、位置、大小、視角的標識等。其中依賴節點是指在進行該節點操作時，必須先行完成的節點操作。后續節點指的是必須在該節點操作完成后才能進行操作的節點。那么在程序中就可以根據節點的ID及其依賴節點序列和后續節點序列組織成如圖4所示的有向圖結構。

圖4 虛擬拆裝序列有向圖結構

3 結語

模擬訓練系統通過三維視景仿真、虛實結合的方法為受訓者構建了逼真完善的訓練環境，可以完成幾乎所有在實際裝備上能夠進行的操作，包括艙內設備操作、多功能顯示器操作、設備拆裝、設備轉運等。模擬訓練系統的建設，可以滿足院校該型偵察裝備的教學需求，為新形勢下的任職教育教學提供了先進的輔助手段。

［1］趙育良，許兆林，趙宏強.某型航空偵察平臺模擬訓練系統的研制［J］.電子設計工程，2011，19（19）:47-51.

［2］趙育良，周勝明，王淑娟.新型偵察設備多功能顯控系統仿真研究［J］.兵工自動化，2015,34（12）:13-15.

［3］陳青華，謝曉方，高波.多功能顯示模擬器的設計與實現［J］.火力與指揮控制，2007，32（8）:110-112.

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V245.6

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〔編輯 李 波〕