靶場(chǎng)射擊試驗測控仿真平臺方案設計

0 引言

　　靶場(chǎng)是軍事攻防性能評估的重要場(chǎng)所，是新武器試驗測量的綜合測試平臺，為各種高技術(shù)武器裝備提供先進(jìn)的測量手段，并加快高新武器的開(kāi)發(fā)步伐。近幾年靶場(chǎng)組織完成的多項試驗表明，射擊試驗正在成為制約順利完成復雜武器系統試驗任務(wù)的瓶頸。為適應未來(lái)信息站和電子戰的需要，對于射擊試驗測控仿真平臺的研究已迫在眉睫。該平臺以某新型高炮武器系統的射擊試驗測試評估為背景，實(shí)現靶場(chǎng)測控方案設計的自動(dòng)化、可視化和智能化。在未來(lái)信息化條件下，為靶場(chǎng)順利完成復雜武器系統射擊試驗測控任務(wù)提供了前提保證，并力爭在測控方案推演優(yōu)化技術(shù)上有所突破，進(jìn)而推廣到其他復雜武器系統。

　　1 靶場(chǎng)射擊試驗測控仿真平臺的構建

　　1.1 仿真平臺二維態(tài)勢顯示模塊的開(kāi)發(fā)

　　平臺依托二維地圖，直觀(guān)地顯示相關(guān)設備、地形等具體布局。靶場(chǎng)二維地圖的建立經(jīng)過(guò)獲取航拍圖片，矢量化處理，獲取格網(wǎng)DEM數據，再利用格網(wǎng)DEM提取等高線(xiàn)。同時(shí)，對于地圖上的建筑、河流、道路、地形和地貌等進(jìn)行手動(dòng)處理，采用數字地圖中常用的分層處理方式。在地理信息系統中，DEM最主要的3種表示模型是：規則格網(wǎng)模型、等高線(xiàn)模型和不規則三角網(wǎng)模型。在靶場(chǎng)的射擊試驗測控仿真系統中，采用了等高線(xiàn)模型。

　　等高線(xiàn)模型表示高程，高程值的集合是已知的某一條等高線(xiàn)對應一個(gè)已知的高程值，這樣一系列等高線(xiàn)集合和它們的高程值一起就構成了一種地面高程模型，如圖1所示。

　　1.2 平臺相關(guān)模塊之間的邏輯結構

　　靶場(chǎng)高炮武器系統射擊試驗測控仿真平臺是一個(gè)基于XML的實(shí)時(shí)分布交互仿真系統，由方案制定、參/被試品系統控制單元、二維態(tài)勢顯示、仿真管理、數據管理和關(guān)鍵參數計算等節點(diǎn)組成。

　　方案制定人員通過(guò)選定測控方案的任務(wù)類(lèi)型，設置參試品(飛行目標)和被試品(高炮武器系統)的初始狀態(tài)，對參/被試品系統控制單元對選定的任務(wù)類(lèi)型、系統的初始狀態(tài)進(jìn)行評估、數據傳輸和關(guān)鍵參數計算等操作，判斷測控方案制定的可行性。該系統為靶場(chǎng)高炮武器系統射擊試驗測控仿真、路徑規劃、關(guān)鍵參數認證、方案優(yōu)化等研究提供了仿真環(huán)境。該系統靶場(chǎng)射擊試驗測控仿真及服務(wù)器的邏輯結構如圖2所示。其中，二維態(tài)勢顯示節點(diǎn)客觀(guān)、實(shí)時(shí)地表示出選定的試驗任務(wù)中的各種仿真實(shí)體的狀態(tài)，供操作人員進(jìn)行仿真效果評估，并為方案的優(yōu)化工作提供數據支撐。

　　2 組件式開(kāi)發(fā)

　　靶場(chǎng)射擊試驗測控仿真系統的二維界面是利用XML和MapX組件混合開(kāi)發(fā)的。作為靶場(chǎng)射擊試驗測試仿真系統的二維節點(diǎn)，二維態(tài)勢顯示模塊實(shí)現的主要功能包括：數字地圖顯示、縮放、移動(dòng)、地圖漫游;地圖信息顯示;參/被試品模型動(dòng)態(tài)顯示;通視判斷;測距、測控、坐標系轉換等工具模塊調用;二、三維數據傳輸、通信及同步顯示。另外，系統還實(shí)現了圖層顯示控制、方案類(lèi)型選擇、數據管理和數據交互等功能。這些功能的實(shí)現已經(jīng)有比較成熟的方法，在此不予討論。

3 二/三維同步顯示的數據交互

　　在進(jìn)行方案演示過(guò)程中，需要將二維地圖上獲得的數據實(shí)時(shí)地傳輸給三維模塊，傳統RTI數據的傳輸量總體上小，對于數據量巨大，傳輸頻率小的數據，如果使用RTI進(jìn)行傳輸會(huì )影響整個(gè)分布交互仿真系統的性能。

　　采用基于XML格式的數據交換能夠很好地解決此問(wèn)題。XML(extensible markup language)具有可擴展、自描述、代碼數據和表示分離等特點(diǎn)，可以作為數據交換的標準格式。XML Schema時(shí)XML模式描述語(yǔ)言能夠定義XML文件的語(yǔ)法模式，具體包括數據結構、數據順序、以及數據之間的邏輯關(guān)系等。

　　在靶場(chǎng)方案演示和方案優(yōu)化的模擬仿真中，XML數據交換接口負責傳輸的數據有態(tài)勢數據、參/被試品初始狀態(tài)、參試品飛行狀態(tài)、被試品捕獲射擊狀態(tài)、測試設備測試數據、方案推演數據等。部分具體的交互數據如圖3所示。

　　依據這些數據的具體結構和邏輯關(guān)系，首先應用XML Schema定義XML數據文件的基本結構(包括數據結構、數據類(lèi)型、數據存儲樹(shù)型結構，以及數據單元的順序和數量等)，然后在此基礎上利用MSXML SDK提供的文檔對象模型DOM的API接口實(shí)現從C數據結構到XML文檔的數據編碼接口和從XML文檔到C數據結構的數據解析接口。為保證數據傳輸的完整性，同時(shí)還利用預先定義好的XML Schema實(shí)現了對特定XML數據文件的校驗功能。

　　4 Virtools三維建模軟件

　　法國全球交互三維開(kāi)發(fā)解決方案公司Virtools開(kāi)發(fā)了Virtools系列產(chǎn)品，其三維引擎已經(jīng)成為微軟XBox認可系統，其特點(diǎn)是方便易用，應用領(lǐng)域廣泛。它除了自身的3D/VR開(kāi)發(fā)平臺Virtools Dev以外，還集成了5個(gè)可選模塊，即網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器Virtools Server、物理屬性模塊Physics Pack、人工智能模塊AI Pack、Xbox開(kāi)發(fā)模塊和沉浸式平臺VR Pack。

　　Virtools Dev是專(zhuān)門(mén)用來(lái)設計制作3D世界的軟件，其內部集成了500多個(gè)行為模塊，其中的Run VSL模塊可運行用戶(hù)自己添加的Virtools語(yǔ)言代碼，利用這些行為模塊可以相互搭配串聯(lián)設計出許多不同的互動(dòng)效果。

　　Virtools Dev可對二維對象、文字、三維對象及聲音、影片等進(jìn)行操作，其中的三維對象資源可由3DSMAX等3D軟件制作的三維對象模型或三維動(dòng)畫(huà)通過(guò)安裝好的插件輸出文件以#.nmo格式導入。

　　本課題主要是應用3DSMAX和Virtools工具，充分運用Virtools開(kāi)發(fā)工具的優(yōu)勢，對虛擬靶場(chǎng)環(huán)境及被試武器、參試目標、測試設備等試驗相關(guān)要素的外觀(guān)模型和相關(guān)特征模型的建模技術(shù)進(jìn)行研究。

　　5 結語(yǔ)

　　在此介紹了靶場(chǎng)射擊試驗測控方案設計的實(shí)現方法，建立了可實(shí)現二、三維同步傳輸的網(wǎng)絡(luò )化方案設計平臺。二維操作界面實(shí)現了放大、縮小、漫游等各種功能操作，同時(shí)可以獲得需要的DEM數據文件，并采用XML語(yǔ)言進(jìn)行大數據量交互。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和GIS在靶場(chǎng)的更廣泛應用，新測控方案的實(shí)現方法還需要進(jìn)一步研究與探索。