靶場射擊試驗(yàn)測控仿真平臺(tái)方案設(shè)計(jì)

0 引言

　　靶場是軍事攻防性能評(píng)估的重要場所，是新武器試驗(yàn)測量的綜合測試平臺(tái)，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發(fā)步伐。近幾年靶場組織完成的多項(xiàng)試驗(yàn)表明，射擊試驗(yàn)正在成為制約順利完成復(fù)雜武器系統(tǒng)試驗(yàn)任務(wù)的瓶頸。為適應(yīng)未來信息站和電子戰(zhàn)的需要，對(duì)于射擊試驗(yàn)測控仿真平臺(tái)的研究已迫在眉睫。該平臺(tái)以某新型高炮武器系統(tǒng)的射擊試驗(yàn)測試評(píng)估為背景，實(shí)現(xiàn)靶場測控方案設(shè)計(jì)的自動(dòng)化、可視化和智能化。在未來信息化條件下，為靶場順利完成復(fù)雜武器系統(tǒng)射擊試驗(yàn)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(fù)雜武器系統(tǒng)。

　　1 靶場射擊試驗(yàn)測控仿真平臺(tái)的構(gòu)建

　　1.1 仿真平臺(tái)二維態(tài)勢顯示模塊的開發(fā)

　　平臺(tái)依托二維地圖，直觀地顯示相關(guān)設(shè)備、地形等具體布局。靶場二維地圖的建立經(jīng)過獲取航拍圖片，矢量化處理，獲取格網(wǎng)DEM數(shù)據(jù)，再利用格網(wǎng)DEM提取等高線。同時(shí)，對(duì)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(shù)字地圖中常用的分層處理方式。在地理信息系統(tǒng)中，DEM最主要的3種表示模型是：規(guī)則格網(wǎng)模型、等高線模型和不規(guī)則三角網(wǎng)模型。在靶場的射擊試驗(yàn)測控仿真系統(tǒng)中，采用了等高線模型。

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

　　1.2 平臺(tái)相關(guān)模塊之間的邏輯結(jié)構(gòu)

　　靶場高炮武器系統(tǒng)射擊試驗(yàn)測控仿真平臺(tái)是一個(gè)基于XML的實(shí)時(shí)分布交互仿真系統(tǒng)，由方案制定、參/被試品系統(tǒng)控制單元、二維態(tài)勢顯示、仿真管理、數(shù)據(jù)管理和關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算等節(jié)點(diǎn)組成。

　　方案制定人員通過選定測控方案的任務(wù)類型，設(shè)置參試品(飛行目標(biāo))和被試品(高炮武器系統(tǒng))的初始狀態(tài)，對(duì)參/被試品系統(tǒng)控制單元對(duì)選定的任務(wù)類型、系統(tǒng)的初始狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估、數(shù)據(jù)傳輸和關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算等操作，判斷測控方案制定的可行性。該系統(tǒng)為靶場高炮武器系統(tǒng)射擊試驗(yàn)測控仿真、路徑規(guī)劃、關(guān)鍵參數(shù)認(rèn)證、方案優(yōu)化等研究提供了仿真環(huán)境。該系統(tǒng)靶場射擊試驗(yàn)測控仿真及服務(wù)器的邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，二維態(tài)勢顯示節(jié)點(diǎn)客觀、實(shí)時(shí)地表示出選定的試驗(yàn)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(píng)估，并為方案的優(yōu)化工作提供數(shù)據(jù)支撐。

　　2 組件式開發(fā)

　　靶場射擊試驗(yàn)測控仿真系統(tǒng)的二維界面是利用XML和MapX組件混合開發(fā)的。作為靶場射擊試驗(yàn)測試仿真系統(tǒng)的二維節(jié)點(diǎn)，二維態(tài)勢顯示模塊實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：數(shù)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(biāo)系轉(zhuǎn)換等工具模塊調(diào)用;二、三維數(shù)據(jù)傳輸、通信及同步顯示。另外，系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了圖層顯示控制、方案類型選擇、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)交互等功能。這些功能的實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)交互

　　在進(jìn)行方案演示過程中，需要將二維地圖上獲得的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳輸給三維模塊，傳統(tǒng)RTI數(shù)據(jù)的傳輸量總體上小，對(duì)于數(shù)據(jù)量巨大，傳輸頻率小的數(shù)據(jù)，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(tǒng)的性能。

　　采用基于XML格式的數(shù)據(jù)交換能夠很好地解決此問題。XML(extensible markup language)具有可擴(kuò)展、自描述、代碼數(shù)據(jù)和表示分離等特點(diǎn)，可以作為數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)格式。XML Schema時(shí)XML模式描述語言能夠定義XML文件的語法模式，具體包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)順序、以及數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系等。

　　在靶場方案演示和方案優(yōu)化的模擬仿真中，XML數(shù)據(jù)交換接口負(fù)責(zé)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有態(tài)勢數(shù)據(jù)、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(shè)備測試數(shù)據(jù)、方案推演數(shù)據(jù)等。部分具體的交互數(shù)據(jù)如圖3所示。

　　依據(jù)這些數(shù)據(jù)的具體結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系，首先應(yīng)用XML Schema定義XML數(shù)據(jù)文件的基本結(jié)構(gòu)(包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)樹型結(jié)構(gòu)，以及數(shù)據(jù)單元的順序和數(shù)量等)，然后在此基礎(chǔ)上利用MSXML SDK提供的文檔對(duì)象模型DOM的API接口實(shí)現(xiàn)從C數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)到XML文檔的數(shù)據(jù)編碼接口和從XML文檔到C數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)解析接口。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，同時(shí)還利用預(yù)先定義好的XML Schema實(shí)現(xiàn)了對(duì)特定XML數(shù)據(jù)文件的校驗(yàn)功能。

　　4 Virtools三維建模軟件

　　法國全球交互三維開發(fā)解決方案公司Virtools開發(fā)了Virtools系列產(chǎn)品，其三維引擎已經(jīng)成為微軟XBox認(rèn)可系統(tǒng)，其特點(diǎn)是方便易用，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。它除了自身的3D/VR開發(fā)平臺(tái)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開發(fā)模塊和沉浸式平臺(tái)VR Pack。

　　Virtools Dev是專門用來設(shè)計(jì)制作3D世界的軟件，其內(nèi)部集成了500多個(gè)行為模塊，其中的Run VSL模塊可運(yùn)行用戶自己添加的Virtools語言代碼，利用這些行為模塊可以相互搭配串聯(lián)設(shè)計(jì)出許多不同的互動(dòng)效果。

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

　　本課題主要是應(yīng)用3DSMAX和Virtools工具，充分運(yùn)用Virtools開發(fā)工具的優(yōu)勢，對(duì)虛擬靶場環(huán)境及被試武器、參試目標(biāo)、測試設(shè)備等試驗(yàn)相關(guān)要素的外觀模型和相關(guān)特征模型的建模技術(shù)進(jìn)行研究。

　　5 結(jié)語

　　在此介紹了靶場射擊試驗(yàn)測控方案設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法，建立了可實(shí)現(xiàn)二、三維同步傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化方案設(shè)計(jì)平臺(tái)。二維操作界面實(shí)現(xiàn)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(shù)據(jù)文件，并采用XML語言進(jìn)行大數(shù)據(jù)量交互。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和GIS在靶場的更廣泛應(yīng)用，新測控方案的實(shí)現(xiàn)方法還需要進(jìn)一步研究與探索。