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1 引言 導彈引信是一種能感應目標或其他預定的信息，并適時(shí)引爆戰斗部的一種裝置。引信的 性能在很大程度上決定了導彈系統的整體殺傷效力，鑒于引信在導彈系統中的重要地位，有 必要對引信進(jìn)行深入的研究和科學(xué)的設計。 一般來(lái)說(shuō)，引信仿真包括半實(shí)物仿真和全數字仿真。半實(shí)物仿真僅僅模擬引信的外部環(huán) 境，而引信由具體的實(shí)物充當，需要仿真的引信外部環(huán)境包括制導系統（交會(huì )條件）、目標 環(huán)境、戰斗部環(huán)境、干擾環(huán)境、雜波環(huán)境等等，具體的引爆規律嵌入在實(shí)物引信中，在仿真 過(guò)程中,引信專(zhuān)用測控設備負責采集引信實(shí)際引爆時(shí)刻等數據，根據采集到的數據可以對此 實(shí)物引信的引戰配合效率進(jìn)行*估及可視化分析，從而全面了解此實(shí)物引信的性能。全數字 仿真不僅模擬引信的外部環(huán)境，而且模擬引信本身，由于引信本身是由數字仿真得到的，其 引爆規律可以靈活定制，因此在全數字仿真模式下可以方便地研究各種引戰配合規律。 仿真環(huán)境是復雜多變的，為了減輕仿真測試的工作量，提高引信仿真測試的效率及可信 度，實(shí)現引信仿真測試的自動(dòng)化，有必要建立一套引信仿真測試可視化系統，其中系統控制 軟件是不可或缺的，系統控制軟件一方面在半實(shí)物仿真模式下作為整個(gè)系統的控制中心，另 一方面在全數字仿真模式下可以獨立的進(jìn)行引信的仿真測試。 2 設計與實(shí)現 2．1 設計思想 在設計引信仿真測試可視化系統軟件時(shí)充分考慮到了引信的半實(shí)物及全數字兩種仿真 模式，在軟件中建立了兩種的獨立的工作模式：半實(shí)物模式和全數字模式。在使用時(shí)用戶(hù)能 夠方便的在兩種工作模式之間進(jìn)行切換，兩種工作模式下使用不同的系統配置，包括數據庫、 用戶(hù)界面、相應模塊的使能與禁用等，具體實(shí)現方法是：將兩種工作模式的系統配置保存在 系統信息文件（INI 文件）中，用戶(hù)在進(jìn)行工作模式切換時(shí)，將當前工作模式的配置存入INI 文件中，并且讀出切換工作模式的配置信息，對系統重新進(jìn)行配置。 系統軟件運行在高性能的工作站上，在Visual C++平臺上開(kāi)發(fā)，主要依托于MFC 類(lèi)庫、 OpenGL 圖形庫、Vega 視景仿真系統、WinDriver 驅動(dòng)開(kāi)發(fā)工具等，大體可以分為自動(dòng)測試 視圖、數據分析視圖、三維演示視圖、報表打印視圖等工作視圖。 2．2 半實(shí)物仿真工作模式 2．2．1 系統整體架構 圖 1 引信仿真測試可視化系統整體架構 圖 1 所示為半實(shí)物仿真工作模式下引信仿真測試可視化系統的軟硬件結構圖，其中，引 信是真實(shí)的待測物。系統軟件運行在虛線(xiàn)框內的工作站上，是整個(gè)系統唯一的控制中心，測 試系統在控制中心的統一調度下完成測試任務(wù)。體目標模擬器用來(lái)仿真體目標回波信號，而 干擾模擬器用來(lái)產(chǎn)生干擾信號，回波信號與干擾信號合成后通過(guò)射頻電纜注入引信。工控機 一方面用來(lái)管理體目標模擬器和干擾模擬器，完成體目標海量數據的生成及下載，另一方面 接受工作站統一的指揮。引信狀態(tài)監測器主要用來(lái)實(shí)施對引信的控制和狀態(tài)監測，數據采集 器用來(lái)采集引信工作時(shí)的各種模擬及數字信號，并適時(shí)的上傳給工作站。 縱觀(guān)整個(gè)系統，系統的控制流以工作站為中心成網(wǎng)狀分布，而數據流則以順時(shí)針從工作 站出發(fā)，途徑體目標模擬器、干擾模擬器、引信、數據采集設備和引信狀態(tài)監測器，最終又 回到工作站，從而形成一個(gè)閉環(huán)的引信自動(dòng)化測試系統。 2．2．2 通信方式設計及實(shí)現 半實(shí)物仿真模式下的引信仿真測試可視化系統采用了分布式結構，考慮到外場(chǎng)試驗的需 要，勢必要對各個(gè)模塊之間的通信進(jìn)行設計和優(yōu)化。 系統包括了 RS485 高速串口、網(wǎng)卡、USB2.0 等通信方式，之所以采用多種通信方式， 主要是考慮到了外場(chǎng)試驗的需要以及各種通信方式的特點(diǎn)。 2．2．3 硬件同步板設計 在進(jìn)行自動(dòng)化測試過(guò)程中，各個(gè)模塊設備需要一個(gè)統一的、高精度的控制時(shí)序，由于系 統不是實(shí)時(shí)系統，且集成了多種傳輸延時(shí)不確定的通信方式，通過(guò)已有的通信方式傳輸控制 時(shí)序不能滿(mǎn)足精度上的要求，因此專(zhuān)門(mén)設計了硬件同步板。硬件同步板采用PCI 卡的方式 插在工作站上，通過(guò)雙絞線(xiàn)與其他四個(gè)設備直接相連，保證高精度控制時(shí)序的發(fā)送。 為了保證傳輸的可靠性，抑制各種干擾，采用了雙絞線(xiàn)傳輸差分電平的方式，在工程實(shí) 踐中使用以太網(wǎng)線(xiàn)4 對雙絞線(xiàn)中的一對。 2．3 全數字仿真工作模式 全數字仿真在可信度上雖不及半實(shí)物仿真。但成本更低，由于全部功能模塊數字化，因 此各個(gè)模塊之間的通信就非常簡(jiǎn)單了，有些模塊可以簡(jiǎn)化甚至省略。 在全數字仿真工作模式下，工作站可以脫離所有的外部環(huán)境獨立進(jìn)行仿真測試工作，其中體目標模擬器和干擾模擬器用相應的軟件模塊代替，而引信狀態(tài)監測器及數據采集設備在 軟件實(shí)現上可以大大簡(jiǎn)化。其中，實(shí)物引信的軟件仿真主要是指引戰配合規律的仿真，即根 據各種環(huán)境數據決定何時(shí)引爆戰斗部的算法實(shí)現。 2．3．1 軟件架構 系統軟件采用模塊化的設計思想，架構如圖 2 所示，主流程如圖3 所示。 2．3．2 多線(xiàn)程技術(shù)應用 由于三維圖形渲染以及數據分析過(guò)程需要占用大量的系統資源（CPU 和主存），如果將 三維圖形渲染放入進(jìn)程的主線(xiàn)程中，那么主線(xiàn)程的時(shí)間片幾乎將被其全部占用，從而導致主 線(xiàn)程無(wú)法響應用戶(hù)的輸入，無(wú)法達到用戶(hù)與三維虛擬場(chǎng)景交互的效果。 可以通過(guò)引入多線(xiàn)程技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，需要為三維圖形渲染單獨創(chuàng )建一個(gè)線(xiàn)程，在 合理的設定線(xiàn)程的優(yōu)先級之后，使三維圖形渲染保持足夠的幀速率，同時(shí)使得主線(xiàn)程能夠分 配到足夠的CPU 時(shí)間片，從而及時(shí)響應用戶(hù)的輸入，進(jìn)而將輸出反映給用戶(hù)。 2．4 可視化技術(shù)應用 在傳統的仿真測試應用中，多利用報表及簡(jiǎn)單的二維圖形（直方圖、數據曲線(xiàn)等）來(lái)進(jìn) 行數據分析。引信仿真測試可視化系統軟件中全面引入了可視化技術(shù)，不僅可以通過(guò)圖形、 圖像的方式形象地顯示*估仿真結果及各種數據、模擬實(shí)驗過(guò)程，還可以用來(lái)驗證和調試算 法，從而達到事半功倍的效果�？梢哉f(shuō)充分發(fā)揮可視化技術(shù)的優(yōu)勢及強大表現力是引信仿真 測試可視化系統軟件的一大特點(diǎn)。 2．4．1 利用OpenGL 實(shí)現引戰配合效率*估可視化 在特定條件下*估某種引戰配合規律的優(yōu)劣，一個(gè)非常重要而且直接的*判準則是在特 定交會(huì )條件下?lián)糁心繕说钠破瑪狄约皳糁心繕说牟课�。在各種仿真模型建立之后，擊中目標 的破片數以及擊中目標的部位可以依據相應的算法計算出來(lái)，但是單純的數字無(wú)法提供直觀(guān) 形象的認知，而利用OpenGL 圖形庫可以將破片擊中目標的過(guò)程以及擊中目標的部位以三維 動(dòng)畫(huà)的方式呈現給用戶(hù)，具有極強的表現力。 圖 4 所示為在數據分析視圖下，導彈破片擊中目標表面的動(dòng)態(tài)過(guò)程。圖中目標表面的 紅色（深色）區域表示被擊中部位，根據擊中部位及相應的破片數目即可計算導彈對目標的 殺傷概率。在顯示過(guò)程中，用戶(hù)可以任意改變觀(guān)察的視角和視點(diǎn)，由于顯示的過(guò)程是對仿真 數據的真實(shí)反映，因此具有很高可信度及直觀(guān)性。 2．4．2 利用Vega+OpenGL 實(shí)現彈目交會(huì )場(chǎng)景三維演示 目前大多數彈目交會(huì )過(guò)程的三維場(chǎng)景演示都是直接利用OpenGL 實(shí)現的，由于OpenGL 是底層的圖形庫，所有的繪圖及渲染工作都必須從最低層做起，不僅工作量大，而且場(chǎng)景的 設計及管理也不是很方便。Vega 是MPI 公司開(kāi)發(fā)的面向對象的虛擬現實(shí)、實(shí)時(shí)視景仿真、 聲音仿真及可視化計算平臺，它支持復雜的視覺(jué)仿真算法，并將易用的工具和高級仿真功能 巧妙的結合起來(lái)，使用戶(hù)能在較短時(shí)間內創(chuàng )建、編輯和運行復雜的仿真程序。 Vega 提供了直接使用OpenGL 的接口——回調函數，利用Vega 構造場(chǎng)景的主要部分， 包括實(shí)時(shí)控制交會(huì )過(guò)程中目標和導彈的位置及姿態(tài)，構造地形、海洋及天空云層等自然環(huán)境 以及雨雪霧等天氣狀況，加入飛機尾噴、爆炸、飛散殘骸、聲音等特效及通過(guò)碰撞檢測觸發(fā) 特效，實(shí)現同一場(chǎng)景的多視點(diǎn)多通道同時(shí)觀(guān)察等等；OpenGL 回調函數在功能上是對Vega 的 補充，主要用來(lái)完成Vega 無(wú)法或者不易完成的任務(wù)，例如在屏幕上顯示交會(huì )參數，繪制目 標及導彈的運動(dòng)軌跡，繪制動(dòng)態(tài)飛散的破片以及各種波束等,場(chǎng)景如圖5 所示。 3 結論 引信仿真測試可視化系統軟件不僅作為半實(shí)物仿真的控制與分析中心，而且可以獨立進(jìn) 行全數字的引信仿真測試，在傳統引信仿真的基礎上，在系統軟件中全面的引入了可視化技 術(shù)，極大增強了軟件的效率及表現力。 |
