李榮偉 余紅英 宋霄敏

【摘要】基于Unity3D三維引擎開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用嵌入式技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)研制了一套短波電臺(tái)模擬訓(xùn)練系統(tǒng);該系統(tǒng)有設(shè)備管理分軟件和電臺(tái)模擬器組成;實(shí)現(xiàn)了短波電臺(tái)模擬器的操作訓(xùn)練、輸入控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、電臺(tái)自檢、信道選擇、信息交互等基本功能;實(shí)踐證明該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，性能可靠。

【關(guān)鍵詞】Unity3D;嵌入式技術(shù);網(wǎng)絡(luò)通信;狀態(tài)監(jiān)測(cè);信息交互

Abstract：Based on the three-dimensional engine Unity3D development platform，embedded technology and network communication technology were used to develop a Shortwave radio simulation training system.The system was composed of the system management software and the radio simulators.The system achieved shortwave radio operation，the basic function of the input control，condition monitoring，data storage，radio self-test，channel selection，information exchange.The results showed that the system is simple to operation and reliable to performance.

Key words：Unity3D;embedded technology;network communication;condition monitoring;information exchange

1.引言

Unity3D三維引擎開(kāi)發(fā)的虛擬仿真系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)交互性能，它可以通過(guò)附加在GameObject上的腳本實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)交互[1]。

針對(duì)短波電臺(tái)的業(yè)務(wù)訓(xùn)練手段，為了提高通信訓(xùn)練水平，減少對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的磨損，充分利用嵌入式技術(shù)和視景仿真技術(shù)，研制開(kāi)發(fā)了短波電臺(tái)視景模擬系統(tǒng)。能在一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)電臺(tái)進(jìn)行模擬仿真和各種操作訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)了電臺(tái)輸入控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于顯示、電臺(tái)自檢、信道選擇、數(shù)據(jù)交互等基本功能[2-3]。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

短波電臺(tái)模擬器主要完成電臺(tái)設(shè)備仿真功能。系統(tǒng)采取的模擬仿真方式為半實(shí)物仿真方式。采取OK6410ARM開(kāi)發(fā)平臺(tái)作為硬件核心，輔以其它外圍設(shè)備電路，完成終端模擬的硬件設(shè)計(jì)[4-5]。OK6410ARM開(kāi)發(fā)板檢測(cè)面板的按鍵輸入和話筒PPT的按鍵輸入，同時(shí)對(duì)輸入的信息進(jìn)行分析、處理，進(jìn)而判斷模擬器當(dāng)前的工作狀態(tài)。模擬短波電臺(tái)留有串行模塊調(diào)試模塊結(jié)構(gòu)，主要是便于軟件的更新，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的不斷升級(jí)。OK6410ARM硬件組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件組成

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 電臺(tái)模擬器與設(shè)備分軟件通信

在Windows開(kāi)發(fā)環(huán)境下，采用面向?qū)ο缶幊痰乃枷耄赨nity3D平臺(tái)上開(kāi)發(fā)。模擬器與設(shè)備管理分軟件之間的通信采用UDP進(jìn)行交互，處理其上傳參數(shù)信息并通過(guò)各種指令對(duì)其進(jìn)行控制與管理。電臺(tái)模擬器和設(shè)備管理分軟件通信協(xié)議流程如圖2所示。

注冊(cè)階段：電臺(tái)模擬器終端向服務(wù)器發(fā)出注冊(cè)命令，等待服務(wù)器響應(yīng)。服務(wù)器告知其在線，進(jìn)入下一個(gè)階段。

協(xié)商階段：主要完成電臺(tái)模擬器終端和服務(wù)器地址和時(shí)間的統(tǒng)一。

數(shù)據(jù)傳輸階段：完成電臺(tái)模擬器與服務(wù)器信息的交互。

注銷(xiāo)階段：當(dāng)電臺(tái)模擬器與服務(wù)器完成信息交互時(shí)，電臺(tái)可以發(fā)出注銷(xiāo)命令。

3.2 基于Socket網(wǎng)絡(luò)通信

Socket就是一組網(wǎng)絡(luò)編程接口，主要有兩種形式：流式套接字和數(shù)據(jù)包套接字。流式套接字雖通信穩(wěn)定，正確率高，但對(duì)系統(tǒng)資源的占用率高。本系統(tǒng)采用了Socket數(shù)據(jù)包套接字通信方式。

UDP協(xié)議取消了重發(fā)校驗(yàn)機(jī)制，能夠達(dá)到較高的通信速率，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高且網(wǎng)絡(luò)可靠性較高的場(chǎng)合，具有很好的效果。在Socket通信過(guò)程中，調(diào)用Socket（）函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)UDP套接字，在函數(shù)中設(shè)置要?jiǎng)?chuàng)建套接字的多重屬性，調(diào)用bind（）函數(shù)將創(chuàng)建的套接字與本地的某一端口綁定，再調(diào)用recvfrom（）和sendto（）函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互[6-7]。

圖2 通信協(xié)議工作流程

圖3 系統(tǒng)通信幀協(xié)議格式

4.仿真結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：主要通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊電臺(tái)界面的按鈕代替人手操作實(shí)際電臺(tái)的旋鈕，觸發(fā)信息發(fā)往核心模塊進(jìn)行處理。虛擬電臺(tái)與設(shè)備管理分軟件相連，采用UDP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，虛擬電臺(tái)根據(jù)設(shè)備管理器分軟件的信令來(lái)修正虛擬電臺(tái)的顯示界面[8]。

5.結(jié)束語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)和三維引擎技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)時(shí)的虛擬仿真將成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文基于Unity3D的短波電臺(tái)模擬器進(jìn)行了深入的研究，對(duì)電臺(tái)和設(shè)備管理分軟件進(jìn)行了深入的研究，明確了仿真對(duì)象的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)，改進(jìn)了新裝備的教學(xué)手段（見(jiàn)圖4）。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

李榮偉（1989—），男，山西太原人，中北大學(xué)計(jì)算機(jī)與控制學(xué)院碩士研究生，研究方向：監(jiān)測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置。

余紅英，女，中北大學(xué)計(jì)算機(jī)與控制學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：信號(hào)及信息處理，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。