（海軍大連艦艇學(xué)院水武與防化系 大連 116018）

1 引言

為最大限度發(fā)揮某型艦炮武器系統(tǒng)的戰(zhàn)斗力，必須盡快提高操作人員訓(xùn)練水平、職掌干部指揮素質(zhì)，積極研討最新作戰(zhàn)使用方法?？紤]到實(shí)際裝備數(shù)量較少，備品備件價(jià)格昂貴，維修保障實(shí)施困難，特研發(fā)基于HLA 的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)［1～2，5］，以期為作戰(zhàn)使用方法研究提供仿真試驗(yàn)環(huán)境，為部隊(duì)訓(xùn)練及院校教學(xué)提供操作使用平臺(tái)。亦可進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，應(yīng)用于更大規(guī)模的作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)中，深入進(jìn)行系統(tǒng)作戰(zhàn)效能最大化及各武器系統(tǒng)兼容性研究。

2 模擬訓(xùn)練系統(tǒng)需求分析

2．1 功能需求分析

某型艦炮武器模擬訓(xùn)練系統(tǒng)具有以下五項(xiàng)主要功能：1）精確模擬目標(biāo)結(jié)構(gòu)模型、運(yùn)動(dòng)模型、易損模型和各種物理場(chǎng)下的回波信號(hào)；2）實(shí)時(shí)模擬我艦運(yùn)動(dòng)、搖擺、升沉及扭曲變形規(guī)律；3）實(shí)時(shí)解算艦炮射擊諸元，并模擬控制艦炮射擊；4）實(shí)時(shí)對(duì)毀傷效果進(jìn)行在線評(píng)估；5）實(shí)時(shí)制定射擊指揮決策方案；

2．2 性能需求分析

1）生成目標(biāo)信息必須涵蓋尺寸、易損部件相對(duì)位置［3］，目標(biāo)絕對(duì)坐標(biāo)信息（經(jīng)緯度）、目標(biāo)相對(duì)坐標(biāo)信息（方位、距離、高度）、目標(biāo)絕對(duì)航向航速信息；2）可實(shí)現(xiàn)“人在回路中”控制，導(dǎo)演臺(tái)可實(shí)時(shí)改變目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息；3）對(duì)空中目標(biāo)可提供不少于兩種射擊方法，對(duì)海上目標(biāo)可提供不少于三種射擊方法，并能靈活選用；4）操作信息數(shù)據(jù)記錄正確率不低于98%。

3 模擬訓(xùn)練系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

3．1 運(yùn)行體系

采用基于HLA 的模擬訓(xùn)練體系結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計(jì)和編程，便于功能擴(kuò)展和代碼重用。仿真系統(tǒng)的運(yùn)行體系如圖1所示，各仿真節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交互關(guān)系如圖2所示。

圖1 仿真系統(tǒng)運(yùn)行體系圖

圖2 仿真節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)交互關(guān)系圖

3．2 支持環(huán)境

1）操作系統(tǒng)

仿真導(dǎo)演臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用Microsoft Windows Server 2000以上版本，其余計(jì)算機(jī)采用Microsoft Windows Professional XP版本。

2）程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言

軟件模塊開(kāi)發(fā)采用Microsoft Visual C＋＋6．0以上版本，部分?jǐn)?shù)學(xué)模型采用Matlab 6．0開(kāi)發(fā)。

3）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

選用基于標(biāo)準(zhǔn)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)語(yǔ)言的關(guān)系型Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，具有功能強(qiáng)大、使用方便、便于維護(hù)等特點(diǎn)。

4）HLA 運(yùn)行支撐環(huán)境

pRTI軟件實(shí)現(xiàn)了與平臺(tái)無(wú)關(guān)的、在HLA 接口規(guī)范中的所有服務(wù)，能為不同計(jì)算機(jī)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)和運(yùn)行于不同平臺(tái)的聯(lián)邦成員提供即插即用的功能［5～6］，是完全線程化的軟件，支持單一線程和多線程聯(lián)邦，實(shí)現(xiàn)了C＋＋綁定，能方便實(shí)現(xiàn)原有的C／C＋＋仿真和pRTI的集成。采用該軟件運(yùn)行支撐框架，能夠用最小的資源消耗提供最大的效能，使聯(lián)邦成員可以運(yùn)行在多種硬件平臺(tái)上。

4 模擬訓(xùn)練系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

4．1 硬件方案設(shè)計(jì)

根據(jù)應(yīng)用目的和研究的需要，對(duì)該仿真系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：

系統(tǒng)內(nèi)部硬件節(jié)點(diǎn)間物理接口采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接口，軟件接口采用HLA 規(guī)范，通過(guò)底層支撐環(huán)境RTI來(lái)進(jìn)行信息交互。而硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為考慮未來(lái)功能擴(kuò)展，留有相應(yīng)接口。

各仿真節(jié)點(diǎn)所具備的功能如下：

1）仿真導(dǎo)演臺(tái)：設(shè)置仿真模式，如實(shí)時(shí)仿真、記錄復(fù)現(xiàn)等；作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)初始化，包括海戰(zhàn)場(chǎng)自然環(huán)境、目標(biāo)批數(shù)、目標(biāo)個(gè)數(shù)、目標(biāo)初始位置和運(yùn)動(dòng)規(guī)律、艦炮武器平臺(tái)位置及運(yùn)動(dòng)規(guī)律；對(duì)仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“人在回路中”控制，實(shí)時(shí)改變作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)［4］；作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)綜合顯示和傳輸；仿真綜合管理，協(xié)調(diào)仿真對(duì)象，對(duì)仿真近程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制（如開(kāi)始、暫停、繼續(xù)、停止等）；獲取仿真運(yùn)行中相關(guān)數(shù)據(jù)及信息并進(jìn)行記錄［5］。

2）數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器：存儲(chǔ)和管理海戰(zhàn)場(chǎng)自然環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)；存儲(chǔ)和管理目標(biāo)類型、結(jié)構(gòu)、易損、回波特性數(shù)據(jù)庫(kù)；存儲(chǔ)和管理作戰(zhàn)及多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)；存儲(chǔ)仿真中的相關(guān)數(shù)據(jù)，供其他仿真節(jié)點(diǎn)讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。

3）環(huán)境模擬器：根據(jù)仿真導(dǎo)演臺(tái)的海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境設(shè)置和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中的相關(guān)參數(shù)，合成戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，模擬對(duì)目標(biāo)探測(cè)及艦炮武器射擊精度的影響。

4）目標(biāo)模擬器：根據(jù)仿真導(dǎo)演臺(tái)的海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境設(shè)置和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中的相關(guān)參數(shù)，實(shí)時(shí)生成特定類型、批次和數(shù)量的目標(biāo)，并模擬目標(biāo)位置、運(yùn)動(dòng)、回波、是否被毀傷等相關(guān)信息。

5）目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)：分為雷達(dá)和光電兩個(gè)子模塊。主要模擬跟蹤雷達(dá)和光電跟蹤儀的相關(guān)功能。能以一定概率對(duì)目標(biāo)進(jìn)行捕獲和跟蹤，實(shí)時(shí)提供目標(biāo)的相對(duì)位置信息和相對(duì)速度、加速度信息。

6）記錄和評(píng)估系統(tǒng)：在線實(shí)時(shí)評(píng)估艦炮武器系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的毀傷效能，適時(shí)發(fā)出目標(biāo)“被毀傷”信息；記錄和分析仿真結(jié)果，綜合評(píng)估操作訓(xùn)練水平的高低、作戰(zhàn)使用方法的優(yōu)劣。

7）指控系統(tǒng)：簡(jiǎn)易模擬艦艇作戰(zhàn)指控系統(tǒng)，完成情報(bào)處理、作戰(zhàn)指揮和武器控制等功能。

8）火控設(shè)備：由兩個(gè)火控臺(tái)組成，分別模擬該型艦炮武器火控設(shè)備的火控1臺(tái)和火控2臺(tái)。以模擬實(shí)現(xiàn)自主工作方式下的情報(bào)指揮和綜合火力控制等功能。

硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

4．2 軟件方案設(shè)計(jì)

軟件模塊包括八大部分，分別運(yùn)行在仿真導(dǎo)演臺(tái)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、環(huán)境模擬器、目標(biāo)模擬器、目標(biāo)探測(cè)系統(tǒng)、記錄和評(píng)估系統(tǒng)、指控系統(tǒng)及火控系統(tǒng)。采用HLA 規(guī)范，各仿真節(jié)點(diǎn)間的信息及數(shù)據(jù)傳輸均采用訂購(gòu)和發(fā)布對(duì)象類屬性及交互類參數(shù)的形式，通過(guò)底層支撐環(huán)境RTI進(jìn)行交互［7～8］，便于功能擴(kuò)展和代碼重用。從功能角度看，整個(gè)軟件可分為：

圖3 仿真系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 各仿真節(jié)點(diǎn)軟件模塊示意圖

1）人機(jī)交互模塊。根據(jù)各子系統(tǒng)的任務(wù)要求和狀態(tài)，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和功能選擇；對(duì)系統(tǒng)信息進(jìn)行顯示，包括海戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、敵我相對(duì)運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)、艦炮武器狀態(tài)信息、表頁(yè)顯示、參數(shù)曲線、視景顯示等［9］。

2）聯(lián)邦成員模塊。運(yùn)行聯(lián)邦成員，負(fù)責(zé)各子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的交互以及仿真過(guò)程的控制；

3）數(shù)學(xué)模型模塊。包括目標(biāo)仿真模型，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)濾波模型、威脅判斷模型、火力分配模型，射擊指揮模型、火控解算模型、在線毀傷效能評(píng)估模型等；

4）數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。包括管理數(shù)據(jù)庫(kù)等。記錄并存儲(chǔ)仿真過(guò)程中的數(shù)據(jù)；

各仿真節(jié)點(diǎn)的軟件模塊組成如圖4所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于HLA 思想提出了某型艦炮武器仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方案，對(duì)聯(lián)邦成員進(jìn)行了設(shè)計(jì)，明確了系統(tǒng)的功能性需求，界定了仿真環(huán)境，給出了較為詳細(xì)的軟硬件實(shí)施方案，已經(jīng)用于指導(dǎo)某型艦炮武器仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)完成后，必將推動(dòng)該型艦炮武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)使用方法優(yōu)化研究［10］，為部隊(duì)訓(xùn)練及院校教學(xué)提供高水平操作使用平臺(tái)。

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