呂滄海，申宇皓

（太原衛(wèi)星發(fā)射中心試驗(yàn)技術(shù)部，太原　030027）

戰(zhàn)略導(dǎo)彈試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)

呂滄海，申宇皓

（太原衛(wèi)星發(fā)射中心試驗(yàn)技術(shù)部，太原030027）

為滿足新型武器系統(tǒng)靶場(chǎng)一體化聯(lián)合試驗(yàn)、訓(xùn)練與保障的需求，克服傳統(tǒng)面向具體導(dǎo)彈型號(hào)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)缺乏靈活性和擴(kuò)展性的不足，提出了設(shè)計(jì)“試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)制造工廠”的新理念，即構(gòu)建通用的戰(zhàn)略導(dǎo)彈試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，由用戶根據(jù)具體導(dǎo)彈型號(hào)的需求，基于開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)自行生產(chǎn)出特定的仿真訓(xùn)練系統(tǒng)；設(shè)計(jì)了試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)功能和開發(fā)平臺(tái)結(jié)構(gòu)，采用組件式、平臺(tái)化、腳本化的開發(fā)思路，給出了開發(fā)平臺(tái)的具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑，包括：仿真模型設(shè)計(jì)、仿真服務(wù)總線設(shè)計(jì)、組件化/腳本化設(shè)計(jì)、設(shè)備模型仿真設(shè)計(jì)、原理仿真設(shè)計(jì)、信息流程可視化仿真設(shè)計(jì)、系統(tǒng)運(yùn)行流程設(shè)計(jì)等，最后給出了飛行仿真的設(shè)計(jì)演示情況；所設(shè)計(jì)的開發(fā)平臺(tái)將為試驗(yàn)、作戰(zhàn)、指揮等崗位技術(shù)人員提供豐富的模擬訓(xùn)練及考核評(píng)估手段。

戰(zhàn)略導(dǎo)彈；試驗(yàn)?zāi)M；開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)

0　引言

新型導(dǎo)彈武器系統(tǒng)，具有信息化、智能化、集成化等顯著特點(diǎn)，在提高測(cè)試發(fā)射自動(dòng)化水平的同時(shí)，其測(cè)試發(fā)射原理對(duì)用戶的高度封閉性，給總體、操作等崗位技術(shù)人員對(duì)武器系統(tǒng)技術(shù)性能的掌握帶來一定困難。面對(duì)新的航天裝備及戰(zhàn)略武器發(fā)展形勢(shì)，試驗(yàn)靶場(chǎng)在強(qiáng)調(diào)提高戰(zhàn)略導(dǎo)彈試驗(yàn)鑒定能力和航天發(fā)射能力的同時(shí)，也應(yīng)具備為導(dǎo)彈試驗(yàn)與作戰(zhàn)部隊(duì)提供一體化聯(lián)合試驗(yàn)訓(xùn)練環(huán)境的能力［1］。研究構(gòu)建戰(zhàn)略導(dǎo)彈一體化試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試發(fā)射、飛行控制等關(guān)鍵試驗(yàn)過程的模擬仿真，為試驗(yàn)、作戰(zhàn)部隊(duì)操作、指揮等崗位技術(shù)人員提供模擬訓(xùn)練及考核評(píng)估手段，是一項(xiàng)影響靶場(chǎng)未來試驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾蝿?wù)。

目前針對(duì)具體型號(hào)開發(fā)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，采用集中式訓(xùn)練方式，面向具體型號(hào)，存在使用不夠靈活、擴(kuò)展能力不夠等缺點(diǎn)，如文獻(xiàn)［2-5］。不同型號(hào)設(shè)計(jì)原理、試驗(yàn)流程均有所不同，受保密、知識(shí)產(chǎn)權(quán)等因素限制，所能獲取到的試驗(yàn)信息資源的范圍、細(xì)致度也有所不同。若針對(duì)每一具體型號(hào)均開發(fā)一套試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)，顯然是不現(xiàn)實(shí)的，也是不科學(xué)的。建立一個(gè)公共的戰(zhàn)略導(dǎo)彈試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，以此平臺(tái)為基礎(chǔ)，由用戶逐步搭建針對(duì)不同型號(hào)的應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)用系統(tǒng)的模擬深度、廣度，可隨著試驗(yàn)信息資源的不斷擴(kuò)充逐步壯大。

本文提出的戰(zhàn)略導(dǎo)彈試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)具體設(shè)計(jì)方案，以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等一批成熟技術(shù)為支撐［6］，將開發(fā)、調(diào)試、驗(yàn)證、運(yùn)行、分析等各種仿真功能進(jìn)行整合，面向操作、面向設(shè)備、面向流程、面向指揮，創(chuàng)立“試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)制造工廠”的新理念。

1　試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

戰(zhàn)略導(dǎo)彈試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)功能組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。通過對(duì)測(cè)試環(huán)境、測(cè)試原理、系統(tǒng)指揮的模擬仿真實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試發(fā)射主要試驗(yàn)過程的模擬。模擬試驗(yàn)導(dǎo)調(diào)及信息管理系統(tǒng)支持模擬試驗(yàn)的開發(fā)與運(yùn)行。

1.1測(cè)試環(huán)境模擬

測(cè)試環(huán)境模擬實(shí)現(xiàn)對(duì)控制、測(cè)量等系統(tǒng)主要測(cè)發(fā)控設(shè)備的模擬仿真。儀器設(shè)備的操作、顯示、狀態(tài)界面與實(shí)際系統(tǒng)基本一致，崗位操作手可以按操作規(guī)程在虛擬儀器面板上執(zhí)行測(cè)試發(fā)射操作。

圖1　試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)功能組成

1.2測(cè)試原理模擬

測(cè)試原理模擬實(shí)現(xiàn)以下功能：①響應(yīng)模擬操作指令，對(duì)測(cè)試事件觸發(fā)的測(cè)試信息傳遞關(guān)系、關(guān)鍵電路、設(shè)備工作原理進(jìn)行邏輯或原理仿真，并以可視化方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示；②以3D方式實(shí)現(xiàn)對(duì)彈體結(jié)構(gòu)組成原理的模擬仿真，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，對(duì)導(dǎo)彈飛行過程進(jìn)行3D仿真；③在模擬飛行過程中響應(yīng)飛行控制指令，對(duì)飛控事件觸發(fā)的導(dǎo)彈制導(dǎo)、控制、測(cè)量原理進(jìn)行邏輯或原理仿真，并以可視化方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。

1.3指揮系統(tǒng)模擬

指揮系統(tǒng)模擬功能主要實(shí)現(xiàn)對(duì)全、分系統(tǒng)級(jí)指揮功能的模擬仿真，既可以按照實(shí)際指揮流程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)指揮功能，也可以按指揮控制需要，實(shí)現(xiàn)分步指揮功能。對(duì)指揮流程、試驗(yàn)進(jìn)程可視化顯示。

1.4導(dǎo)調(diào)及信息管理系統(tǒng)

模擬試驗(yàn)導(dǎo)調(diào)系統(tǒng)一方面支持試驗(yàn)?zāi)M中的注冊(cè)管理、作業(yè)想定發(fā)布、運(yùn)行監(jiān)控等功能；另一方面提供對(duì)模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒛M數(shù)據(jù)、測(cè)試流程、故障及指揮決策等信息資源的管理功能，并支持考核評(píng)估功能。

2　試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，由仿真引擎（Simu Engine）、圖形化自動(dòng)建模系統(tǒng) （Simu Builder）、模塊資源管理器（Simu Manager）、模塊資源庫（Simu Lib）、輔助工具 （Simu Utilities）及其他仿真功能軟件組成。

2.1仿真引擎

仿真引擎 （Simu Engine）是為試驗(yàn)?zāi)M仿真提供基礎(chǔ)性支持的部件，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)M仿真中“資源提取”，“任務(wù)實(shí)例生成”，“物理網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)與崗位實(shí)地部署”，“軟件資源遠(yuǎn)程裝載”，“仿真演練啟動(dòng)”，“仿真演練控制與調(diào)試”等功能。具有實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫及完整的仿真運(yùn)行支撐特性，支持?jǐn)?shù)據(jù)可視化、多任務(wù)并行運(yùn)行、多流程及分布式仿真等，具有可靠性高、可維護(hù)性和可移植性強(qiáng)、開放性好、功能齊全等特點(diǎn)?？梢赃\(yùn)行在Windows平臺(tái)和Linux平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的使用，并且可以充分調(diào)動(dòng)管理下層操作系統(tǒng)計(jì)算、存儲(chǔ)、管理、圖像渲染資源，為試驗(yàn)?zāi)M仿真系統(tǒng)的開發(fā)和運(yùn)行提供強(qiáng)有力的支持。

2.2圖形化自動(dòng)建模系統(tǒng)

圖形化自動(dòng)建模系統(tǒng)（Simu Builder）是使用圖形化方法進(jìn)行建模的工具軟件，采用面向?qū)ο蟮哪K化建模方法，使其建模過程與實(shí)際系統(tǒng)具有良好的親和性，方便快捷、自動(dòng)化程度高。其良好的通用性和高度的開放性，為使用者提供了足夠的擴(kuò)展空間。

2.3模塊資源管理器

模塊資源管理器（SimuManager），主要實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備仿真模塊資源庫SimuLib的管理和維護(hù)，用戶可以根據(jù)需要對(duì)模塊資源進(jìn)行刪除和修改，也可以對(duì)模塊資源庫進(jìn)行擴(kuò)充，擴(kuò)充的模塊資源需要通過資源審核功能進(jìn)行正確性驗(yàn)證后方能存入資源庫。

2.4模型資源庫

模型資源庫（Simu Lib）是整個(gè)試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)的基礎(chǔ)庫，通過模型資源管理器（Simu Manager）進(jìn)行統(tǒng)一管理，為圖形化自動(dòng)建模系統(tǒng)（SimuBuilder）提供構(gòu)建模型所需要的一系列要素和數(shù)據(jù)支撐。

2.5輔助工具

輔助工具庫（Simu Utilities）主要通過提供第三方軟件接口，實(shí)現(xiàn)支撐平臺(tái)內(nèi)部快速調(diào)用建模所需的各類第三方軟件。本系統(tǒng)中擬提供的第三方軟件主要包括Matlab/Simulink、Flash、3DMAX等。

圖2　試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)

3　技術(shù)實(shí)現(xiàn)途徑

3.1總體設(shè)計(jì)

試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)設(shè)計(jì)，遵循兩項(xiàng)基本原則：一是通用化設(shè)計(jì)，即系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同型號(hào)模擬系統(tǒng)的生成及應(yīng)用；二是基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的原理仿真，即系統(tǒng)能夠在測(cè)試（操作）指令、飛行時(shí)序、模擬數(shù)據(jù)等信息事件的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵電路、測(cè)試原理、飛控原理等內(nèi)容的原理級(jí)仿真，并可根據(jù)訓(xùn)練考核評(píng)估及故障診斷擴(kuò)展應(yīng)用需求，具備故障點(diǎn)設(shè)置等能力。試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

3.2仿真模型設(shè)計(jì)

不同導(dǎo)彈武器系統(tǒng)地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)、導(dǎo)彈飛行原理雖然有所不同，但其基本功能模塊大同小異。試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)仿真模型設(shè)計(jì)以新型導(dǎo)彈武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理為基礎(chǔ)，分析、抽象、定義通用仿真模塊。結(jié)合試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)仿真應(yīng)用需求，仿真模型主要包括設(shè)備模型、原理模型、彈體結(jié)構(gòu)模型、信息源模型等。仿真模型設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是定義各模型對(duì)象的屬性、功能及信息接口關(guān)系。

3.2.1設(shè)備模型

設(shè)備模型包括地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)設(shè)備、導(dǎo)彈彈上儀器設(shè)備、信號(hào)與信息通道等模型。

1）地面測(cè)發(fā)控設(shè)備模型：

圖3　試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

地面測(cè)發(fā)控設(shè)備模型分為兩類，一類是可執(zhí)行操作與狀態(tài)監(jiān)視的設(shè)備，其儀器面板主要由開關(guān)、按鈕、指示燈等元件組成，在進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M時(shí)，可在模擬儀器面板上執(zhí)行相應(yīng)的操作與監(jiān)視；另一類是測(cè)發(fā)控指令的解析、處理及執(zhí)行設(shè)備，測(cè)試發(fā)射時(shí)自動(dòng)運(yùn)行。

在進(jìn)行模型設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)第一類設(shè)備需要建立與實(shí)際設(shè)備外形一致的虛擬操作界面，并對(duì)儀器面板上的開關(guān)、按鈕、指示燈等組件的屬性、功能及信息接口進(jìn)行定義。針對(duì)第二類設(shè)備不進(jìn)行虛擬儀器界面的設(shè)計(jì)，只需定義設(shè)備的輸入、輸出接口屬性及功能即可。

2）彈上儀器設(shè)備模型：

彈上儀器設(shè)備主要是指完成導(dǎo)彈飛行控制任務(wù)的敏感裝置、配電器、放大器、彈上計(jì)算機(jī)、伺服機(jī)構(gòu)等控制系統(tǒng)設(shè)備，以及完成飛行測(cè)量任務(wù)的遙測(cè)、外測(cè)設(shè)備。

在進(jìn)行模型設(shè)計(jì)時(shí)，主要是定義設(shè)備的輸入、輸出接口屬性及功能。

3）信號(hào)與信息通道模型：

信號(hào)與信息通道模型是指設(shè)備間的連接電纜模型，試驗(yàn)?zāi)M時(shí)完成信息傳遞模擬仿真任務(wù)。在進(jìn)行模型設(shè)計(jì)時(shí)，主要是定義設(shè)備的輸入、輸出接口屬性及功能。

3.2.2原理模型

試驗(yàn)?zāi)M時(shí)對(duì)導(dǎo)彈測(cè)試發(fā)射及飛行控制進(jìn)行原理仿真是本項(xiàng)目的核心設(shè)計(jì)內(nèi)容，要求關(guān)鍵事件、過程能夠數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，原理模型自動(dòng)執(zhí)行，并可根據(jù)訓(xùn)練考核評(píng)估及故障診斷擴(kuò)展應(yīng)用需求，具備故障點(diǎn)設(shè)置等能力。原理模型主要包括電路原理、信息原理、飛行控制原理等仿真模型。進(jìn)行原理模型設(shè)計(jì)時(shí)，以測(cè)試指令、飛行時(shí)序、模擬數(shù)據(jù)等信息為輸入，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)原理模型自動(dòng)運(yùn)行。

3.2.3彈體結(jié)構(gòu)模型

彈體結(jié)構(gòu)模型在試驗(yàn)?zāi)M過程中實(shí)現(xiàn)3D飛行仿真，要求飛行關(guān)鍵事件、飛行運(yùn)動(dòng)姿態(tài)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。模型建立時(shí)，在建立基本結(jié)構(gòu)組件的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體型號(hào)特征生成仿真模型。3.2.4信息源模型

信息源模型主要包括指揮操作流程、測(cè)試項(xiàng)目、飛行時(shí)序、仿真驅(qū)動(dòng)模擬數(shù)據(jù)等。在試驗(yàn)?zāi)M過程中，作為測(cè)試、發(fā)射、飛行原理仿真的驅(qū)動(dòng)信息。模型設(shè)計(jì)時(shí)按模擬仿真需求，定義方便調(diào)用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其輸出接口功能。

3.3仿真服務(wù)總線

仿真服務(wù)總線提供兩類服務(wù)：發(fā)布/訂閱服務(wù)、分布式協(xié)同服務(wù)。發(fā)布/訂閱服務(wù)采用DDS數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)軟件實(shí)現(xiàn)，分布式協(xié)同服務(wù)使用Zookeeper軟件實(shí)現(xiàn)。

1）發(fā)布/訂閱服務(wù)：

發(fā)布者為自己要發(fā)布的數(shù)據(jù)設(shè)置一個(gè)主題，并向該主題中發(fā)布數(shù)據(jù)，訂閱就可以通過訂閱該主題而實(shí)時(shí)獲取發(fā)布者提供的數(shù)據(jù)。同時(shí)，在數(shù)據(jù)發(fā)布/訂閱過程中實(shí)現(xiàn)相關(guān)策略配置。

2）分布式協(xié)同服務(wù)：

分布式協(xié)同服務(wù)通過Zookeeper實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)中狀態(tài)一致性服務(wù)，保證各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)對(duì)全局狀態(tài)有一個(gè)一致的認(rèn)識(shí)，保證關(guān)鍵性狀態(tài)數(shù)據(jù)的“順序一致性”。

3.4組件化/腳本化設(shè)計(jì)

使用Qt QML/JavaScript進(jìn)行腳本化開發(fā)，使用QML extension plugin進(jìn)行組件開發(fā)。

QML是一種用來創(chuàng)建高度動(dòng)態(tài)應(yīng)用程序的聲明式腳本語言，主要用來描述應(yīng)用程序的外觀（菜單、按鈕、布局等）以及行為 （點(diǎn)擊事件），同時(shí)利用QML extension plugin（C++）架構(gòu)，以組件的方式對(duì)QML的對(duì)象進(jìn)行功能擴(kuò)展。

3.5設(shè)備模型仿真設(shè)計(jì)

設(shè)備模型仿真設(shè)計(jì)如圖4所示，主要涉及4項(xiàng)內(nèi)容。

圖4　設(shè)備模型仿真

1）Flash虛擬儀器建模：利用Flash結(jié)合圖像處理工具繪制設(shè)備控制面板，建立與真實(shí)設(shè)備面板相似的模型，定義面板中開關(guān)、按鈕等組件的鍵值模型；提供組件輸入輸出控制接口，用于面板圖形交互控制，實(shí)現(xiàn)Flash模式的虛擬儀器設(shè)備模型。

2）ActionScript邏輯驅(qū)動(dòng)：實(shí)現(xiàn)虛擬儀器設(shè)備處理邏輯控制，將面板的輸入消息進(jìn)行功能轉(zhuǎn)換將處理后的消息輸出；將接收的消息轉(zhuǎn)換為面板對(duì)應(yīng)的輸入顯示信號(hào)，驅(qū)動(dòng)面板操作響應(yīng)；處理指令的解析、執(zhí)行等行為。

利用ActionScript實(shí)現(xiàn)內(nèi)容與用戶的交互：定義各按鈕按鍵的功能，點(diǎn)擊按鈕按鍵時(shí)實(shí)現(xiàn)用戶想定數(shù)據(jù)的輸入，根據(jù)用戶數(shù)據(jù)輸入進(jìn)行相關(guān)邏輯處理；根據(jù)數(shù)據(jù)處理情況及外部數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮面板相關(guān)指示燈，提示處理狀態(tài)，并按需發(fā)送相關(guān)處理結(jié)果狀態(tài)數(shù)據(jù)仿真服務(wù)總線，實(shí)現(xiàn)與用戶的交互與控制。這種方式主要實(shí)現(xiàn)對(duì)第一類設(shè)備的虛擬模擬仿真。

利用ActionScript實(shí)現(xiàn)Flash中內(nèi)容與內(nèi)容的交互：定義設(shè)備的處理功能實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)的處理轉(zhuǎn)換，對(duì)設(shè)備功能進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容與內(nèi)容的交互。這種方式主要實(shí)現(xiàn)對(duì)第二類設(shè)備的虛擬模擬仿真。

3）Flash容器：加載Flash虛擬儀器設(shè)備模型并顯示，控制顯示的區(qū)域、窗口大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真視圖的控制。Flash容器采用MFC窗口實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)用Flash控件的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash的加載、播放及控制。利用腳本化集成技術(shù)對(duì)Flash容器實(shí)現(xiàn)進(jìn)行封裝處理，將相關(guān)的定制接口腳本化，實(shí)現(xiàn)容器的腳本化定制。

4）設(shè)備屏幕：模擬設(shè)備屏幕內(nèi)容顯示輸出功能，顯示相關(guān)的數(shù)據(jù)處理信息，模擬設(shè)備輸出交互功能。利用COM組件技術(shù)制定虛擬設(shè)備的屏幕顯示屬性及顯示內(nèi)容。COM是組件對(duì)象模型，是微軟公司推出的組件標(biāo)準(zhǔn)。COM組件的功能都是由COM接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，因此在創(chuàng)建對(duì)象后，就可以調(diào)用接口函數(shù)使用所需的功能，COM組件的運(yùn)行可以看成是一系列接口函數(shù)的調(diào)用。屏幕界面采用COM組件方式定制實(shí)現(xiàn)，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速高效開發(fā)。同時(shí)，利用腳本化集成技術(shù)對(duì)其進(jìn)行封裝，在腳本中實(shí)現(xiàn)顯示功能的靈活定制。

3.6原理仿真設(shè)計(jì)

試驗(yàn)?zāi)M時(shí)對(duì)測(cè)試發(fā)射及飛行控制進(jìn)行原理仿真是本系統(tǒng)的核心設(shè)計(jì)內(nèi)容，要求關(guān)鍵事件、過程能夠數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，原理模型自動(dòng)執(zhí)行，并可根據(jù)訓(xùn)練考核評(píng)估及故障診斷擴(kuò)展應(yīng)用，具備故障點(diǎn)設(shè)置等能力。原理模型主要包括電路原理、信息原理、飛行控制原理等仿真模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)發(fā)控、飛控的電路原理進(jìn)行數(shù)學(xué)仿真。電路原理模型由基本電路元器件，按實(shí)際電路搭建形成，利用電路仿真軟件實(shí)現(xiàn)電路原理仿真，對(duì)原理中的關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置事件觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)可視化的信息提示。原理仿真過程如圖5所示。

1）基于Matlab的電路原理/流程事件仿真建模：

電路原理建模使用Simulink中的Power System Blockset模塊實(shí)現(xiàn)。主要使用電源模塊（Electrical Sources）、基礎(chǔ)電路模塊（Elements）、電力電子模塊（Power Electronics）、電機(jī)模塊（Machines）、連接器模塊（Connectors）、測(cè)量模塊（Measurements）以及附加功率模塊（PowerExtras）等七種模塊庫。

對(duì)于測(cè)試發(fā)射指揮流程，采用Sim Events/Stateflow工具箱進(jìn)行離散事件仿真，引入“信號(hào)”、“狀態(tài)”等信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)發(fā)控、指控中的離散事件、物理狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)建模，實(shí)現(xiàn)測(cè)發(fā)控、指控中離散事件系統(tǒng)的全流程建模，即實(shí)現(xiàn)“事件”、“信號(hào)”、“狀態(tài)”綜合對(duì)仿真系統(tǒng)的整體驅(qū)動(dòng)。在建模過程中，Simulink、StateFlow建模部分均以子模塊形式嵌入到流程仿真模型中，為用戶提供統(tǒng)一的仿真交互操作。

2）仿真總線與Matlab接口：

基于Matlab的電路原理/流程事件仿真建模需要與外界進(jìn)行必要的信息交互，從仿真總線接收消息驅(qū)動(dòng)仿真，發(fā)送Matlab仿真結(jié)果到仿真總線，即實(shí)現(xiàn)仿真總線與Matlab的互聯(lián)互通互操作。仿真總線Matlab接口組件主要基于S-Function實(shí)現(xiàn)。S-Function提供了擴(kuò)展Simulink模塊庫的有力工具，使得自定義函數(shù)能夠和Simulink解法器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

圖5　原理仿真建模流程

3.7信息流程可視化仿真設(shè)計(jì)

信息流程可視化主要對(duì)測(cè)發(fā)控、飛控的控制原理與流程進(jìn)行可視化仿真，將控制原理抽象為控制流程圖，建立控制原理模型；利用測(cè)發(fā)控、飛控的電路原理仿真結(jié)果數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)可視化界面，對(duì)當(dāng)前執(zhí)行流程進(jìn)行可視化提示，給作戰(zhàn)訓(xùn)練人員直觀的控制原理展示。信息流程主要包括指揮操作流程、測(cè)試、控制、飛行時(shí)序等，依據(jù)測(cè)試、發(fā)射及飛行原理，建立試驗(yàn)過程中的信息流的流程圖模型，進(jìn)行時(shí)序邏輯的可視化，直觀展示信息流程動(dòng)態(tài)過程。

可視化建模與驅(qū)動(dòng)采用通用辦公軟件Microsoft Office中的Visio繪圖軟件的COM組件實(shí)現(xiàn)，利用Visio的Active X控件，使用Automation自動(dòng)化控件開發(fā)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行二次開發(fā)，同時(shí)利用腳本從仿真服務(wù)總線接收相關(guān)數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)信息流程圖的動(dòng)態(tài)顯示與控制?；赩isio進(jìn)行信息流程可視化，具有節(jié)省開發(fā)時(shí)間、維護(hù)方便、升級(jí)方便容易等優(yōu)點(diǎn)。信息流程可視化仿真過程如圖6所示。

3.8系統(tǒng)運(yùn)行流程設(shè)計(jì)

運(yùn)行流程分為4種：模型開發(fā)流程、故障注入流程、試驗(yàn)?zāi)M流程、考核評(píng)估流程。如圖7、圖8所示。

1）模型開發(fā)和故障注入流程：

模型開發(fā)流程針對(duì)試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)的二次開發(fā)者或修改者，利用平臺(tái)所提供的各類組件進(jìn)行虛擬設(shè)備、數(shù)學(xué)模型、可視化模型、原理/信息流/指控模型的開發(fā)、調(diào)試及修改。

圖6　信息流程可視化仿真

圖7　模型開發(fā)與故障注入流程

故障注入流程通過修改已開發(fā)的數(shù)學(xué)模型、原理模型、信息流程模型，人為設(shè)置故障點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)故障的模擬。

2）試驗(yàn)?zāi)M和考核評(píng)估流程：

試驗(yàn)?zāi)M和考核評(píng)估流程主要使用人員試驗(yàn)?zāi)M的用戶及模擬訓(xùn)練對(duì)象。

試驗(yàn)?zāi)M流程利用仿真導(dǎo)調(diào)控制軟件，加載試驗(yàn)?zāi)M的想定文件，分配仿真節(jié)點(diǎn)、配置運(yùn)行環(huán)境，將各節(jié)點(diǎn)分配的可運(yùn)行模型檢出到本地，然后，通過仿真導(dǎo)調(diào)控制啟動(dòng)試驗(yàn)?zāi)M進(jìn)程的運(yùn)行、監(jiān)控和控制。

考核評(píng)估流程根據(jù)評(píng)估指標(biāo)體系，編寫相應(yīng)指標(biāo)的評(píng)估腳本，在試驗(yàn)?zāi)M過程實(shí)時(shí)監(jiān)控仿真服務(wù)總線中的總線數(shù)據(jù)，計(jì)算評(píng)估準(zhǔn)則，從而給出定量評(píng)估結(jié)論。

4　效果演示

為了展現(xiàn)未來開發(fā)平臺(tái)的運(yùn)行效果，設(shè)計(jì)了平臺(tái)的運(yùn)行界面，平臺(tái)應(yīng)能夠完成虛擬設(shè)備模型、原理模型、流程建模等上述的諸多功能，且界面友好。其中三維視景仿真的設(shè)計(jì)界面如圖9所示，包括：配置、屬性設(shè)置、控制腳本編輯、視景演示等幾個(gè)部分。

圖8　試驗(yàn)?zāi)M和考核評(píng)估流程

圖9　三維視景仿真的設(shè)計(jì)界面

5　結(jié)束語

本文針對(duì)戰(zhàn)略導(dǎo)彈試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)建設(shè)需求，創(chuàng)立了“試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)制造工廠”的新理念。提出戰(zhàn)略導(dǎo)彈試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案、技術(shù)途徑。基于“組件式、平臺(tái)化、腳本化”設(shè)計(jì)思想，解決試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)建設(shè)中遇到的“通用化”技術(shù)難題。應(yīng)用該平臺(tái)，用戶可以方便、高效地生成針對(duì)具體導(dǎo)彈型號(hào)的試驗(yàn)?zāi)M系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的測(cè)試發(fā)射、飛行控制原理或邏輯仿真，同時(shí)具有故障模擬、動(dòng)態(tài)可視化展示等功能。通過對(duì)測(cè)試發(fā)射、飛行控制關(guān)鍵試驗(yàn)過程的模擬仿真，為試驗(yàn)、作戰(zhàn)、指揮等崗位技術(shù)人員提供模擬訓(xùn)練及考核評(píng)估手段。

［1］郭齊勝，羅小明，董志明.裝備作戰(zhàn)仿真概論［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2007.

［2］查國云.某型飛機(jī)航空軍械仿真訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2011，19 （10）：2455-2458.

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Design on Development Platform of Strategic Missile Experiment Simulation System

LüCanghai，Shen Yuhao
（Taiyuan Satellite Launch Center Technical Section，Taiyuan030027，China）

In order to satisfy the need of the integrated combined test，train，and support for new weapon systems in a range，and overcome the defects of less flexibility and extensibility for traditional simulated training systems of an oriented specific missile，a new concept of designing a“Test Simulated System Manufacturing Plant”was introduced.It meant that a universal development platform of a strategic missile test simulated training system was constructed，and a typical simulated training system was produced by users according to a given missile based on the development platform.In this paper，the functions of a test simulated system and the structure of the development platform were designed.A component，platform，script development method was adopted.The specific design realization approach of the development platform was discussed，including：simulation model，simulation service bus，component and script，device simulation model，principle simulation，information flow visual simulation，system operational process，and so on.The demonstration of a flight simulation design was given. The development platform would provide rich training and evaluation means for test，combat，command staff.

strategic missile；experiment simulation；development platform design

1671-4598（2016）05-0124-05

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.05.036

TP391.9

A

2015-0-08；

2015-12-18。

呂滄海（1968-），男，山西五寨人，高級(jí)工程師，博士，主要從事仿真模擬系統(tǒng)開發(fā)方向的研究。

申宇皓（1980-），男，山西太原人，工程師，博士，主要從事仿真模擬系統(tǒng)開發(fā)方向的研究。