王淑娟,趙育良,張玉葉,張國棟

（海軍航空工程學院青島校區(qū),山東青島 266041）

某型航空偵察模擬訓練系統(tǒng)的研制

王淑娟,趙育良,張玉葉,張國棟

（海軍航空工程學院青島校區(qū),山東青島 266041）

半實物仿真新型偵察裝備模擬訓練系統(tǒng)的構(gòu)成、設(shè)計思路及實現(xiàn)過程，采用軟硬結(jié)合的仿真技術(shù)，實現(xiàn)了偵察任務(wù)系統(tǒng)信號輸出、偵察設(shè)備的拆裝、轉(zhuǎn)運、通電檢查等仿真功能，保證了院校新型偵察裝備的教學，提高了教學訓練的效果，促進了航空偵察戰(zhàn)斗力的快速形成。

航空偵察；模擬訓練；仿真系統(tǒng)

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.77

0 引言

隨著高新技術(shù)不斷的應(yīng)用于航空偵察裝備的研究和發(fā)展，航空裝備呈現(xiàn)出跨越發(fā)展的態(tài)勢，新型航空偵察裝備不再是一個獨立的個體，而是成為綜合航電的一個分系統(tǒng)，與飛機DE交聯(lián)更為緊密。由于新型偵察裝備造價高，無法同步裝備到院校教學，導致院校教學裝備配套滯后。院校裝備課、維護課教學內(nèi)容與實際裝備脫節(jié)嚴重，嚴重限制了新型偵察裝備教學，制約著航空偵察裝備訓練的發(fā)展，延緩了部隊偵察裝備形成戰(zhàn)斗力的進程。研發(fā)航空偵察裝備模擬訓練系統(tǒng)，能夠有效解決航空偵察裝備教學中裝備配套落后、教學手段單一的問題，快速提高新型偵察裝備的維護和使用水平。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計

全軟件仿真模擬操作訓練系統(tǒng)，采用人機交互的方式進行操作，受訓者缺乏與設(shè)備的直接接觸，達不到實裝操作的真實效果。為更好的突出模擬訓練過程中操作者的沉浸感，增強操作者在模擬訓練過程中的真實感，本系統(tǒng)采取半實物仿真的方式，以全仿真多功能顯示器周邊的按鍵實現(xiàn)系統(tǒng)的信號輸入，并將系統(tǒng)的反饋信號通過多功能顯示器顯示，給受訓者如同在飛機上訓練的真實操作，增強受訓者的真實感。模擬訓練系統(tǒng)內(nèi)主控計算機通過串口采集多功能顯示器周邊按鍵的信號，并進行數(shù)據(jù)處理，主控計算機在接收到串口數(shù)據(jù)后，執(zhí)行仿真訓練軟件程序，生成實時的仿真動作并將對應(yīng)的預置顯示信息通過多功能顯示器顯示。

選用Visual Studio C#作為模擬訓練開發(fā)平臺，采用3DMax軟件構(gòu)建航空偵察裝備、機上環(huán)境及操作場景模型，利用Flash軟件完成多功能顯示器仿真畫面的開發(fā)，選用EON實現(xiàn)偵察設(shè)備的動作、場景仿真。

整個模擬訓練系統(tǒng)主要分為3個部分：多功能顯示器、主控軟件系統(tǒng)和視景音響輸出模塊，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖

2 主要技術(shù)實現(xiàn)

2.1 多功能顯示器周邊鍵響應(yīng)

多功能顯示器按鍵利用RS-485半雙工串行總線輸出，主控計算機通過 RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換接口與之連接進行信息交互，串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換如圖2所示。

圖2 串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換示意

系統(tǒng)開發(fā)軟件C#提供了SeriaiPort類，使用該類可以完成串口數(shù)據(jù)通訊。串口通訊的主要參數(shù)通過串口對象實例的屬性進行設(shè)置，實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)的輸入輸出；計算機利用自定義時鐘，不斷向多功能顯示器發(fā)送指令數(shù)據(jù)包，通過自 comm_DataReceived事件響應(yīng)多功能顯示器應(yīng)答數(shù)據(jù)包，解析后根據(jù)判定鍵值進行響應(yīng)。

2.2 三維仿真模型的建立

在模擬訓練系統(tǒng)構(gòu)建時，如能為受訓者提供全場景視覺、聽覺、觸覺的仿真效果，使受訓者沉浸在極為逼真的訓練環(huán)境中，才能讓受訓者身臨其境，增強真實感的體驗，以提高訓練效果。因此，在構(gòu)建模擬訓練系統(tǒng)時，完整的構(gòu)建了虛擬機場環(huán)境、照相工作房模型，構(gòu)建了完整的機艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型，操作的開關(guān)、按鈕等與實際情況一致，最大程度地保證系統(tǒng)場景和操作的逼真性。三維可視化的系統(tǒng)模型做到照片級的質(zhì)量，操作的開關(guān)、按鈕等完全跟實際的形狀、動作狀態(tài)、聲音一致，保證整個系統(tǒng)的場景和操作的逼真性。建模時，不僅從外觀、結(jié)構(gòu)及尺寸比例與仿真對象一致，而且為便于在EON中添加模型動作，從3個方面對模型進行優(yōu)化。

（1）面的數(shù)量。EON的一個很大的優(yōu)點是對模型的點、線、面有較強的優(yōu)化能力，但在虛擬仿真系統(tǒng)制作過程中為避免過度占用資源，盡量減少模型面數(shù)。

（2）貼圖的使用。貼圖集中放在一張2 m×2 m的圖上，以節(jié)約EON調(diào)入貼圖的時間。

（3）對仿真模型進行適當?shù)姆纸M及命名，以便在仿真腳本編寫時方便調(diào)用。

2.3 仿真平臺軟件設(shè)計

虛擬仿真平臺利用C#結(jié)合Eon Studio、Flash進行開發(fā)，軟件設(shè)計框圖如圖3所示。

圖3 虛擬維修平臺軟件設(shè)計框圖

Eon Studio 5.2是目前全世界公認的整合性、延展性最好的虛擬現(xiàn)實開發(fā)展示系統(tǒng)。它支持OpenGL或Direct3D硬件加速，用戶可以自定義渲染品質(zhì)、燈光模式、陰影模式和填充模式等，可以方便高效的開發(fā)仿真程序。但是單獨的Eon Studio 5.2生成的仿真程序，交互性和可控性差，也不能進行實時的動態(tài)仿真。

通過在C#程序中使用Eon Studio5.2附帶的EonX控件調(diào)用、驅(qū)動Eon仿真程序，進行仿真程序的二次開發(fā)，加深人機交互的深度，拓寬了人機交互的范圍，增強仿真程序的可控性，實現(xiàn)了較復雜的虛擬仿真，并且可以按照訓練大綱將訓練任務(wù)分塊，解決了單純的Eon Studio5.2仿真程序在加載大場景時耗時、響應(yīng)速度慢、實時性差的缺點。

Flash則可非常好的實現(xiàn)多媒體功能及平面仿真功能，在C#程序中使用Shockwave控件調(diào)用Flash多媒體及平面仿真程序，在提高程序?qū)Ш郊耙曈X效果的同時，實現(xiàn)與Eon仿真程序的實時通訊，進一步加強仿真程序的真實度和實時性。

2.4 虛擬訓練拆裝序列邏輯實現(xiàn)

在偵察設(shè)備拆裝模擬訓練中，按照零件的排列組合，可能的拆卸序列有幾個、幾十個乃至上百個。按照操作維護規(guī)程，在實際操作時，許多操作條目是可以并行進行的，通常也是由多個技術(shù)保障人員進行多工位并行操作，因此必須采用能夠體現(xiàn)規(guī)程并行操作特征的方法來描述虛擬訓練的拆裝序列。

本模擬訓練系統(tǒng)采用有向圖來描述偵察設(shè)備的拆卸裝配序列。為了實現(xiàn)有向圖的結(jié)構(gòu)，在編程時，除了描述規(guī)程的樹型結(jié)構(gòu)外，在樹型結(jié)構(gòu)中的每個葉子節(jié)點都要有1個唯一的節(jié)點ID、1個依賴節(jié)點序列、1個后續(xù)節(jié)點序列以及節(jié)點名稱、狀態(tài)、位置、大小、視角的標識等。其中依賴節(jié)點是指在進行該節(jié)點操作時，必須先行完成的節(jié)點操作。后續(xù)節(jié)點指的是必須在該節(jié)點操作完成后才能進行操作的節(jié)點。那么在程序中就可以根據(jù)節(jié)點的ID及其依賴節(jié)點序列和后續(xù)節(jié)點序列組織成如圖4所示的有向圖結(jié)構(gòu)。

圖4 虛擬拆裝序列有向圖結(jié)構(gòu)

3 結(jié)語

模擬訓練系統(tǒng)通過三維視景仿真、虛實結(jié)合的方法為受訓者構(gòu)建了逼真完善的訓練環(huán)境，可以完成幾乎所有在實際裝備上能夠進行的操作，包括艙內(nèi)設(shè)備操作、多功能顯示器操作、設(shè)備拆裝、設(shè)備轉(zhuǎn)運等。模擬訓練系統(tǒng)的建設(shè)，可以滿足院校該型偵察裝備的教學需求，為新形勢下的任職教育教學提供了先進的輔助手段。

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〔編輯 李 波〕