李玉潔

（91550部隊(duì) 大連 116023）

1 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是復(fù)雜條件下的一體化聯(lián)合作戰(zhàn)，是高技術(shù)武器裝備體系之間的對(duì)抗。戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)瞬息萬變，數(shù)據(jù)量巨大，各種信息極其豐富［1～4］。傳統(tǒng)的靜態(tài)、抽象、信息量匱乏的態(tài)勢(shì)圖已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)需要。動(dòng)態(tài)的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)顯示成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)［5～9］。孫魯泉［5］等對(duì)空地戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)可視化仿真系統(tǒng)進(jìn)行了研究，鄭娟［6］等完成了空間戰(zhàn)場(chǎng)可視化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，王小林［7］等研究了科學(xué)計(jì)算可視化在水下可視化戰(zhàn)場(chǎng)建設(shè)中的應(yīng)用，蘇春梅［8］等進(jìn)行了海上戰(zhàn)役態(tài)勢(shì)三維顯示的研究與實(shí)現(xiàn)，肖濱［9］等對(duì)一體化戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練仿真系統(tǒng)綜合態(tài)勢(shì)顯示進(jìn)行了研究。

本文針對(duì)海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境設(shè)計(jì)并完成了戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)二維顯示系統(tǒng)［10～11］，將可視化技術(shù)應(yīng)用于作戰(zhàn)模擬的全過程，將航區(qū)的二維地景信息和反映導(dǎo)彈飛行過程中可視特征的試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示出來，為更加形象、直觀地檢測(cè)導(dǎo)彈飛行的整個(gè)過程、事后回放過程、分析飛行結(jié)果、判斷飛行故障提供新的技術(shù)手段。

2 戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)二維顯示仿真系統(tǒng)概論

2.1 系統(tǒng)需求

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)二維顯示仿真系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)接收或離線重放并顯示海戰(zhàn)場(chǎng)各作戰(zhàn)設(shè)備傳送的信息和導(dǎo)彈等仿真實(shí)體在虛擬試驗(yàn)場(chǎng)景中的信息［12］。具體功能如下：

·具有顯示我方兵力態(tài)勢(shì)圖：潛艇航行軌跡，導(dǎo)彈位置及二維空間彈道的功能；

·具有顯示敵方兵力態(tài)勢(shì)圖：典型目標(biāo)航向和航跡的功能；

·具備多窗口顯示輸出的功能；

·具有提供試驗(yàn)兵力的顯示圖標(biāo)，支持在二維數(shù)字地圖上進(jìn)行試驗(yàn)兵力的顯示功能；

·具有實(shí)時(shí)讀取仿真數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)或事后讀取外部的數(shù)據(jù)信息，在二維數(shù)字地圖上實(shí)時(shí)顯示潛艇、導(dǎo)彈、目標(biāo)及環(huán)境的各種參數(shù)的功能；

·具有支持添加及顯示標(biāo)注功能；

·具有顯示以數(shù)字地圖為背景的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的功能，并支持放大、縮小和漫游；

·具有實(shí)時(shí)顯示和事后回放功能。

2.2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)二維顯示仿真系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境如下：

·操作系統(tǒng)：Microsoft Windows XP；

·編程語言與環(huán)境：Microsoft Visual C++6.0；

·二維態(tài)勢(shì)開發(fā)工具和運(yùn)行環(huán)境：MapObject 2.4。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)需求，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)二維顯示仿真系統(tǒng)具有兩種工作模式：聯(lián)試模式和回放模式。聯(lián)試模式是由外部系統(tǒng)實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行，回放模式是根據(jù)保存的仿真數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)運(yùn)行。

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)二維顯示仿真系統(tǒng)從功能上可分為六大部分：流程控制模塊、輸入接口模塊、矢量圖顯示模塊、軌跡圖顯示模塊、參數(shù)表顯示模塊以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，如圖1所示。

圖1 戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)二維顯示仿真系統(tǒng)模塊圖

流程控制模塊完成二維可視化節(jié)點(diǎn)的流程控制功能，包括仿真開始與結(jié)束、導(dǎo)彈出管、助推器點(diǎn)火、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、保護(hù)筒分離、級(jí)間分離等控制規(guī)律切換指令的響應(yīng)，其它模塊調(diào)度等功能。

輸入接口模塊完成運(yùn)行模式選擇，用戶登錄，外部其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的接收，仿真存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的讀取等功能。

矢量圖顯示模塊完成二維矢量圖的加載、放大、縮小、漫游等功能，顯示我方和敵方態(tài)勢(shì)圖，顯示標(biāo)注功能；

軌跡圖顯示模塊以曲線圖形式顯示導(dǎo)彈飛行的高度軌跡和速度軌跡；

參數(shù)表顯示模塊以表格形式顯示潛艇運(yùn)動(dòng)參數(shù)、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)、導(dǎo)彈飛行參數(shù)、海洋環(huán)境參數(shù)、氣象環(huán)境參數(shù)等參數(shù)；

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將仿真過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，以備仿真回放時(shí)使用。

3.1 流程控制模塊

流程控制模塊實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的流程控制，調(diào)度不同模塊完成協(xié)作。具體功能如下：

1）程序啟動(dòng)時(shí)，調(diào)用輸入接口模塊實(shí)現(xiàn)仿真模式的選擇，確定是聯(lián)機(jī)模式還是回放模式，如為聯(lián)機(jī)模式，進(jìn)行自動(dòng)或人工登錄調(diào)度系統(tǒng)；

2）程序運(yùn)行時(shí)，調(diào)用輸入接口模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取（聯(lián)機(jī)模式從仿真數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)讀取，回放模式從存儲(chǔ)數(shù)據(jù)中讀?。⒄{(diào)用矢量圖顯示模塊進(jìn)行二維矢量圖顯示，調(diào)用參數(shù)表顯示模塊進(jìn)行參數(shù)顯示，調(diào)用軌跡圖顯示模塊實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈飛行的高度軌跡和速度軌跡。如果需要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，同時(shí)調(diào)用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。功能流程如圖2、圖3所示。

圖2 程序啟動(dòng)時(shí)流程圖

圖3 程序運(yùn)行時(shí)流程圖

3.2 輸入接口模塊

輸入接口模塊完成運(yùn)行模式選擇，用戶登錄，外部其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的接收，仿真存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的讀取等功能。具體功能如下：

1）運(yùn)行模式選擇，確定當(dāng)前模式為聯(lián)機(jī)模式或者回放模式；

2）聯(lián)機(jī)模式下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或人工登錄調(diào)度系統(tǒng)；

3）回放模式下，選擇回放文件目錄；

4）聯(lián)機(jī)模式下，實(shí)時(shí)讀取仿真數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；

5）回放模式下，讀取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)。

需要注意的是，輸入接口模塊與XML配置文件之間存在信息交互。聯(lián)機(jī)模式或者回放模式選擇、自動(dòng)或人工登錄、回放文件目錄等信息均以XML配置文件信息為默認(rèn)值，用戶可進(jìn)行更改。同時(shí)，在實(shí)時(shí)讀取仿真數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)或讀取存儲(chǔ)文件時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)單獨(dú)的線程進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。

3.3 矢量圖顯示模塊

矢量圖顯示模塊完成二維矢量圖的加載、放大、縮小、漫游等功能，顯示我方和敵方態(tài)勢(shì)圖，顯示標(biāo)注功能；具體功能如下：

1）二維矢量圖的加載與顯示；

2）二維矢量圖的放大、縮小、漫游；

3）我艇航行軌跡顯示，導(dǎo)彈位置顯示，以及敵方典型目標(biāo)軌跡顯示；

4）根據(jù)XML標(biāo)注配置文件進(jìn)行標(biāo)注顯示；5）標(biāo)注添加、刪除、修改。

本模塊主要基于MapObjects2.4控件進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)顯示和矢量圖操作功能［14～15］。從 MapOb?jects所提供的功能接口來看，常用的地圖應(yīng)用基本上都能實(shí)現(xiàn)，例如：

·創(chuàng)建新的Shape文件；·更新屬性或圖形數(shù)據(jù)；

·繪制點(diǎn)、線、橢圓、矩形和多邊形等圖形要素；

·繪制描述性的文本注記；

·地圖縮放和漫游；

·豐富的繪圖方式，如按值潤色、分類顯示、繪制密度圖、產(chǎn)生含各類圖表的專題圖等；

·屬性自動(dòng)標(biāo)注；

·投影變換。

考慮標(biāo)注的復(fù)用性，將標(biāo)注保存到XML標(biāo)注配置文件之中［13］，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)注信息的重復(fù)使用，方便用戶的操作。

3.4 軌跡圖顯示模塊

軌跡圖顯示模塊以曲線圖形式顯示導(dǎo)彈飛行的高度軌跡和速度軌跡，具體功能如下：

·根據(jù)所選導(dǎo)彈，顯示其高度軌跡；

·根據(jù)所選導(dǎo)彈，顯示其速度軌跡。

考慮要較好顯示曲線度，本模塊基于TeeChart Pro V5 ActiveX Control進(jìn)行開發(fā)，如圖4所示。

圖4 軌跡圖顯示模塊示例圖

3.5 參數(shù)表顯示模塊

參數(shù)表顯示模塊以表格形式顯示潛艇運(yùn)動(dòng)參數(shù)、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)、導(dǎo)彈飛行參數(shù)、海洋環(huán)境參數(shù)、氣象環(huán)境參數(shù)等參數(shù)；具體顯示參數(shù)如下：

1）潛艇運(yùn)動(dòng)參數(shù)：時(shí)間、潛艇編號(hào)、經(jīng)度、緯度、深度、地速東向分量、地速北向分量、升沉速度、航向角、姿態(tài)角等；

2）目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)：時(shí)間、目標(biāo)編號(hào)、經(jīng)度、緯度、高度；

3）導(dǎo)彈飛行參數(shù)：時(shí)間、導(dǎo)彈編號(hào)、控制指令、經(jīng)度、緯度、高度、水平速度、北向速度、東向速度、天向速度、俯仰角、滾動(dòng)角、偏航角；

4）海洋環(huán)境參數(shù)：浪高、浪速等；

5）氣象環(huán)境參數(shù)：風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、溫度、雨量

根據(jù)上述分析，本模塊需要構(gòu)建5個(gè)表格，分別為潛艇運(yùn)動(dòng)參數(shù)表，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)表，導(dǎo)彈飛行參數(shù)表，海洋環(huán)境參數(shù)表，氣象環(huán)境參數(shù)表。每個(gè)表格顯示各類參數(shù)的具體內(nèi)容。

3.6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將仿真過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)；具體存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為從數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將數(shù)據(jù)保存到指定目錄下的數(shù)據(jù)文件之中。考慮數(shù)據(jù)存儲(chǔ)速度較慢，本模塊單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)線程來進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作。

4 仿真驗(yàn)證與分析

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)二維顯示仿真系統(tǒng)的主界面如圖5所示。

圖5 二維可視化節(jié)點(diǎn)軟件主界面

由給出的軟件界面截圖可看出：本軟件采用MFC標(biāo)準(zhǔn)的文檔/視圖結(jié)構(gòu)創(chuàng)建，是用戶最常見的應(yīng)用程序風(fēng)格，具備標(biāo)準(zhǔn)菜單和工具欄且狀態(tài)欄信息豐富，客戶區(qū)為二維矢量圖，可進(jìn)行各種地圖操作。對(duì)象導(dǎo)航窗口以樹狀圖方式顯示仿真對(duì)象，包括潛艇、導(dǎo)彈和目標(biāo)。對(duì)象參數(shù)顯示窗口提供參與仿真運(yùn)行的對(duì)象參數(shù)顯示，包括潛艇參數(shù)顯示窗口、導(dǎo)彈參數(shù)顯示窗口，以及艦船參數(shù)顯示窗口。這三個(gè)窗口可按照Tab頁方式合并，也可單獨(dú)進(jìn)行顯示。導(dǎo)彈軌跡顯示窗口顯示導(dǎo)彈的速度和高度軌跡參數(shù)。

4.1 數(shù)據(jù)傳輸正確性驗(yàn)證

根據(jù)仿真系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的記錄與本地保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，經(jīng)過多次試驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)均正常。給出一組結(jié)果如圖6所示。

圖6 仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4.2 態(tài)勢(shì)二維顯示驗(yàn)證

不失一般性，以一艘潛艇加載四枚導(dǎo)彈攻擊一艘艦船的仿真想定為例，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)二維顯示仿真系統(tǒng)能夠較好地體現(xiàn)作戰(zhàn)過程，潛艇、導(dǎo)彈、艦船各仿真實(shí)體的參數(shù)、運(yùn)行軌跡均可正常顯示，如圖7所示。

圖7 戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)二維顯示界面

5 結(jié)語

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)二維顯示仿真系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)顯示與離線回放兩種工作方式，可將航區(qū)的二維地景信息和反映導(dǎo)彈飛行過程中可視特征的試驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示出來，為更加形象、直觀地檢測(cè)導(dǎo)彈飛行試驗(yàn)的整個(gè)過程、事后回放試驗(yàn)過程、分析試驗(yàn)結(jié)果、判斷試驗(yàn)故障提供新的技術(shù)手段。

戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)二維顯示仿真系統(tǒng)既可單獨(dú)運(yùn)行，構(gòu)建二維戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)推演和作戰(zhàn)演示；也可與戰(zhàn)術(shù)/戰(zhàn)役級(jí)作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)互連，提供一體化作戰(zhàn)信息支持、仿真監(jiān)控與管理功能。下一步的工作是完善功能和細(xì)化具體實(shí)體模型以及作戰(zhàn)效能的評(píng)估，使作戰(zhàn)仿真的逼真度及可信度逐步提高。