靶場射擊試驗測控方案設計平臺的設計與實現(xiàn)

0 引言
    靶場是軍事攻防性能評估的重要場所，是新武器試驗測量的綜合測試平臺，為各種高技術武器裝備提供先進的測量手段，并加快高新武器的開發(fā)步伐。近幾年靶場組織完成的多項試驗表明，射擊試驗正在成為制約順利完成復雜武器系統(tǒng)試驗任務的瓶頸。為適應未來信息站和電子戰(zhàn)的需要，對于射擊試驗測控仿真平臺的研究已迫在眉睫。該平臺以某新型高炮武器系統(tǒng)的射擊試驗測試評估為背景，實現(xiàn)靶場測控方案設計的自動化、可視化和智能化。在未來信息化條件下，為靶場順利完成復雜武器系統(tǒng)射擊試驗測控任務提供了前提保證，并力爭在測控方案推演優(yōu)化技術上有所突破，進而推廣到其他復雜武器系統(tǒng)。

1 靶場射擊試驗測控仿真平臺的構建
1．1 仿真平臺二維態(tài)勢顯示模塊的開發(fā)
    平臺依托二維地圖，直觀地顯示相關設備、地形等具體布局。靶場二維地圖的建立經過獲取航拍圖片，矢量化處理，獲取格網DEM數(shù)據(jù)，再利用格網DEM提取等高線。同時，對于地圖上的建筑、河流、道路、地形和地貌等進行手動處理，采用數(shù)字地圖中常用的分層處理方式。在地理信息系統(tǒng)中，DEM最主要的3種表示模型是：規(guī)則格網模型、等高線模型和不規(guī)則三角網模型。在靶場的射擊試驗測控仿真系統(tǒng)中，采用了等高線模型。
    等高線模型表示高程，高程值的集合是已知的某一條等高線對應一個已知的高程值，這樣一系列等高線集合和它們的高程值一起就構成了一種地面高程模型，如圖1所示。

1．2 平臺相關模塊之間的邏輯結構
    靶場高炮武器系統(tǒng)射擊試驗測控仿真平臺是一個基于XML的實時分布交互仿真系統(tǒng)，由方案制定、參／被試品系統(tǒng)控制單元、二維態(tài)勢顯示、仿真管理、數(shù)據(jù)管理和關鍵參數(shù)計算等節(jié)點組成。
    方案制定人員通過選定測控方案的任務類型，設置參試品(飛行目標)和被試品(高炮武器系統(tǒng))的初始狀態(tài)，對參／被試品系統(tǒng)控制單元對選定的任務類型、系統(tǒng)的初始狀態(tài)進行評估、數(shù)據(jù)傳輸和關鍵參數(shù)計算等操作，判斷測控方案制定的可行性。該系統(tǒng)為靶場高炮武器系統(tǒng)射擊試驗測控仿真、路徑規(guī)劃、關鍵參數(shù)認證、方案優(yōu)化等研究提供了仿真環(huán)境。該系統(tǒng)靶場射擊試驗測控仿真及服務器的邏輯結構如圖2所示。其中，二維態(tài)勢顯示節(jié)點客觀、實時地表示出選定的試驗任務中的各種仿真實體的狀態(tài)，供操作人員進行仿真效果評估，并為方案的優(yōu)化工作提供數(shù)據(jù)支撐。

2 組件式開發(fā)
    靶場射擊試驗測控仿真系統(tǒng)的二維界面是利用XML和MapX組件混合開發(fā)的。作為靶場射擊試驗測試仿真系統(tǒng)的二維節(jié)點，二維態(tài)勢顯示模塊實現(xiàn)的主要功能包括：數(shù)字地圖顯示、縮放、移動、地圖漫游；地圖信息顯示；參／被試品模型動態(tài)顯示；通視判斷；測距、測控、坐標系轉換等工具模塊調用；二、三維數(shù)據(jù)傳輸、通信及同步顯示。另外，系統(tǒng)還實現(xiàn)了圖層顯示控制、方案類型選擇、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)交互等功能。這些功能的實現(xiàn)已經有比較成熟的方法，在此不予討論。

3 二／三維同步顯示的數(shù)據(jù)交互
    在進行方案演示過程中，需要將二維地圖上獲得的數(shù)據(jù)實時地傳輸給三維模塊，傳統(tǒng)RTI數(shù)據(jù)的傳輸量總體上小，對于數(shù)據(jù)量巨大，傳輸頻率小的數(shù)據(jù)，如果使用RTI進行傳輸會影響整個分布交互仿真系統(tǒng)的性能。
    采用基于XML格式的數(shù)據(jù)交換能夠很好地解決此問題。XML(extensible markup language)具有可擴展、自描述、代碼數(shù)據(jù)和表示分離等特點，可以作為數(shù)據(jù)交換的標準格式。XML Schema時XML模式描述語言能夠定義XML文件的語法模式，具體包括數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)順序、以及數(shù)據(jù)之間的邏輯關系等。
    在靶場方案演示和方案優(yōu)化的模擬仿真中，XML數(shù)據(jù)交換接口負責傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有態(tài)勢數(shù)據(jù)、參／被試品初始狀態(tài)、參試品飛行狀態(tài)、被試品捕獲射擊狀態(tài)、測試設備測試數(shù)據(jù)、方案推演數(shù)據(jù)等。部分具體的交互數(shù)據(jù)如圖3所示。

    依據(jù)這些數(shù)據(jù)的具體結構和邏輯關系，首先應用XML Schema定義XML數(shù)據(jù)文件的基本結構(包括數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)存儲樹型結構，以及數(shù)據(jù)單元的順序和數(shù)量等)，然后在此基礎上利用MSXML SDK提供的文檔對象模型DOM的API接口實現(xiàn)從C數(shù)據(jù)結構到XML文檔的數(shù)據(jù)編碼接口和從XML文檔到C數(shù)據(jù)結構的數(shù)據(jù)解析接口。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，同時還利用預先定義好的XML Schema實現(xiàn)了對特定XML數(shù)據(jù)文件的校驗功能。

4 Virtools三維建模軟件
    法國全球交互三維開發(fā)解決方案公司Virtools開發(fā)了Virtools系列產品，其三維引擎已經成為微軟XBox認可系統(tǒng)，其特點是方便易用，應用領域廣泛。它除了自身的3D／VR開發(fā)平臺Virtools Dev以外，還集成了5個可選模塊，即網絡服務器Virtools Server、物理屬性模塊Physics Pack、人工智能模塊AI Pack、Xbox開發(fā)模塊和沉浸式平臺VR Pack。
    Virtools Dev是專門用來設計制作3D世界的軟件，其內部集成了500多個行為模塊，其中的Run VSL模塊可運行用戶自己添加的Virtools語言代碼，利用這些行為模塊可以相互搭配串聯(lián)設計出許多不同的互動效果。
    Virtools Dev可對二維對象、文字、三維對象及聲音、影片等進行操作，其中的三維對象資源可由3DSMAX等3D軟件制作的三維對象模型或三維動畫通過安裝好的插件輸出文件以#．nmo格式導入。
    本課題主要是應用3DSMAX和Virtools工具，充分運用Virtools開發(fā)工具的優(yōu)勢，對虛擬靶場環(huán)境及被試武器、參試目標、測試設備等試驗相關要素的外觀模型和相關特征模型的建模技術進行研究。

5 結語
    在此介紹了靶場射擊試驗測控方案設計的實現(xiàn)方法，建立了可實現(xiàn)二、三維同步傳輸?shù)木W絡化方案設計平臺。二維操作界面實現(xiàn)了放大、縮小、漫游等各種功能操作，同時可以獲得需要的DEM數(shù)據(jù)文件，并采用XML語言進行大數(shù)據(jù)量交互。隨著網絡技術的進一步發(fā)展和GIS在靶場的更廣泛應用，新測控方案的實現(xiàn)方法還需要進一步研究與探索。