靶場射擊試驗測控方案設計平臺的設計與實現

摘 要:在此介紹了模擬靶場射擊試驗方案設計的實際流程，運用MapX和Virtools等技術模擬靶場二、三維數字環境，采用XML實現二、三維數據交互和同步顯示。全面考慮了實際工程應用的各種需求，建立了基于XML的數字靶場測控方案設計的模擬仿真平臺。實際應用中，系統具有很好的靈活性和運行效率。關鍵詞:數字靶場; 建模仿真; XML; MapX; Virtools

中圖分類號:TP919-34; TP391 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)22-0178-03

Design and Realization of Scheme Design Platform for Firing Test in Shooting Range

XU Wei-qiang， ZHU Yuan-chang， DI Yan-qiang

(Ordnance Engineering College， Shijiazhuang 050003， China)

Abstract: The actual design course of the firing test scheme in shooting range is simulated. 2D and 3D digital environment of shooting range is established based on MapX and Virtools. And at the same time， data interaction and data synchronization are also achieved with XML. considering all the requirement conditions of engineering application， a simulative network platform for the measurement and control project designed in digital shooting range is build based on XML. The proposed scheme is flexible and effective in practical application.

Keywords: digital shooting range; modeling and simulation; XML; MAPX; Virtools

收稿日期:2010-07-28

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試驗任務的瓶頸[1]。為適應未來信息站和電子戰的需要，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的射擊試驗測試評估為背景，實現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化技術上有所突破，進而推廣到其他復雜武器系統。

1 靶場射擊試驗測控仿真平臺的構建

1.1 仿真平臺二維態勢顯示模塊的開發

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數據，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，采用數字地圖中常用的分層處理方式。在地理信息系統中，DEM最主要的3種表示模型是:規則格網模型、等高線模型和不規則三角網模型[2]。在靶場的射擊試驗測控仿真系統中，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，每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。

圖1 靶場數字地圖

1.2 平臺相關模塊之間的邏輯結構

靶場高炮武器系統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，由方案制定、參/被試品系統控制單元、二維態勢顯示、仿真管理、數據管理和關鍵參數計算等節點組成。

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)的初始狀態，對參/被試品系統控制單元對選定的任務類型、系統的初始狀態進行評估、數據傳輸和關鍵參數計算等操作，判斷測控方案制定的可行性。該系統為靶場高炮武器系統射擊試驗測控仿真、路徑規劃、關鍵參數認證、方案優化等研究提供了仿真環境。該系統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，二維態勢顯示節點客觀、實時地表示出選定的試驗任務中的各種仿真實體的狀態，供操作人員進行仿真效果評估，并為方案的優化工作提供數據支撐。

圖2 靶場射擊試驗測控仿真平臺邏輯結構

2 組件式開發

靶場射擊試驗測控仿真系統的二維界面是利用VC和MapX組件混合開發的。作為靶場射擊試驗測控仿真系統的二維節點，二維態勢顯示模塊實現的主要功能包括:數字地圖顯示、縮放、移動、地圖漫游;地圖信息顯示;參/被試品模型動態顯示;通視判斷;測距、測角、坐標系轉換等工具模塊調用;二、三維數據傳輸、通信及同步顯示。另外，系統還實現了圖層顯示控制、方案類型選擇、數據管理和數據交互等功能。這些功能的實現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據交互

在進行方案演示過程中，需要將二維地圖上獲得的數據實時地傳輸給三維模塊，傳統RTI數據的傳輸量總體上小，對于數據量巨大，傳輸頻率小的數據，如果使用RTI進行傳輸會影響整個分布交互仿真系統的性能。

采用基于XML格式的數據交換能夠很好地解決此問題。XML(extensible markup language)具有可擴展、自描述、代碼數據和表示分離等特點，可以作為數據交換的標準格式[3]。XML Schema時XML模式描述語言能夠定義XML文件的語法模式，具體包括數據結構、數據順序、以及數據之間的邏輯關系等。

在靶場方案演示和方案優化的模擬仿真中，XML數據交換接口負責傳輸的數據有態勢數據、參/被試品初始狀態、參試品飛行狀態、被試品捕獲射擊狀態、測試設備測試數據、方案推演數據等。部分具體的交互數據如圖3所示。

圖3 二、三維數據交互

依據這些數據的具體結構和邏輯關系，首先應用XML Schema定義XML數據文件的基本結構(包括數據結構、數據類型、數據存儲樹型結構，以及數據單元的順序和數量等)，然后在此基礎上利用MSXML SDK提供的文檔對象模型DOM的API接口實現從C數據結構到XML文檔的數據編碼接口和從XML文檔到C數據結構的數據解析接口。為保證數據傳輸的完整性，同時還利用預先定義好的XML Schema實現了對特定XML數據文件的校驗功能[4]。

4 Virtools三維建模軟件

法國全球交互三維開發解決方案公司Virtools開發了Virtools系列產品，其三維引擎已經成為微軟XBox認可系統，其特點是方便易用，應用領域廣泛[1]。它除了自身的3D/VR開發平臺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 開發工具的優勢，對虛擬靶場環境及被試武器、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方法，建立了可實現二、三維同步傳輸的網絡化方案設計平臺。二維操作界面實現了放大、縮小、漫游等各種功能操作，同時可以獲得需要的DEM數據文件，并采用XML語言進行大數據量交互。隨著網絡技術的進一步發展和GIS在靶場的更廣泛應用，新測控方案的實現方法還需要進一步研究與探索。

參考文獻

[1]張喜濤，姜昱明.可漫游的虛擬戰場環境建模與實現[J].計算機仿真，2006，23(10):189-193.

[2]湯國安，劉學軍，閭國年.數字高程模型及地學分析的原理與方法[M].北京:科學出版社，2005.

[3]鐘大偉.空間信息服務模式及技術研究[D].北京:中國科學院遙感應用研究所，2007.

[4]李京，莊成三.用XML對數據庫查詢的方法[J].計算機應用，2000，20(10):21-24.

[5]鄔倫.地理信息系統:原理、方法和應用[M].北京:科學出版社，2005.

[6]本滿春，任建武，陳剛.GIS設計與實現[M].北京:科學出版社，2003.

[7]蔡志浩，彭曉源.基于地理信息系統的虛擬戰場態勢顯示[J].系統仿真學報，2003，15(7):983-985.

[8]YANG Chao-Wei. Performance-improving techniques in Web-based GIS [J]. International Journal of Geographical Information Science， 2005， 19(3): 319-342.

[9] ISO. Industrial automation systems and integration: product data representation and exchange [M].Geneva: ISO， 1994: 3-16.

[10]JONES K H. Information management for a large multidisciplinary project [J]. AIAA， 1992， 4720: 221-227.

[11]任佳，雷斌.虛擬試驗場技術在靶場試驗計劃驗證中的應用[J].工業控制計算機，2007，20(2):7-8.

[12]聶文兵.基于VEGA的虛擬戰場中雨雪特效模擬[J].現代電子技術，2009，32(10):48-50，57.

[13]張光迎，謝劍薇，董石磊.基于雙目視覺的導彈著靶參數測量研究[J].現代電子技術，2010，33(9):29-31.

[14]左震，雷志勇，雷鳴.基于規則理論的靶場資源輔助決策系統[J].電子設計工程，2009(11):102-104.