光電經緯儀實裝模擬訓練系統研制

【摘要】為快速、有效地對操作手進行訓練，以OpenGL、計算機仿真技術為基礎，采用裝備最小改動原則，設計了光電經緯儀實裝模擬訓練系統，提出了硬件、軟件設計方案，在多臺不同型號的光電經緯儀上予以實現。實踐證明該系統能夠有效快速提高操作手發現、捕獲和穩定跟蹤目標的能力，訓練成效顯著。

【關鍵詞】光電經緯儀；實裝；模擬訓練

1.引言

隨著武備系統建設的快速發展，目標的可發現性、可跟蹤性越來越低，給光電經緯儀的操作手快速發現、有效識別和穩定跟蹤目標帶來了極大的困難，對操作手的操管能力提出了更高的要求。目前，光電經緯儀操作手的訓練主要結合裝備維護保養、日常訓練和試驗任務等進行，訓練的針對性、真實性、有效性不強，動用資源多，訓練成本高、效率低，重復性差，操作手培養周期長。此外，每型、每臺光電經緯儀的操作特性不盡相同，為達到操作手和所操管經緯儀的最佳配合，迫切需要操作手在其所操管的裝備上，針對目標特性進行有效的重復訓練，提高自身業務技能。光電經緯儀均配備了CCD或紅外數字相機，實現了圖像的數字化采集。利用計算機仿真技術，可以實現光電經緯儀的實裝模擬訓練。

2.系統設計

實裝模擬訓練系統根據目標彈道，利用OpenGL在虛擬空間繪制目標三維圖像；根據光電經緯儀實際測量值，將目標三維圖像視角變換后與實時獲取的背景圖像疊加，疊加后的圖像提供給操作手進行目標的識別、捕獲和跟蹤。系統主要由硬件、軟件兩個部分組成。

2.1 硬件設計

系統硬件主要由經緯儀主體、訓練控制端、圖像合成端以及顯示器等組成。光電經緯儀由經緯儀主體、主控計算機、圖像存儲計算機等部分組成。為確保裝備功能、戰技術指標不受影響，硬件設計采用裝備最小改動原則，僅在經緯儀主體上加裝顯示器。

訓練控制端與主控計算機共用1臺工控機。通過串行通信卡與經緯儀交換數據，接收經緯儀發送的時間、角度等信息，向經緯儀發送引導數據。通過TCP/IP網絡與圖像合成端交換數據，訓練開始前向圖像合成端發送目標三維模型、氣象條件等訓練配置信息，訓練過程中向圖像合成端發送目標位置、訓練進度等訓練控制信息。

圖像合成端與圖像存儲計算機共用1臺工控機。通過圖像采集卡獲取數字相機拍攝的實時背景，與計算機生成的模擬目標圖像合成后，送顯示器顯示供操作手訓練用；通過TCP/IP網絡與訓練控制端交換數據，獲取訓練配置、訓練控制等訓練信息；通過串行通信卡與經緯儀交換數據，接收經緯儀發送的時間、角度等信息。

2.2 軟件設計

系統軟件主要包括目標模型設計生成軟件、理論彈道設計生成軟件、訓練控制軟件和圖像合成軟件。軟件均采用模塊化設計，其中訓練控制軟件和圖像合成軟件采用分層、多線程、圖形化虛擬儀器面板設計，分三層結構：第一層為圖形化虛擬儀器面板及其組件層，通過友好的界面實現人機交互。第二層為事務處理層，對數據進行實時處理，將各種相關數據轉發至虛擬儀器面板組件。第三層為硬件接口層，通過硬件驅動程序接口完成硬件控制、信息采集和數據交換。線程分為時間同步線程、顯示線程、通信線程、存儲線程等，各個線程采用事件來同步。根據各線程的實時性要求，設置不同的優先級，合理安排時序，提高軟件運行的效率和可靠性。

2.2.1 目標模型設計生成軟件

目標模型設計生成軟件主要包括參數輸入、參數處理、目標模型生成、空間-窗口坐標變換、圖形繪制、數據存儲等模塊。在構建目標模型時，對輸入的參數進行處理，構建目標模型，經坐標變換后，利用OpenGL進行圖形繪制并顯示在窗口內供設計者審查，保存目標模型數據供訓練使用，軟件流程圖如圖1-A所示。

2.2.2 理論彈道設計生成軟件

彈道設計生成軟件主要包括參數輸入、參數處理、彈道模型建立、理論彈道生成、坐標變換、數據存儲等模塊。在構建理論彈道時，對輸入的參數進行處理，確定相應的型值點，采用三次B樣條曲線進行擬合，構建彈道模型，對模型進行采樣，經坐標變換后獲得理論彈道，利用OpenGL進行圖形繪制并顯示在窗口內供設計者審查，理論彈道存入彈道文件供訓練使用，軟件流程圖如圖1-B所示。

2.2.3 訓練控制軟件

訓練控制軟件主要包括訓練配置信息生成發送、經緯儀相關信息獲取、引導數據生成及發送、數據處理和信息顯示等模塊。軟件通過打開目標模型文件來讀取目標模型，與輸入的氣象條件等一起生成訓練配置信息，發送給圖像合成端供圖像合成用；打開彈道文件來讀取彈道數據，通過串口獲取經緯儀相關信息，經處理后生成引導數據，發送給經緯儀供實時引導；將顯示有關信息供訓練使用，軟件流程圖如圖1-C所示。

2.2.4 圖像合成軟件

在XX-XX導彈武器系統試驗過程中，由于導彈相對測量站點角速度大，操作手很難平穩有效跟蹤目標，并且由于助推器亮度高，容易誤跟助推器。為解決此問題，根據XX-XX導彈特性，利用光電經緯儀實裝模擬訓練系統設計生成了XX-XX導彈的模型、彈道，對多臺不同型號裝備的操作手進行了針對性重復訓練。在剛開始的訓練中，除發射時刻外，操作手基本上不能有效跟蹤目標，屢次誤跟助推器；經多次重復訓練后，操作手已能夠全程有效跟蹤目標。在導彈實際飛行時，所有操作手全程有效穩定跟蹤目標，訓練效果顯著。

4.結束語

通過對OpenGL、計算機仿真技術的深入研究，在確保裝備原有功能和戰技術指標的前提下，采用裝備最小改動原則，設計了光電經緯儀實裝模擬訓練系統，在多臺不同型號的光電經緯儀上予以實現。系統能夠根據目標特性設計生成目標模型、理論彈道，將實時背景與目標模型合成顯示，在裝備上對操作手進行訓練，具有極強的針對性、可重復性。實踐證明該系統能夠有效快速提高操作手發現、捕獲和穩定跟蹤目標的能力，訓練成效顯著。在氣象條件仿真方面受多種因素限制，導致目標可見度模擬比較簡單，真實性較差，有待研究。

參考文獻

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作者簡介：周學仕（1977—），男，工學碩士，主要從事光學測量、雷達測量方面研究。