坦克嵌入式射击训练仿真系统设计与实现

坦克嵌入式射击训练仿真系统设计与实现

赵清华;林学华;孙少斌

【摘要】The rapidly developing of high technology in armored vehicle has brought great influence on the training of armored corps that the traditional simulators can't match with the current trainings. So the emulators are applied in the tank shooting training system to enhance the efficiency, shorten the cycle and reduce the cost of trainings. Introduce the structure of tank embedded firing training simulation system, and then give a research on the hardware designs and the key simulation technologies such as virtual scene simulation, firing simulation and special vision and audio effect. The system has reasonable structural design, convenient use and maintenance. It provides the crew with a real environment for operating and training and has obvious economic and military benefit.%装甲车辆技术含量的不断提升,对装甲兵的训练产生了巨大影响,传统的模拟设备远不能满足训练要求.将仿真设备嵌入应用于坦克射击训练系统中,是提高训练效果、缩短训练周期、降低训练成本的一种重要措施.介绍了坦克嵌入式射击训练仿真系统的体系结构,重点对硬件设计、视景仿真、射击仿真、特殊音校、视觉效果实现等关键技术进行了研究.该系统结构设计合理、维护使用方便,为乘员提供了真实的操作和训练环境,能够快速地提高训练水平,具有十分明显的经济和军事效益.

【期刊名称】《指挥控制与仿真》

【年(卷),期】2011(033)002

【总页数】4页(P64-67)

【关键词】坦克;射击训练系统;嵌入式仿真;模拟训练

【作者】赵清华;林学华;孙少斌

【作者单位】蚌埠坦克学院,安徽,蚌埠,233050;蚌埠坦克学院,安徽,蚌埠,233050;蚌埠坦克学院,安徽,蚌埠,233050

【正文语种】中文

【中图分类】E92

现代战争信息化程度高，对抗强度大，战场环境错综复杂，对坦克乘员特别是坦克射手的专业技能以及生理、心理素质提出了更高的要求。现阶段坦克乘员的专业技能训练多采用实际装备与模拟器训练相结合的方法，但是由于训练成本与训练环境的问题，往往达不到实战的标准和要求，其训练效果也大打折扣。嵌入式仿真技术将实际装备与仿真计算机有效结合，既满足了射手实战化的人机环境需求，又充分利用了仿真计算机对战场环境和战术背景的逼真模拟，增强了训练的沉浸感，降低了训练成本。同时其训练过程可控可测，可随时更换训练科目和战术背景、监测跟进训练进度、反馈训练状态，评估训练效果，可对坦克射手开展有针对性的专项训练，缩短训练周期，提高训练效率。

美国等西方国家很早就开始了嵌入式仿真在武器装备上的应用研究，并广泛开展了嵌入式训练实践，取得了良好的训练效益。我军近年来也逐步在某些武器装备上进行相应的嵌入式改造，取得了一定成效。本文将从坦克的射击系统入手，在不改变现有武器系统内部结构、不影响装备作战性能的前提下进行嵌入式改造，使之具有嵌入式射击训练的功能，为下一步坦克射手的专业技能训练提供新的途径。

1 系统结构和功能

坦克嵌入式射击训练仿真系统主要由嵌入式计算机、信号采集处理系统、显示系统、嵌入式计算机主控系统、音响以及外设装置等几个部分构成。相互之间通过实时通信技术，串口通信技术和A/D、D/A技术相互连接实现信息交互，系统结构如图

1所示。

在设计时要充分考虑设备的扩展性和可置换性，便于拆卸、安装和维护，其外形和体积要与实装相匹配，不能改变现有武器系统的内部结构，更不能影响装备的作战性能。坦克射击系统实际部件通过能热插拔的数据接口、传感器与嵌入式仿真系统相连接，其操作信号反馈至嵌入式系统中与仿真数据相融合生成完整的模拟训练环境，受训人员可以根据观察到的目标状态和火炮的射击效果按照射击法则进行射击训练，并通过射击效果评估，进行智能化成绩评定，从而实现实装环境下的训练和演习功能。它有效解决了训练环境不逼真、后勤保障困难等问题，提高了训练效率，保证了训练质量。

1）嵌入式主控计算机。嵌入式主控计算机是嵌入式射击训练仿真系统的核心部件，包含炮长嵌入式仿真计算机、车长嵌入式仿真计算机。它通过信号采集系统与坦克射击系统实际部件相连接，其主要功能是按预设的训练内容与战术背景生成虚拟战场和目标，从采集系统中获取各种操作数据作为仿真系统的驱动信息与之发生交互，并实时将虚拟目标和射击情况等信息输出到显示设备上。在这个过程中，不仅要完成操作数据的融合转换，还要完成炸点、烟雾等粒子特效显示以及爆炸三维音响等的模拟。

2）信号采集处理系统。主要对车、炮长操控部件所传回的数据进行采集和集中处理。火控计算机、控制盒、车长操纵台、炮长操纵台和瞄准镜等部件的相关操作信息将由此传送至车、炮长嵌入式计算机，作为仿真系统的驱动信息。

图1 坦克嵌入式射击训练仿真系统结构图

3）显示系统。由安装在、车炮长瞄准镜上的微型显示器构成，实时显示训练时计算机生成的三维虚拟视景。

4）中央控制台。中央控制台主要用于训练科目和内容选择、仿真初始条件设定、系统检测以及训练成绩评估等。

2 系统硬件设计及实现

2.1 嵌入式计算机

嵌入式计算机是整个仿真系统的核心，为满足车载要求，节省空间，采用一体化设计，体积要适中，安装要牢固，用防震箱固定在坦克内部，使之具有较强的抗震性，并且还要具有足够的抗电磁干扰能力，能在复杂电磁环境下运行。同时它必须要具备较高的仿真运算能力和丰富的外设接口，能实时生成复杂的虚拟战场和目标，支持多接口的数据传输。为了满足逼真的三维虚拟战场环境显示需求，应配有专门的图形处理器（GPU），支持图形加速和 DirectX渲染引擎，以期达到逼真的视场

环境效果。

2.2 信号采集处理系统

数据的采集和处理主要通过信号采集控制盒来完成，控制板上配有单片机 8051芯片、模数转换芯片ADC0809、数模转换芯片DAC0804、程序存储器2764芯片

以及电源等。具体工作原理如图2所示。

在单片机8051芯片上安装扩展板，扩展出充足的输出\输入口，同时扩展8k字节的程序存储器2764芯片，满足程序扩展存储。火控计算机、瞄准镜和操纵台等设备的数据信号通过ADC0809转换成数字信号，经处理后经ISA总线传送至车、

炮长嵌入式计算机，作为仿真系统的驱动信息。D/A 转换芯片 DAC0804把仿真

系统产生的数据信号转换成模拟信号后完成操作动作和仪表显示，系统在设计时既要满足系统对信号准确性和实时性的要求，又要严格遵循车辆的电气规范。

图2 信号采集控制盒原理图