某型坦克半实物仿真训练模拟系统设计
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参考文献
1 汤再江 ,李光辉 ,鲁鹤松. 坦克单车对抗仿真试验研究[J ] . 系统仿 真学报 ,2006 ,8 (18) :998
2 模拟系统的总体结构
坦克模拟系统主要由指挥控制系统 (通信指挥 、控制中 央计算机 、参数设置) ,战场环境仿真 (物理环境仿真 、电磁环 境仿真 、环境仿真机) ,目标仿真系统 (目标运动策略 、目标模 型库 、目标仿真机) ,记录和结果评估 (记录数据库 、规则库 、 控制中央计算机) ,动态图形生成系统 (图形数据库 ,图形处 理器 、图形计算机) ,可视化显示系统 (多媒体声响 、投影仪和 屏幕) ,坦克实体模拟系统 (驾驶模拟器 、射击模拟器 、通信模 拟器) ,中央主控计算机组成 。其总体结构如图 1 所示 。其 中 ,在设计驾驶室时 ,应充分考虑到构建模型的成本 ;尽量保 持与实体车内相似 ;合理的运用电子设备采集人员操作的信 息 。如图 2 所示 ,整个系统的核心区是中央主控计算机 ,中 央主控计算机是训练模拟系统的指挥控制中心 ,也是指挥控 制 、目标仿真 、战场环境仿真 、记录和结果评估 、动态图形生
1 坦克模拟系统应具备的功能
该模型为了能够满足现实需求 ,培养合格的作战人才 , 通过统计仿真实验过程数据和结果数据 ,为研究人员和专家 的决策提供参考 。应该具有以下功能 :a. 可扩展性 ,可以配 置要模拟对象的类型 、参数和数量等 ,模拟器能够多台联机 , 根据不同的需要 、应用环境进行功能扩展 。b. 高效性 ,要求 模拟器用较短的时间 ,较少的内存占用量实现尽可能大规模 的数据处理容量 、处理密度 、处理精度 、处理时间的作战模 拟 。c. 稳定性 ,由于涉及多个不同领域不同层次的模型/ 仿 真系统 ,致使组成复杂 ,而且实验规模大 ,在一定程度上 ,还 强调人不在回路的运行方式 ,因此运行过程中不可控的因素 增多 ,例如模型计算 、网络传输 、内存驻留等 ,都可能导致整 个运行的崩溃 。
(下转第 121 页)
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
增刊 吉 吉吉 ,等 :基于 DataSet 和 ADO. N ET 的文献检索列表转换软件设计
图 3 仿真训练模拟系流程
4 模拟系统开发
4. 1 模拟的主要技术 指挥控制系统是整个系统运行的 控制中心 ,可以控制系统运行的开始 、暂停 、结束 、回放 ,以及 进行演练阶段的选择 ,实现对系统的一些干预等功能 。该系 统是基于 Window 2000 操作系统 、SQL Server2000 数据库系 统 ,在 C + + Builder 5. 0 编程环境进行开发 。而 MA TLAB 语言编程方便 ,计算速度快 、效率高 ,能够与上述软件很好地 兼容 ,MA TLAB 中的 SIMUL IN K 图形建模工具 ,是一个进 行动态系统建模 、仿真和综合分析的集成软件包 。从建模角 度讲 , SIMUL IN K 既适用于自上而下的设计流程 (概念 、功 能 、系统 、子系统 、直至器件) ,又适用于自下而上的逆程设 计 。从分析角度讲 ,这种 SIMUL IN K 模型不仅能让用户知 道具体环节的动态细节 ,而且能让用户清晰地了解各器件 、
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在软件开发过程中 ,充分考虑了临时数据的格式化和列 表数据集转换问题 ,通过在内存中建立数据缓存 ,解决了大 批量临时数据处理的负荷问题 。软件正式发布后 ,已被下载 数千次 ,用户评价良好 。
图 2 ExcelRef 软件主界面
参考文献
1 Karli Watson , Christian Nagel. Beginning Visual C # [ 美国 ] . 第 3 版. 北京 :清华大学出版社 ,2005 :655 - 659 2 百度百科[ 2009 - 02 - 24 ] . DataSet . http :/ / baike. baidu. com/ view/ 624618. ht m 3 中国学术期刊网. 文献检索 [2009 - 03 - 10 ] . http :/ / epub. cnki. net/ grid2008/ brief/ result . aspx 4 MSDN. Microsoft . Office. Interop. Excel. [ 2009 - 03 - 10 ] . http :/ / msdn. mi2 crosoft . com/ zh - cn/ vsts2008/ microsoft . office. interop . excel (VS. 80) . aspx 5 华军软件园. 文献检索列 表转换器 1. 0. [ 2009 - 01 - 04 ] . http :/ / www. newhua. com/ soft/ 78690. ht m 6 天空软件站. 文献检索列 表转换器 1. 0. [ 2008 - 12 - 29 ] . http :/ / www. sky2 cn. com/ soft/ 51488. ht ml (责编 :刘影梅)
(上接第 81 页) 各子系统 、各系统间的信息交换掌握各部分之间的交互影 响。 4. 2 三 维 显 示 系 统 的 开 发 Creator 是 Multi Gen Paradigm 公司推出的实时可视化三维仿真建模软件 。Cre2 ator 三维数据库系统采用 OpenFlight 数据结构可完整地描 述可视化仿真模型 ,创建各式建筑 、地形和地物标志 ,包含各 种行为和声音等所有信息 ,获得极高渲染效率并保证实时交 互的灵活性 。在结构方面 ,成树状的层次结构便于按几何特 性进行有效的组织并将其转化为能够方便地进行编辑和移 动的节点的形式 ,非常适合实时系统进行各种便利操作 。本 文采用 Creator 软件对坦克 、飞机和作战场景等三维模拟环 境进行建模 ,包括以下 3 步内容 :几何建模 ,用多边形或三角 形拼构对象的立体外形 ;物理建模 ,主要是对几何建模结果 添加一些物理特性 ,进行纹理 、光照 、形状处理 ;运动建模 ,包 括实体位置改变 。
在系统技术方面上 ,采用计算机软件与机电控制技术相 结合的方式 ,将装备模拟器和计算机模拟训练系统有机地联 成一个整体 ,在计算机上生成具有真实感的仿真环境下实现 武器装备性能和作战模拟过程的描述 。这些技术手段已成 为作战决策 、军事训练和高精武器的系统研制 、效能评估等 方面不可缺少的研究工具 ,为世界各国用来提高作战指挥效 能和加强军队质量建设提供了非常方便 、有力的技术手段 , 是发展的必然趋势 。
第 28 2009
卷 年
增刊 6月
J
Biblioteka Baidu
情 报
OURNAL OF
杂 志
IN TELL I GENCE
J
Vol. 28 une 2009
某型坦克半实物仿真训练模拟系统设计
池 海
(解放军信息工程大学理学院 郑州 450001)
摘 要 根据坦克作战的特点和现实军队训练的需求 ,提出仿真训练模拟系统模型 。本系统是建立在半事物和计 算机模拟的基础之上 ,依据需求来构建模拟系统的整体结构 ,并设计仿真训练模拟系统的流程图 ,接着介绍系统的 开发方法与运行环境 ,最后重点解释了系统中所采用的关键技术 。从实际训练情况来看 ,系统设计合理 、运行稳定 可靠 ,可以较为真实地反映实际作战情况 ,显示战场态势 ,详细记录整个过程并加以分析和评估 ;具有显著的军事效 益和经济效益 ,对其他军事仿真训练模拟系统的开发和研制有一定的借鉴作用 。 关键词 仿真 坦克驾驶模拟器 三维显示 中央计算机 中图分类号 TP33 文献标识码 A 文章编号 1002 - 1965 (2009) 0080 - 02
收稿日期 :2008 - 12 - 23 作者简介 :池 海 ,男 ,1983 年生 ,硕士研究生 ,研究方向为军事教育训练评估 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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3 坦克模拟系统结构设计
系统的工作流程如图 3 所示 ,包括 :a. 初始化整个仿真 模拟系统 。b. 从数据库中提取武器的属性 ,完成对总体想定 的细节化 。c. 从剧情库读取剧情 ,产生作战环境 ,生成符合 要求的单方或多方兵力 ,供仿真系统模拟运行 。d. 根据剧情 变化 ,生成相应的动态和静态模拟环境 。e. 传输大量信息 , 完成通信保障的功能 ,并作为独立的系统评估内容进行模拟 演练 。f . 指挥系统根据需要 ,改变模拟演练的内容 ,给训练 人员设置障碍 ,控制和干预仿真进程 。g. 能够根据需要对仿 真运行综合态势的数据进行收集 ,并通过显示系统显示 ,便 于指挥控制中心对整个仿真过程的监控 。h. 提前预想整个 系统在模拟过程中可能会发生的意外情况 ,并提出解决方 案 ,如果无法解决 ,模拟提前结束 。i. 可以按照指挥控制中 心需要 ,将模拟仿真过程进行记录 ,对各方数据进行汇总 、比 较和评估 。
目前 ,计算机仿真技术已经成功的在自动控制 、人工智 能 、模拟训练 、试验仿真等方面得到了广泛的应用 ,越来越多 的作战仿真训练系统和新型武器仿真平台应运而生 。坦克 素有“陆战之王”“、铁甲雄师”的称号 ,凭借其强大的火力系 统 、出色的越野机动性能和坚固的装甲防护能力 ,成为陆战 的主要武器 ,但是由于在平时的实体训练中成本过高 ,急需 一种逼真的模拟方法来满足基层部队的训练需要 。坦克半 实物仿真训练模拟系统就是在这种背景下设计的 。最好的 武器是通过实战来证明自身的价值 ,就像原苏联的 A K - 47 身经百战 ,经久不衰 ,历经半个世纪依然是士兵最信赖的“伙 伴”。然而 ,在和平时期 ,我们缺乏现代化的实战经验 ,无法 从实战中得到一手资料 ,主要是通过“实验室来学习战争 。” 这就就要求仿真设备具有以下特点 : 仿真器上装备比较精 确的装备模型 ;有较真实的三维战场环境 ;装备在战场上的 机动 、可视性均有仿真精度要求 ;由实兵操作装备 ;指挥员在 有通讯仿真及数字化指挥系统的仿真环境中实施指挥 ;发现 目标 、识别目标 、测距 、瞄准 、锁定目标 、击发等一连串的射击 动作符合实际过程 ;发射后的炮弹或导弹有弹道仿真及与目 标相交的仿真 ,如命中可指示中弹部位 。参试的实兵素质 、 训练程度 、指挥水平也可以评定 。
增刊 池 海 :某型坦克半实物仿真训练模拟系统设计
成 、可视化显示分系统共用的计算机 。中央控制计算机通过 与训练模拟监控人员的交互完成战术推演 、仿真训练控制 、 仿真训练重演 、成绩评定等工作 ,以及完成目标仿真 、战场环 境仿真等任务 ,并控制图形生成系统 、可视化投影系统和多 媒体音响设备实现动态图形生成与显示 、背景声音的播放 等 。其中 ,中央主控计算机也是该模拟系统扩充的重要平 台 ,通过系统兼容软件和 USB 接口就可与其他模拟系统相 连接 ,适应多种仿真训练模拟的模式 。
5 结束语
本文的创新点在于 :较好地满足了某型坦克半实物仿真 训练模拟的实时性 、直观性和逼真性要求 ,为类似的仿真训 练模拟系统建立提供了相应参考 。模拟系统中大量的采用
数字仿真 ,很大程度上降低了系统硬件结构的复杂程度 ,在 完成部队正常训练 、演习和评估任务的同时 ,降低了训练成 本 。此系统具有良好的可扩展性 ,经适当的扩充 ,可以发展 成更大的模拟系统 。不足的是 ,对虚拟战场环境逼真度的提 高还有很大的上升空间 ,以及坦克数字化和复杂电磁环境方 面工作 ,还需要做进一步的研究 。
1 汤再江 ,李光辉 ,鲁鹤松. 坦克单车对抗仿真试验研究[J ] . 系统仿 真学报 ,2006 ,8 (18) :998
2 模拟系统的总体结构
坦克模拟系统主要由指挥控制系统 (通信指挥 、控制中 央计算机 、参数设置) ,战场环境仿真 (物理环境仿真 、电磁环 境仿真 、环境仿真机) ,目标仿真系统 (目标运动策略 、目标模 型库 、目标仿真机) ,记录和结果评估 (记录数据库 、规则库 、 控制中央计算机) ,动态图形生成系统 (图形数据库 ,图形处 理器 、图形计算机) ,可视化显示系统 (多媒体声响 、投影仪和 屏幕) ,坦克实体模拟系统 (驾驶模拟器 、射击模拟器 、通信模 拟器) ,中央主控计算机组成 。其总体结构如图 1 所示 。其 中 ,在设计驾驶室时 ,应充分考虑到构建模型的成本 ;尽量保 持与实体车内相似 ;合理的运用电子设备采集人员操作的信 息 。如图 2 所示 ,整个系统的核心区是中央主控计算机 ,中 央主控计算机是训练模拟系统的指挥控制中心 ,也是指挥控 制 、目标仿真 、战场环境仿真 、记录和结果评估 、动态图形生
1 坦克模拟系统应具备的功能
该模型为了能够满足现实需求 ,培养合格的作战人才 , 通过统计仿真实验过程数据和结果数据 ,为研究人员和专家 的决策提供参考 。应该具有以下功能 :a. 可扩展性 ,可以配 置要模拟对象的类型 、参数和数量等 ,模拟器能够多台联机 , 根据不同的需要 、应用环境进行功能扩展 。b. 高效性 ,要求 模拟器用较短的时间 ,较少的内存占用量实现尽可能大规模 的数据处理容量 、处理密度 、处理精度 、处理时间的作战模 拟 。c. 稳定性 ,由于涉及多个不同领域不同层次的模型/ 仿 真系统 ,致使组成复杂 ,而且实验规模大 ,在一定程度上 ,还 强调人不在回路的运行方式 ,因此运行过程中不可控的因素 增多 ,例如模型计算 、网络传输 、内存驻留等 ,都可能导致整 个运行的崩溃 。
(下转第 121 页)
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
增刊 吉 吉吉 ,等 :基于 DataSet 和 ADO. N ET 的文献检索列表转换软件设计
图 3 仿真训练模拟系流程
4 模拟系统开发
4. 1 模拟的主要技术 指挥控制系统是整个系统运行的 控制中心 ,可以控制系统运行的开始 、暂停 、结束 、回放 ,以及 进行演练阶段的选择 ,实现对系统的一些干预等功能 。该系 统是基于 Window 2000 操作系统 、SQL Server2000 数据库系 统 ,在 C + + Builder 5. 0 编程环境进行开发 。而 MA TLAB 语言编程方便 ,计算速度快 、效率高 ,能够与上述软件很好地 兼容 ,MA TLAB 中的 SIMUL IN K 图形建模工具 ,是一个进 行动态系统建模 、仿真和综合分析的集成软件包 。从建模角 度讲 , SIMUL IN K 既适用于自上而下的设计流程 (概念 、功 能 、系统 、子系统 、直至器件) ,又适用于自下而上的逆程设 计 。从分析角度讲 ,这种 SIMUL IN K 模型不仅能让用户知 道具体环节的动态细节 ,而且能让用户清晰地了解各器件 、
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在软件开发过程中 ,充分考虑了临时数据的格式化和列 表数据集转换问题 ,通过在内存中建立数据缓存 ,解决了大 批量临时数据处理的负荷问题 。软件正式发布后 ,已被下载 数千次 ,用户评价良好 。
图 2 ExcelRef 软件主界面
参考文献
1 Karli Watson , Christian Nagel. Beginning Visual C # [ 美国 ] . 第 3 版. 北京 :清华大学出版社 ,2005 :655 - 659 2 百度百科[ 2009 - 02 - 24 ] . DataSet . http :/ / baike. baidu. com/ view/ 624618. ht m 3 中国学术期刊网. 文献检索 [2009 - 03 - 10 ] . http :/ / epub. cnki. net/ grid2008/ brief/ result . aspx 4 MSDN. Microsoft . Office. Interop. Excel. [ 2009 - 03 - 10 ] . http :/ / msdn. mi2 crosoft . com/ zh - cn/ vsts2008/ microsoft . office. interop . excel (VS. 80) . aspx 5 华军软件园. 文献检索列 表转换器 1. 0. [ 2009 - 01 - 04 ] . http :/ / www. newhua. com/ soft/ 78690. ht m 6 天空软件站. 文献检索列 表转换器 1. 0. [ 2008 - 12 - 29 ] . http :/ / www. sky2 cn. com/ soft/ 51488. ht ml (责编 :刘影梅)
(上接第 81 页) 各子系统 、各系统间的信息交换掌握各部分之间的交互影 响。 4. 2 三 维 显 示 系 统 的 开 发 Creator 是 Multi Gen Paradigm 公司推出的实时可视化三维仿真建模软件 。Cre2 ator 三维数据库系统采用 OpenFlight 数据结构可完整地描 述可视化仿真模型 ,创建各式建筑 、地形和地物标志 ,包含各 种行为和声音等所有信息 ,获得极高渲染效率并保证实时交 互的灵活性 。在结构方面 ,成树状的层次结构便于按几何特 性进行有效的组织并将其转化为能够方便地进行编辑和移 动的节点的形式 ,非常适合实时系统进行各种便利操作 。本 文采用 Creator 软件对坦克 、飞机和作战场景等三维模拟环 境进行建模 ,包括以下 3 步内容 :几何建模 ,用多边形或三角 形拼构对象的立体外形 ;物理建模 ,主要是对几何建模结果 添加一些物理特性 ,进行纹理 、光照 、形状处理 ;运动建模 ,包 括实体位置改变 。
在系统技术方面上 ,采用计算机软件与机电控制技术相 结合的方式 ,将装备模拟器和计算机模拟训练系统有机地联 成一个整体 ,在计算机上生成具有真实感的仿真环境下实现 武器装备性能和作战模拟过程的描述 。这些技术手段已成 为作战决策 、军事训练和高精武器的系统研制 、效能评估等 方面不可缺少的研究工具 ,为世界各国用来提高作战指挥效 能和加强军队质量建设提供了非常方便 、有力的技术手段 , 是发展的必然趋势 。
第 28 2009
卷 年
增刊 6月
J
Biblioteka Baidu
情 报
OURNAL OF
杂 志
IN TELL I GENCE
J
Vol. 28 une 2009
某型坦克半实物仿真训练模拟系统设计
池 海
(解放军信息工程大学理学院 郑州 450001)
摘 要 根据坦克作战的特点和现实军队训练的需求 ,提出仿真训练模拟系统模型 。本系统是建立在半事物和计 算机模拟的基础之上 ,依据需求来构建模拟系统的整体结构 ,并设计仿真训练模拟系统的流程图 ,接着介绍系统的 开发方法与运行环境 ,最后重点解释了系统中所采用的关键技术 。从实际训练情况来看 ,系统设计合理 、运行稳定 可靠 ,可以较为真实地反映实际作战情况 ,显示战场态势 ,详细记录整个过程并加以分析和评估 ;具有显著的军事效 益和经济效益 ,对其他军事仿真训练模拟系统的开发和研制有一定的借鉴作用 。 关键词 仿真 坦克驾驶模拟器 三维显示 中央计算机 中图分类号 TP33 文献标识码 A 文章编号 1002 - 1965 (2009) 0080 - 02
收稿日期 :2008 - 12 - 23 作者简介 :池 海 ,男 ,1983 年生 ,硕士研究生 ,研究方向为军事教育训练评估 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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3 坦克模拟系统结构设计
系统的工作流程如图 3 所示 ,包括 :a. 初始化整个仿真 模拟系统 。b. 从数据库中提取武器的属性 ,完成对总体想定 的细节化 。c. 从剧情库读取剧情 ,产生作战环境 ,生成符合 要求的单方或多方兵力 ,供仿真系统模拟运行 。d. 根据剧情 变化 ,生成相应的动态和静态模拟环境 。e. 传输大量信息 , 完成通信保障的功能 ,并作为独立的系统评估内容进行模拟 演练 。f . 指挥系统根据需要 ,改变模拟演练的内容 ,给训练 人员设置障碍 ,控制和干预仿真进程 。g. 能够根据需要对仿 真运行综合态势的数据进行收集 ,并通过显示系统显示 ,便 于指挥控制中心对整个仿真过程的监控 。h. 提前预想整个 系统在模拟过程中可能会发生的意外情况 ,并提出解决方 案 ,如果无法解决 ,模拟提前结束 。i. 可以按照指挥控制中 心需要 ,将模拟仿真过程进行记录 ,对各方数据进行汇总 、比 较和评估 。
目前 ,计算机仿真技术已经成功的在自动控制 、人工智 能 、模拟训练 、试验仿真等方面得到了广泛的应用 ,越来越多 的作战仿真训练系统和新型武器仿真平台应运而生 。坦克 素有“陆战之王”“、铁甲雄师”的称号 ,凭借其强大的火力系 统 、出色的越野机动性能和坚固的装甲防护能力 ,成为陆战 的主要武器 ,但是由于在平时的实体训练中成本过高 ,急需 一种逼真的模拟方法来满足基层部队的训练需要 。坦克半 实物仿真训练模拟系统就是在这种背景下设计的 。最好的 武器是通过实战来证明自身的价值 ,就像原苏联的 A K - 47 身经百战 ,经久不衰 ,历经半个世纪依然是士兵最信赖的“伙 伴”。然而 ,在和平时期 ,我们缺乏现代化的实战经验 ,无法 从实战中得到一手资料 ,主要是通过“实验室来学习战争 。” 这就就要求仿真设备具有以下特点 : 仿真器上装备比较精 确的装备模型 ;有较真实的三维战场环境 ;装备在战场上的 机动 、可视性均有仿真精度要求 ;由实兵操作装备 ;指挥员在 有通讯仿真及数字化指挥系统的仿真环境中实施指挥 ;发现 目标 、识别目标 、测距 、瞄准 、锁定目标 、击发等一连串的射击 动作符合实际过程 ;发射后的炮弹或导弹有弹道仿真及与目 标相交的仿真 ,如命中可指示中弹部位 。参试的实兵素质 、 训练程度 、指挥水平也可以评定 。
增刊 池 海 :某型坦克半实物仿真训练模拟系统设计
成 、可视化显示分系统共用的计算机 。中央控制计算机通过 与训练模拟监控人员的交互完成战术推演 、仿真训练控制 、 仿真训练重演 、成绩评定等工作 ,以及完成目标仿真 、战场环 境仿真等任务 ,并控制图形生成系统 、可视化投影系统和多 媒体音响设备实现动态图形生成与显示 、背景声音的播放 等 。其中 ,中央主控计算机也是该模拟系统扩充的重要平 台 ,通过系统兼容软件和 USB 接口就可与其他模拟系统相 连接 ,适应多种仿真训练模拟的模式 。
5 结束语
本文的创新点在于 :较好地满足了某型坦克半实物仿真 训练模拟的实时性 、直观性和逼真性要求 ,为类似的仿真训 练模拟系统建立提供了相应参考 。模拟系统中大量的采用
数字仿真 ,很大程度上降低了系统硬件结构的复杂程度 ,在 完成部队正常训练 、演习和评估任务的同时 ,降低了训练成 本 。此系统具有良好的可扩展性 ,经适当的扩充 ,可以发展 成更大的模拟系统 。不足的是 ,对虚拟战场环境逼真度的提 高还有很大的上升空间 ,以及坦克数字化和复杂电磁环境方 面工作 ,还需要做进一步的研究 。