靶场射击试验测控方案设计平台的设计与实现

       0 引言

靶场是军事攻防性能评估的重要场所，是新武器试验测量的综合测试平台，为各种高技术武器装备提供先进的测量手段，并加快高新武器的开发步伐。近几年靶场组织完成的多项试验表明，射击试验正在成为制约顺利完成复杂武器系统试验任务的瓶颈。为适应未来信息站和电子战的需要，对于射击试验测控仿真平台的研究已迫在眉睫。该平台以某新型高炮武器系统的射击试验测试评估为背景，实现靶场测控方案设计的自动化、可视化和智能化。在未来信息化条件下，为靶场顺利完成复杂武器系统射击试验测控任务提供了前提保证，并力争在测控方案推演优化技术上有所突破，进而推广到其他复杂武器系统。

　　1 靶场射击试验测控仿真平台的构建

　　1.1 仿真平台二维态势显示模块的开发

平台依托二维地图，直观地显示相关设备、地形等具体布局。靶场二维地图的建立经过获取航拍图片，矢量化处理，获取格网DEM数据，再利用格网DEM提取等高线。同时，对于地图上的建筑、河流、道路、地形和地貌等进行手动处理，采用数字地图中常用的分层处理方式。在地理信息系统中，DEM最主要的3种表示模型是：规则格网模型、等高线模型和不规则三角网模型。在靶场的射击试验测控仿真系统中，采用了等高线模型。

等高线模型表示高程，高程值的集合是已知的某一条等高线对应一个已知的高程值，这样一系列等高线集合和它们的高程值一起就构成了一种地面高程模型，如图1所示。

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　　1.2 平台相关模块之间的逻辑结构

靶场高炮武器系统射击试验测控仿真平台是一个基于XML的实时分布交互仿真系统，由方案制定、参／被试品系统控制单元、二维态势显示、仿真管理、数据管理和关键参数计算等节点组成。

方案制定人员通过选定测控方案的任务类型，设置参试品(飞行目标)和被试品(高炮武器系统)的初始状态，对参／被试品系统控制单元对选定的任务类型、系统的初始状态进行评估、数据传输和关键参数计算等操作，判断测控方案制定的可行性。该系统为靶场高炮武器系统射击试验测控仿真、路径规划、关键参数认证、方案优化等研究提供了仿真环境。该系统靶场射击试验测控仿真及服务器的逻辑结构如图2所示。其中，二维态势显示节点客观、实时地表示出选定的试验任务中的各种仿真实体的状态，供操作人员进行仿真效果评估，并为方案的优化工作提供数据支撑。

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2 组件式开发

靶场射击试验测控仿真系统的二维界面是利用XML和MapX组件混合开发的。作为靶场射击试验测试仿真系统的二维节点，二维态势显示模块实现的主要功能包括：数字地图显示、缩放、移动、地图漫游；地图信息显示；参／被试品模型动态显示；通视判断；测距、测控、坐标系转换等工具模块调用；二、三维数据传输、通信及同步显示。另外，系统还实现了图层显示控制、方案类型选择、数据管理和数据交互等功能。这些功能的实现已经有比较成熟的方法，在此不予讨论。

　　3 二／三维同步显示的数据交互

在进行方案演示过程中，需要将二维地图上获得的数据实时地传输给三维模块，传统RTI数据的传输量总体上小，对于数据量巨大，传输频率小的数据，如果使用RTI进行传输会影响整个分布交互仿真系统的性能。

采用基于XML格式的数据交换能够很好地解决此问题。XML(extensible markup language)具有可扩展、自描述、代码数据和表示分离等特点，可以作为数据交换的标准格式。XML Schema时XML模式描述语言能够定义XML文件的语法模式，具体包括数据结构、数据顺序、以及数据之间的逻辑关系等。

在靶场方案演示和方案优化的模拟仿真中，XML数据交换接口负责传输的数据有态势数据、参／被试品初始状态、参试品飞行状态、被试品捕获射击状态、测试设备测试数据、方案推演数据等。部分具体的交互数据如图3所示。

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　 依据这些数据的具体结构和逻辑关系，首先应用XML Schema定义XML数据文件的基本结构(包括数据结构、数据类型、数据存储树型结构，以及数据单元的顺序和数量等)，然后在此基础上利用MSXML SDK提供的文档对象模型DOM的API接口实现从C数据结构到XML文档的数据编码接口和从XML文档到C数据结构的数据解析接口。为保证数据传输的完整性，同时还利用预先定义好的XML Schema实现了对特定XML数据文件的校验功能。

4 Virtools三维建模软件

法国全球交互三维开发解决方案公司Virtools开发了Virtools系列产品，其三维引擎已经成为微软XBox认可系统，其特点是方便易用，应用领域广泛。它除了自身的3D／VR开发平台Virtools Dev以外，还集成了5个可选模块，即网络服务器Virtools Server、物理属性模块Physics Pack、人工智能模块AI Pack、Xbox开发模块和沉浸式平台VR Pack。
　　Virtools Dev是专门用来设计制作3D世界的软件，其内部集成了500多个行为模块，其中的Run VSL模块可运行用户自己添加的Virtools语言代码，利用这些行为模块可以相互搭配串联设计出许多不同的互动效果。

Virtools Dev可对二维对象、文字、三维对象及声音、影片等进行操作，其中的三维对象资源可由3DSMAX等3D软件制作的三维对象模型或三维动画通过安装好的插件输出文件以#.nmo格式导入。

本课题主要是应用3DSMAX和Virtools工具，充分运用Virtools开发工具的优势，对虚拟靶场环境及被试武器、参试目标、测试设备等试验相关要素的外观模型和相关特征模型的建模技术进行研究。

　　5 结语

在此介绍了靶场射击试验测控方案设计的实现方法，建立了可实现二、三维同步传输的网络化方案设计平台。二维操作界面实现了放大、缩小、漫游等各种功能操作，同时可以获得需要的DEM数据文件，并采用XML语言进行大数据量交互。随着网络技术的进一步发展和GIS在靶场的更广泛应用，新测控方案的实现方法还需要进一步研究与探索。