（海军大连舰艇学院水武与防化系 大连 116018）

1 引言

为最大限度发挥某型舰炮武器系统的战斗力，必须尽快提高操作人员训练水平、职掌干部指挥素质，积极研讨最新作战使用方法。考虑到实际装备数量较少，备品备件价格昂贵，维修保障实施困难，特研发基于HLA 的模拟训练系统［1～2，5］，以期为作战使用方法研究提供仿真试验环境，为部队训练及院校教学提供操作使用平台。亦可进行二次开发，应用于更大规模的作战仿真系统中，深入进行系统作战效能最大化及各武器系统兼容性研究。

2 模拟训练系统需求分析

2．1 功能需求分析

某型舰炮武器模拟训练系统具有以下五项主要功能：1）精确模拟目标结构模型、运动模型、易损模型和各种物理场下的回波信号；2）实时模拟我舰运动、摇摆、升沉及扭曲变形规律；3）实时解算舰炮射击诸元，并模拟控制舰炮射击；4）实时对毁伤效果进行在线评估；5）实时制定射击指挥决策方案；

2．2 性能需求分析

1）生成目标信息必须涵盖尺寸、易损部件相对位置［3］，目标绝对坐标信息（经纬度）、目标相对坐标信息（方位、距离、高度）、目标绝对航向航速信息；2）可实现“人在回路中”控制，导演台可实时改变目标运动信息；3）对空中目标可提供不少于两种射击方法，对海上目标可提供不少于三种射击方法，并能灵活选用；4）操作信息数据记录正确率不低于98%。

3 模拟训练系统运行环境

3．1 运行体系

采用基于HLA 的模拟训练体系结构，模块化设计和编程，便于功能扩展和代码重用。仿真系统的运行体系如图1所示，各仿真节点之间的数据交互关系如图2所示。

图1 仿真系统运行体系图

图2 仿真节点数据交互关系图

3．2 支持环境

1）操作系统

仿真导演台和数据库服务器采用Microsoft Windows Server 2000以上版本，其余计算机采用Microsoft Windows Professional XP版本。

2）程序开发语言

软件模块开发采用Microsoft Visual C＋＋6．0以上版本，部分数学模型采用Matlab 6．0开发。

3）数据库管理系统

选用基于标准SQL数据库语言的关系型Oracle数据库，具有功能强大、使用方便、便于维护等特点。

4）HLA 运行支撑环境

pRTI软件实现了与平台无关的、在HLA 接口规范中的所有服务，能为不同计算机语言开发和运行于不同平台的联邦成员提供即插即用的功能［5～6］，是完全线程化的软件，支持单一线程和多线程联邦，实现了C＋＋绑定，能方便实现原有的C／C＋＋仿真和pRTI的集成。采用该软件运行支撑框架，能够用最小的资源消耗提供最大的效能，使联邦成员可以运行在多种硬件平台上。

4 模拟训练系统方案设计

4．1 硬件方案设计

根据应用目的和研究的需要，对该仿真系统的硬件结构设计如下：

系统内部硬件节点间物理接口采用标准以太网接口，软件接口采用HLA 规范，通过底层支撑环境RTI来进行信息交互。而硬件结构设计为考虑未来功能扩展，留有相应接口。

各仿真节点所具备的功能如下：

1）仿真导演台：设置仿真模式，如实时仿真、记录复现等；作战态势初始化，包括海战场自然环境、目标批数、目标个数、目标初始位置和运动规律、舰炮武器平台位置及运动规律；对仿真系统实现“人在回路中”控制，实时改变作战态势［4］；作战态势综合显示和传输；仿真综合管理，协调仿真对象，对仿真近程进行实时控制（如开始、暂停、继续、停止等）；获取仿真运行中相关数据及信息并进行记录［5］。

2）数据库服务器：存储和管理海战场自然环境数据库；存储和管理目标类型、结构、易损、回波特性数据库；存储和管理作战及多媒体数据库；存储仿真中的相关数据，供其他仿真节点读出或写入数据。

3）环境模拟器：根据仿真导演台的海战场环境设置和数据库服务器中的相关参数，合成战场环境，模拟对目标探测及舰炮武器射击精度的影响。

4）目标模拟器：根据仿真导演台的海战场环境设置和数据库服务器中的相关参数，实时生成特定类型、批次和数量的目标，并模拟目标位置、运动、回波、是否被毁伤等相关信息。

5）目标探测系统：分为雷达和光电两个子模块。主要模拟跟踪雷达和光电跟踪仪的相关功能。能以一定概率对目标进行捕获和跟踪，实时提供目标的相对位置信息和相对速度、加速度信息。

6）记录和评估系统：在线实时评估舰炮武器系统对目标的毁伤效能，适时发出目标“被毁伤”信息；记录和分析仿真结果，综合评估操作训练水平的高低、作战使用方法的优劣。

7）指控系统：简易模拟舰艇作战指控系统，完成情报处理、作战指挥和武器控制等功能。

8）火控设备：由两个火控台组成，分别模拟该型舰炮武器火控设备的火控1台和火控2台。以模拟实现自主工作方式下的情报指挥和综合火力控制等功能。

硬件结构示意图如图3所示。

4．2 软件方案设计

软件模块包括八大部分，分别运行在仿真导演台、数据库服务器、环境模拟器、目标模拟器、目标探测系统、记录和评估系统、指控系统及火控系统。采用HLA 规范，各仿真节点间的信息及数据传输均采用订购和发布对象类属性及交互类参数的形式，通过底层支撑环境RTI进行交互［7～8］，便于功能扩展和代码重用。从功能角度看，整个软件可分为：

图3 仿真系统硬件结构示意图

图4 各仿真节点软件模块示意图

1）人机交互模块。根据各子系统的任务要求和状态，进行参数设置和功能选择；对系统信息进行显示，包括海战场态势、敌我相对运动态势、舰炮武器状态信息、表页显示、参数曲线、视景显示等［9］。

2）联邦成员模块。运行联邦成员，负责各子系统之间数据的交互以及仿真过程的控制；

3）数学模型模块。包括目标仿真模型，目标运动滤波模型、威胁判断模型、火力分配模型，射击指挥模型、火控解算模型、在线毁伤效能评估模型等；

4）数据库模块。包括管理数据库等。记录并存储仿真过程中的数据；

各仿真节点的软件模块组成如图4所示。

5 结语

本文基于HLA 思想提出了某型舰炮武器仿真系统的开发方案，对联邦成员进行了设计，明确了系统的功能性需求，界定了仿真环境，给出了较为详细的软硬件实施方案，已经用于指导某型舰炮武器仿真系统的开发。系统完成后，必将推动该型舰炮武器系统的作战使用方法优化研究［10］，为部队训练及院校教学提供高水平操作使用平台。

［1］编写组．地面防空作战模拟［M］．北京：解放军出版社，2001，1：105-108．

［2］刘忠．现代军用仿真技术基础［M］．北京：国防工业出版社，2007，8：82-84．

［3］马野，蔡畅，盖强，等．计算机仿真及军事应用［M］．北京：海潮出版社，2010，1：192．

［4］石教英．虚拟现实基础及实用算法［M］．北京：科学出版社，2002，4：3．

［5］单家元，孟秀云，丁艳．半实物仿真［M］．北京：国防工业出版社，2008，4：5．

［6］威廉．谢尔曼．理解虚拟现实［C］／／界面、应用和设计，其他科学（USA），2003：56．

［7］王珊珊，等．基于HLA 的舰载火控系统的仿真研究［J］．计算机仿真，2005，11：5-7．

［8］慕晓冬，等．基于HLA 和VR 的导弹武器系统仿真平台设计［J］．微计算机信息，2007，12：200-201．

［9］郭齐胜，罗小明，董志明．装备作战仿真概论［M］．北京：国防工业出版社，2007，6：120．

［10］迟刚．HLA 仿真技术综述［J］．计算机仿真，2004（7）：2．