CN102621962A - 半实物仿真用中央控制系统 - Google Patents

Abstract

一种中央控制系统，用于针对多个参试实物的半实物仿真试验，包括：试验控制子系统，对各半实物仿真系统进行仿真模型管理、仿真过程管理，以建立一体化的仿真支撑环境；数据管理子系统，对仿真试验过程中的数据进行管理；态势显示子系统，根据实时仿真数据生成试验场景态势，以供试验指挥人员作决策参考；监视调度子系统，由试验指挥人员用来至少进行参试人员调控、试验安排、现场情况通报、试验过程记录；以及台体与辅助子系统，至少包括台体和电源，以保证各所述子系统的正常运行。上述各子系统经由网络相互通信，并经由网络与各参试实物通信。该中央控制系统提高了针对多目标多制导体系武器的半实物仿真试验的效率，便于实现多系统统一时序分配和仿真。

Description

半实物仿真用中央控制系统

技术领域

本发明涉及多目标多制导体系武器的半实物仿真，尤其涉及对多目标多制导体系武器的半实物仿真试验中所使用的中央控制系统。

背景技术

半实物仿真技术是在第二次世界大战以后，伴随着自动化武器系统的研制及计算机技术的发展而迅速发展起来的。特别是由于导弹武器系统的实物试验代价昂贵，而半实物仿真技术能为导弹武器的研制试验提供最优的手段，使在不做实物飞行的条件下，可对导弹全系统进行综合测试。美国、西欧、日本和俄罗斯等主要武器生产国非常重视半实物仿真技术的研究和应用，早在20世纪40年代就开始了控制系统半实物仿真技术的研究，自60年代起更是不惜重金建造了一大批半实物仿真实验室，并不断进行扩充和改进。在美国，已有系列化的飞行运动仿真器和高性能的仿真计算机，并且随着制导技术的发展，在目标特性及其背景的仿真技术方面也有很大的发展，已从简单的机械式点源目标仿真器，发展为具有形体特征的阵列式目标仿真器，进而研制出了图像目标仿真器。在美国，不仅例如波音、雷锡恩、德州仪器公司、洛克希德公司等的导弹武器系统承制公司建设并发展了自己的完整、复杂和先进的仿真系统，而且各军兵种也都投入了大量资金来建设导弹系统的仿真实验室，如著名的美国陆军导弹司令部在红石基地建造的高级仿真实验室。

与美国、西欧、日本和俄罗斯相比，我国航空航天领域半实物仿真技术方面的研究和应用起步较晚，不过从1958年第一台三轴转台问世至今也有40多年历史，在长期的实践中也积累了丰富的经验。20世纪80年代，我国重点建设了一批当时属于较高水平的大规模半实物仿真实验室，如射频制导导弹半实物仿真系统、红外制导导弹半实物仿真系统、歼击机工程飞行模拟器、歼击机半实物仿真系统、驱逐舰半实物仿真系统等。这些半实物仿真系统在我国研制飞机、导弹、运载火箭、舰船等型号中发挥了重要作用。90年代，我国开始对分布式交互仿真、虚拟现实等先进仿真技术及其应用进行研究，开展了较大规模的复杂系统仿真，由单个武器平台的性能仿真发展为多武器平台在作战环境下的对抗仿真，预期我国半实物仿真技术将获得长足发展，为武器系统研制提供更先进、更完善的技术基础。

半实物仿真填补了全数字/混合仿真与实际外场试验之间的空档。数字仿真的效费比较高，在实际硬件制造之前可以模拟武器系统的性能，但其置信度不高，因为许多数学模型是理想化的，并且诸多子系统之间的相互作用难以预测和建模。而半实物仿真，通过把导弹的导引头等主要部件置于回路中对系统进行仿真，避开了数学建模的复杂性和不准确性，提高了仿真的精度及结果的可靠性和可信度。另一方面，在半实物仿真中，可重复的仿真条件还可以验证数据的可靠性和可用性。

现代战争中，制导武器的制导方式多样化，激光、红外、GPS、电视等多种制导方式并存并各具优势。为了更真实的模拟现代战场环境，必须对这些制导方式系统同时进行半实物仿真，以再现武器系统的协同作战功能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种中央控制系统，以提高针对多目标多制导体系武器的半实物仿真试验的效率。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于多个参试实物的半实物仿真试验，其包括：试验控制子系统，其经由网络与针对多个所述参试实物的各半实物仿真系统的管理控制台进行通信，并用于对各所述半实物仿真系统进行仿真模型管理、仿真过程管理，以建立一体化的仿真支撑环境；数据管理子系统，其经由所述网络与所述试验控制子系统以及各所述参试实物进行通信，并用于对半实物仿真试验过程中的数据进行管理；态势显示子系统，其经由所述网络与所述试验控制子系统、所述数据管理子系统以及各所述参试实物进行通信，并用于在半实物仿真试验过程中根据实时仿真数据生成试验场景态势，以供试验指挥人员作决策参考；监视调度子系统，其经由所述网络与所述试验控制子系统、所述数据管理子系统、所述态势显示子系统以及各所述参试实物进行通信，并被所述试验指挥人员用来在半实物仿真试验过程至少进行参试人员调控、试验安排、现场情况通报、试验过程记录；以及台体与辅助子系统，其经由所述网络与所述试验控制子系统、所述数据管理子系统、所述态势显示子系统、所述监视调度子系统以及各所述参试实物进行通信，并至少包括台体和电源，以保证各所述子系统的正常运行。

由于实现了对仿真实验室内各种软硬件设备的集中控制与管理，本发明所提供的中央控制系统能够有效提高半实物仿真试验的效率，特别是对于多目标多制导体系武器的半实物仿真试验系统，从而保证试验安全顺利开展。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。

图1为制导弹药制导仿真试验系统示意图。

图2为包括本发明所提供的半实物仿真用中央控制系统的制导弹药制导仿真试验系统的组成与工作原理示意图。

图3为本发明所提供的半实物仿真用中央控制系统中的试验控制子系统的组成示意图。

图4为本发明所提供的半实物仿真用中央控制系统中的数据管理子系统的组成示意图。

图5为本发明所提供的半实物仿真用中央控制系统中的态势显示子系统的组成示意图。

图6为本发明所提供的半实物仿真用中央控制系统中的监视调度子系统的组成示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

如上所述，与以往的针对单一制导方式的半实物仿真系统相比，针对多目标多制导体系的半实物仿真系统的参试部件更多、通信更复杂。为了增强对半实物仿真实验室中各软硬件设备的管理和监控能力、提高半实物仿真试验效率、保证试验安全顺利开展，需要建立中央控制系统。该中央控制系统用于图像、激光、GPS惯导等制导武器半实物仿真试验系统的各类设备的中央控制，各试验现场之间的通讯，并完成各种验证试验的统一指挥与状态监控。

图1是示出制导弹药制导仿真试验系统的结构的示意图，图2是示出包括本发明所提供的半实物仿真用中央控制系统100的制导弹药制导仿真试验系统的组成与工作原理的示意图。

在图1和图2中，背景为斜纹的圆弧框表示参试实物，其余均为仿真试验中心参试设备(在下文将简称为“仿真设备”)，参试实物与仿真系统之间通过专门的弹载计算机仿真专用接口装置进行连接。

各种仿真设备和参试实物均通过实时光纤网络卡挂接到VMIC实时光纤网络上。考虑到试验的灵活性，根据各节点在仿真试验中的分工，采用环型与星型相结合的拓扑结构对仿真系统进行功能区分，以提高仿真的效率和安全性。对于不能直接连接的仿真设备或参试实物，可通过专门的接口装置进行转换后连接至仿真计算机接口箱。模拟信号可以直接进入仿真计算机接口箱。若设备分散，信号传输路线就长。因此，优选就近进入模拟信号接口装置。

如图2所示，本发明所提供的半实物仿真用中央控制系统100包括试验控制子系统110、数据管理子系统120、态势显示子系统130、监视调度子系统140以及台体与辅助设备子系统150，并详细说明各子系统如下。

试验控制子系统110用于图像制导、激光制导、GPS/INS制导等半实物仿真系统的仿真模型管理、仿真过程管理，以建立一体化的仿真支撑环境，从而为不同的半实物仿真系统提供统一有序的仿真管理与控制机制。

如图3所示，试验控制子系统110采用多台高性能服务器以及相应的软件来实现过程控制功能，并经由实时光纤网200-1和千兆以太网200-2等与各参试实物进行通讯。其中，不同的参试实物受控于不同的半实物仿真系统的管理控制平台，即如图3所示的针对半实物仿真系统1的管理控制平台300-1、针对半实物仿真系统2的管理控制平台300-2...以及针对半实物仿真系统n的管理控制平台300-n。试验控制子系统110用于集中控制各半实物仿真系统300-1～300-n及其工作状态，实现设备状态监测、流程控制等具体任务功能。另一方面，试验控制子系统110中的软件以上述硬件部分为基础，用以完成试验进程控制、设备控制、任务管理、试验安全控制等功能。

此外，时序控制准确性和数据传输稳定性是试验控制子系统110的重要性能指标。时序控制包括控制仿真转台、各个模拟或干扰器、监视设备、数据采集系统的投入和启动时间等。为了保证预设参数、启动命令等关键指令的传输安全可靠，优选采用了TCP/IP协议传输，并进行系统状态及故障的监测；而为了保证快速的响应，优选采用了UDP协议传输。

数据管理子系统120是基于HLA(高层体系结构)技术从以太网上获取仿真数据，进行在线或离线仿真过程中的数据记录和回放、在线分析处理数据结果等。数据管理子系统120实现对仿真试验全过程的数据管理方面的功能，具体可包括：仿真试验任务初始化数据管理、试验结果数据分析与处理、仿真试验报告生成、仿真试验数据库管理等。

数据管理子系统120也包括软件和硬件两部分。其中，如图4所示，数据管理子系统120的硬件部分可包括数据服务器121、光纤存储磁盘122、光纤接口卡、数据输入/输出外设122等。另一方面，数据管理子系统120的软件部分则优选为仿真数据管理软件系统。

态势显示子系统130用于在制导武器半实物仿真试验过程中，根据实时仿真数据采用虚拟场景技术生成试验场景态势，以为试验指挥人员决策提供参考。如图5所示，态势显示子系统130主要包括数据采集与虚拟仪表显示部131、实时场景生成部132和组合投影显示部133。其中，数据采集与虚拟仪表显示部131的硬件部分包括图形工作站、光纤卡，而其软件部分包括数据采集与虚拟仪表显示软件；实时场景生成部132主要由软件构成，并具体包括三维场景仿真软件；以及组合投影显示部133的硬件部分包括投影机、投影屏幕等，而其软件部分则包括控制计算机软件等。

监视调度子系统140主要用来实现整个试验过程中，项目试验负责人对所有参试人员的集中监控与指挥、调度、试验安排与现场情况的通报、试验过程记录等方面的功能。如图6所示，监视调度子系统140包括视频监控单元141和音频监控单元142两部分。优选地，视频监控单元141包括工控计算机、CCD彩色摄像头、其他视频设备、硬盘录像机和视频采集处理软件等；而音频监控单元142包括闭路对讲系统、其他音频设备和音频采集处理软件等。此外，利用DIS(分布交互仿真)和HLA仿真技术进行有效集成和管理。

此外，台体与辅助设备子系统150包括台体、电源等，主要用来辅助上述各个子系统的正常运行。

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式仅旨在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种中央控制系统，用于多个参试实物的半实物仿真试验，其特征在于，包括：

试验控制子系统，其经由网络与针对多个所述参试实物的各半实物仿真系统的管理控制台进行通信，并用于对各所述半实物仿真系统进行仿真模型管理、仿真过程管理，以建立一体化的仿真支撑环境；

数据管理子系统，其经由所述网络与所述试验控制子系统以及各所述参试实物进行通信，并用于对半实物仿真试验过程中的数据进行管理；

态势显示子系统，其经由所述网络与所述试验控制子系统、所述数据管理子系统以及各所述参试实物进行通信，并用于在半实物仿真试验过程中根据实时仿真数据生成试验场景态势，以供试验指挥人员作决策参考；

监视调度子系统，其经由所述网络与所述试验控制子系统、所述数据管理子系统、所述态势显示子系统以及各所述参试实物进行通信，并被所述试验指挥人员用来在半实物仿真试验过程至少进行参试人员调控、试验安排、现场情况通报、试验过程记录；以及

台体与辅助子系统，其经由所述网络与所述试验控制子系统、所述数据管理子系统、所述态势显示子系统、所述监视调度子系统以及各所述参试实物进行通信，并至少包括台体和电源，以保证各所述子系统的正常运行。

2.根据权利要求1所述的中央控制系统，其特征在于，所述网络包括实时光纤网和千兆以太网。

3.根据权利要求1所述的中央控制系统，其特征在于，所述试验控制子系统通过控制至少仿真转台、各个模拟或干扰器、监视设备、数据采集系统的投入和启动时间来进行半实物仿真试验过程中的时序控制。

4.根据权利要求1所述的中央控制系统，其特征在于，所述数据管理子系统进行的数据管理包括：仿真试验任务初始化数据管理、试验结果数据分析与处理、仿真试验报告生成、仿真试验数据库管理。

5.根据权利要求1所述的中央控制系统，其特征在于，所述态势显示子系统包括：数据采集与虚拟仪表显示部、实时场景生成部和组合投影显示部。

6.根据权利要求5所述的中央控制系统，其特征在于，所述数据采集与虚拟仪表显示部包括图形工作站、光纤卡和数据采集与虚拟仪表显示软件。

7.根据权利要求5所述的中央控制系统，其特征在于，所述组合投影显示部包括投影机、投影屏幕和相应的控制软件。

8.根据权利要求1所述的中央控制系统，其特征在于，所述监视调度子系统包括视频监控单元和音频监控单元。

9.根据权利要求8所述的中央控制系统，其特征在于，所述视频监控单元包括工控计算机、摄像头、视频设备和视频采集处理软件。

10.根据权利要求8所述的中央控制系统，其特征在于，所述音频监控单元包括闭路对讲系统、音频设备和音频采集处理软件。

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