CN110189577A - 跨平台战术模拟训练框架系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了跨平台战术模拟训练框架系统，包括导演控制台、战术训练子系统、数据显示系统以及数据交换控制系统；其中，所述导演控制台，用于战术模拟训练过程的控制、系统配置的设计与分发、战术模拟训练框架内时间同步。本发明的有益效果是具有可以跨越和连接不同三维引擎开发的训练平台，进行数据互通互联的高效时性的仿真系统，该系统具有高度可重用、可叠加扩展、可灵活部署的功能模块，需作简单的配置即可快速构建一套战术模拟训练系统。
Description
技术领域
本发明涉及模拟训练领域，特别是跨平台战术模拟训练框架系统。
背景技术
对于模拟训练系统来说，涵盖的范围比较广，有飞行模拟，车辆模拟，舰船模拟，单兵模拟等，从考核上又可以分为操作熟练性考核，维修保养考核，战术训练考核等。对于这些系统来说，性能参数，操控等数据是保密的，因此，军用的模拟训练技术至今比较成熟，我们在高端工程模拟器、训练模拟器的竞争优势较小，民用的模拟训练系有专门的公司设计制造，其技术和产能已经相对饱和和稳定，没有竞争的必要；在目前，跨平台的模拟训练系统在国内尚属空白，他可以把以前不规范的，在各种平台开发的模拟训练系统可以做一个整合，避免相当一部分的重复工作，可以节约相当大的经费和人力投入，可作为一个产品发展方向。
目前的模拟训练系统中，半实物模拟平台是能满足各种战斗装备的各种行动作基本要求，如果能开发出性价比高的基于半实物模拟平台视景系统，将使各种载具训练模拟器能完全复现真实操作。
现代战争都是多兵种协同作战，空天地一体化、在发展的过程中，国内原有的针对单一兵种的模拟训练平台大量存在，采用各种不同的平台进行开发，在国内还没有成熟的跨平台联合作战仿真软件，因此，开发跨平台联合仿真软件平台对今后在模拟器行业中的发展是非常必要的。这种跨平台模拟训练系统也可以用在民用和游戏行业，前景不可估量。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了跨平台战术模拟训练框架系统。
实现上述目的本发明的技术方案为，跨平台战术模拟训练框架系统,包括导演控制台、战术训练子系统、数据显示系统以及数据交换控制系统；
其中，所述导演控制台，用于战术模拟训练过程的控制、系统配置的设计与分发、战术模拟训练框架内时间同步；
其中，所述战术训练子系统，进行战术模拟训练功能模块的仿真训练，能够加载一个或者多个功能战术训练子系统，提供网络通讯功能、语音通讯模块、时序控制功能、任务调度功能和时间同步功能；数据显示系统用于图形的三维显示；
其中，所述数据显示系统用于在不同平台的二维三维数据的处理，转换和分发；
其中，所述导演控制台与战术训练子系统之间通过数据交换控制系统实现通信；
其中数据交换控制系统中内部局域网络是利用集线器连接的千兆以太网；导演控制台与数据显示系统之间通过数据传输网络进行通信，数据传输网络是一个利用交换机连接的千兆以太网；
所述跨平台战术模拟训练框架系统由仿真控制模块进行战术模拟训练框架的控制。
所述导演控制台包括：系统配置模块、控制模块、时钟信号模块、网络传输模块、用户界面模块以及配置文件模块。
所述战术训练子系统包括网络传输模块、时钟信号模块欧空任务调度模块组成。
所述时钟信号模块设置在独立CPU上，网络传输模块设置在独立CPU上，系统配置模块、控制模块和用户界面模块设置在独立CPU上；系统配置模块用于进行模拟仿真框架的配置；
其中系统配置模块包括对子系统信息、训练模块信息、各个模块所属子系统、各个训练模块的任务调度时刻表、网络时间片分配表和全局数据表进行配置。
所述仿真控制模块用于进行系统配置的分发、初始化各个战术训练子系统、战术模拟训练的开启与终止、时钟同步控制。
所述用户界面模块用于战术模拟训练信息的部分可视化工作，包括全局数据表中的各个数据信息的状态、各个战术训练子系统的状态。
利用本发明的技术方案制作的跨平台战术模拟训练框架系统，具有可以跨越和连接不同三维引擎开发的训练平台，进行数据互通互联的高效时性的仿真系统，该系统具有高度可重用、可叠加扩展、可灵活部署的功能模块，需作简单的配置即可快速构建一套战术模拟训练系统；同时提供与之配套的用于功能组件联网运行的高速图形处理设备及各种硬件传感器数据采集系统。
附图说明
图1为本发明的系统整体结构示意图；
图2为本发明的导演控制台模块结构示意图；
图3为本发明的训练子系统模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-3所示，参见图1,跨平台战术模拟训练框架系统，该系统由导演控制台、战术训练子系统、数据显示系统、数据交换控制系统构成；导演控制台用于整个战术模拟训练过程的控制、系统配置的设计与分发、战术模拟训练框架内时间同步；战术训练子系统进行战术模拟训练功能模块的仿真训练，能够加载一个或者多个功能战术训练子系统，提供网络通讯功能、语音通讯模块、时序控制功能、任务调度功能和时间同步功能；数据显示系统用于图形的三维显示。数据交换系统用于在不同平台的二维三维数据的处理，转换和分发；导演控制台与战术训练子系统之间通过内部局域网络进行通信，内部局域网络是一个利用集线器连接的千兆以太网；导演控制台与数据显示系统之间通过数据传输网络进行通信，数据传输网络是一个利用交换机连接的千兆以太网。
所述导演控制台包括系统配置模块、控制模块、时钟信号模块、网络传输模块、用户界面模块、配置文件模块；时钟信号设置在一个CPU上，网络传输模块设置在一个CPU上，系统配置模块、控制模块和用户界面模块设置在一个CPU上；系统配置模块用于进行模拟仿真框架的配置，包括对子系统信息、仿真模块信息、各个模块所属子系统、各个仿真模块的任务调度时刻表、网络时间片分配表和全局数据表进行配置；全局数据表记录了当前模拟仿真框架内各个训练功能模块所产生的所有数据，由ID、类型和数据3个字段组成，每个训练子系统都在本地维护一个全局数据表的副本，当底层网络通信层接收到其他系统的仿真应用数据时，更新本地全局数据表，训练调度模块根据每个训练模块的配置从全局数据表中获取仿真输入数据，按照调度发送给各个训练功能模块，并获取训练模块的运行结果，更新全局数据表，按照配置在指定时间片段内将本训练子系统维护的训练应用数据发送给其他训练子系统。
所述训练控制模块进行战术模拟训练框架的控制，进行系统配置的分发、初始化各个战术训练子系统、战术模拟训练的开启与终止、时钟同步控制；
系统配置的分发：在训练控制开始前，通过TCP/IP协议进行系统配置的分发，按照训练子系统子系统网络地址，轮番发送战术训练子系统的配置信息，直到收到全部战术训练子系统的配置成功确认信息后，才能使能战术模拟训练控制功能；对每个战术训练子系统发送5次后仍然没有反馈则报警提示；
战术模拟训练框架的控制：系统配置分发成功后，可进行战术模拟训练，开启战术模拟训练过程的时刻为0时刻，将发送的时间同步帧中的仿真过程位设为开始，表示战术模拟训练的开启；整个战术模拟训练内部网将按照已设置的网络通信调度表进行通信，同时各个模块按照其调度表开始运行；停止战术模拟训练通过指定时间同步帧中标记的训过程位为结束来停止战术模拟训练；停止战术模拟训练后主控制台将通过TCP/IP接口回收各个子系统的运行中间记录，以便于分析整个战术模拟训练过程；
时间同步控制：时间同步帧中包含以下几个字段：训练时刻，训练过程位；训练时刻记录导演控制台的从训练开始以来高精度时钟记录的ms；训练过程位标记训练控制字段；每当到达主控制台的网络时间窗口，则读取当前训练时刻，通过时间同步帧发送给各个训练子系统；
图形图像数据分发：根据全局数据表中图形图像相关数据，以及从外网中接收到的其他硬件设备信息，组成图像数据包定时发送给导演控制控台，由导演控台控制进行图形图像数据分发的显示。
所述高精度时钟信号模块主要用于产生高精度时钟，并按照网络时间调度表，在导演控制台的时间窗口通过网络通讯模块发送时钟同步信号；为了实现时间进度达200us级左右的高精度时钟，由模拟训练控制启动后执行，将单独的计时程序＝将设定到单独处理器上，将程序函数提升优先级至实时级别，利用WINDOWS提供的时间计数函数来获得处理器的时钟频率，并死循环调用时间计时函数来计算过去的震荡次数，达到高精度级计时精度。
所述用户界面模块用于战术模拟训练信息的部分可视化工作，包括全局数据表中的各个数据信息的状态、各个战术训练子系统的状态。
所述战术训练子系统包括网络传输模块、时钟信号、任务调度模块、多个模块组成；网络通讯模块主要提供链路层的数据收发接口，发送本训练子系统的相关数据，接收时间同步信号更新本地实时时钟信号，接收其他训练子系统数据更新全局数据表；实时时钟信号主要用于产生本地的时钟信号，保持与导演控制台的时间同步，细分时间片，调用线程间通信接口来调度训练控制模块；根据配置的网络时刻调度表，发送本训练子系统相关数据；按照任务调度时刻表，通知训练功控制能模块运行，维护全局数据表；
系统配置配置接收及初始化：接收导演控制台发送的系统配置信息，并根据配置加载各个训练控制功能模块；
时间同步：接收到导演控台的时间同步帧后，更新本地时间，判断并更新调度状态。如果模训练控制能模块已经在执行计算，而此时发生时间回滚，有可能再次触发调度，取消本次调度，记录本次信息，方便后续分析；
线程间通信：线程间通信采用共享内存的方法，将调度模块所需要的数据打入包中，由训练控制功能模块取出数据，并将计算结果返回，同时更新全局数据表；
训练控制模块运行由用户配置的模拟训练功能，获取输入参数，利用设定的模拟训练算法，计算并更新任务相关数据；
网络通信模块接收到其他训练子系统的数据更新信息，更新全局数据表中相关字段，训练调度模块按照实时时钟定时从全局数据表中获取相关数据，发送给训练控制模块，通知训练控制模块运行，并获取训练功能模块返回数据，更新全局数据表，同时调用网络通信接口将数据发送给其他训练子系统。
模拟训练框架提供一套用于联网模拟训练的软件体系架构及一套高度可重用、可叠加扩展、可灵活部署的功能模块，只需作简单的配置即可快速构建一套模拟训练软件；同时提供与之配套的用于功能组件联网运行的嵌入式计算机及数据采集系统。本模拟训练框架可适应单PC的模拟训练仿真到多模拟器互联的大型模拟训练软件架构。最小可保证在一台PC机上实现模拟训练，最大数量模拟器互联只受硬件限制。
整个模拟训练系统运行环境目前运行在windows系统下，需要提供多核、多CPU支持，可将相关实时或非实时进/线程绑定到指定的CPU内核中。同时提供进/线程的同步、通信、数据管理环境等。
开发环境选择Visual Studio 2015集成开发环境，开发语言选用C++和C#，利用XML格式组织配置文件。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.跨平台战术模拟训练框架系统，其特征在于，包括导演控制台、战术训练子系统、数据显示系统以及数据交换控制系统；
其中，所述导演控制台，用于战术模拟训练过程的控制、系统配置的设计与分发、战术模拟训练框架内时间同步；
其中，所述战术训练子系统，进行战术模拟训练功能模块的仿真训练，能够加载一个或者多个功能战术训练子系统，提供网络通讯功能、语音通讯模块、时序控制功能、任务调度功能和时间同步功能；数据显示系统用于图形的三维显示；
其中，所述数据显示系统用于在不同平台的二维三维数据的处理，转换和分发；
其中，所述导演控制台与战术训练子系统之间通过数据交换控制系统实现通信；
其中数据交换控制系统中内部局域网络是利用集线器连接的千兆以太网；导演控制台与数据显示系统之间通过数据传输网络进行通信，数据传输网络是一个利用交换机连接的千兆以太网；
所述跨平台战术模拟训练框架系统由仿真控制模块进行战术模拟训练框架的控制。
2.根据权利要求1所述的跨平台战术模拟训练框架系统，其特征在于，所述导演控制台包括：系统配置模块、控制模块、时钟信号模块、网络传输模块、用户界面模块以及配置文件模块。
3.根据权利要求1所述的跨平台战术模拟训练框架系统，其特征在于，所述战术训练子系统包括网络传输模块、时钟信号模块欧空任务调度模块组成。
4.根据权利要求2所述的跨平台战术模拟训练框架系统，其特征在于，所述时钟信号模块设置在独立CPU上，网络传输模块设置在独立CPU上，系统配置模块、控制模块和用户界面模块设置在独立CPU上；系统配置模块用于进行模拟仿真框架的配置；
其中系统配置模块包括对子系统信息、训练模块信息、各个模块所属子系统、各个训练模块的任务调度时刻表、网络时间片分配表和全局数据表进行配置。
5.根据权利要求1所述的跨平台战术模拟训练框架系统，其特征在于，所述仿真控制模块用于进行系统配置的分发、初始化各个战术训练子系统、战术模拟训练的开启与终止、时钟同步控制。
6.根据权利要求2所述的跨平台战术模拟训练框架系统，其特征在于，所述用户界面模块用于战术模拟训练信息的部分可视化工作，包括全局数据表中的各个数据信息的状态、各个战术训练子系统的状态。
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