某型航空侦察模拟训练系统的研制

2018-01-02王淑娟赵育良张玉叶张国栋

设备管理与维修 2017年5期

关键词：受训者模拟训练显示器

王淑娟,赵育良,张玉叶,张国栋

（海军航空工程学院青岛校区,山东青岛 266041）

某型航空侦察模拟训练系统的研制

王淑娟,赵育良,张玉叶,张国栋

（海军航空工程学院青岛校区,山东青岛 266041）

半实物仿真新型侦察装备模拟训练系统的构成、设计思路及实现过程，采用软硬结合的仿真技术，实现了侦察任务系统信号输出、侦察设备的拆装、转运、通电检查等仿真功能，保证了院校新型侦察装备的教学，提高了教学训练的效果，促进了航空侦察战斗力的快速形成。

航空侦察；模拟训练；仿真系统

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.77

0 引言

随着高新技术不断的应用于航空侦察装备的研究和发展，航空装备呈现出跨越发展的态势，新型航空侦察装备不再是一个独立的个体，而是成为综合航电的一个分系统，与飞机DE交联更为紧密。由于新型侦察装备造价高，无法同步装备到院校教学，导致院校教学装备配套滞后。院校装备课、维护课教学内容与实际装备脱节严重，严重限制了新型侦察装备教学，制约着航空侦察装备训练的发展，延缓了部队侦察装备形成战斗力的进程。研发航空侦察装备模拟训练系统，能够有效解决航空侦察装备教学中装备配套落后、教学手段单一的问题，快速提高新型侦察装备的维护和使用水平。

1 系统整体设计

全软件仿真模拟操作训练系统，采用人机交互的方式进行操作，受训者缺乏与设备的直接接触，达不到实装操作的真实效果。为更好的突出模拟训练过程中操作者的沉浸感，增强操作者在模拟训练过程中的真实感，本系统采取半实物仿真的方式，以全仿真多功能显示器周边的按键实现系统的信号输入，并将系统的反馈信号通过多功能显示器显示，给受训者如同在飞机上训练的真实操作，增强受训者的真实感。模拟训练系统内主控计算机通过串口采集多功能显示器周边按键的信号，并进行数据处理，主控计算机在接收到串口数据后，执行仿真训练软件程序，生成实时的仿真动作并将对应的预置显示信息通过多功能显示器显示。

选用Visual Studio C#作为模拟训练开发平台，采用3DMax软件构建航空侦察装备、机上环境及操作场景模型，利用Flash软件完成多功能显示器仿真画面的开发，选用EON实现侦察设备的动作、场景仿真。

整个模拟训练系统主要分为3个部分：多功能显示器、主控软件系统和视景音响输出模块，如图1所示。

图1 系统结构简图

2 主要技术实现

2.1 多功能显示器周边键响应

多功能显示器按键利用RS-485半双工串行总线输出，主控计算机通过 RS-232/RS-485转换接口与之连接进行信息交互，串口数据转换如图2所示。

图2 串口数据转换示意

系统开发软件C#提供了SeriaiPort类，使用该类可以完成串口数据通讯。串口通讯的主要参数通过串口对象实例的属性进行设置，实现串口数据的输入输出；计算机利用自定义时钟，不断向多功能显示器发送指令数据包，通过自 comm_DataReceived事件响应多功能显示器应答数据包，解析后根据判定键值进行响应。

2.2 三维仿真模型的建立

在模拟训练系统构建时，如能为受训者提供全场景视觉、听觉、触觉的仿真效果，使受训者沉浸在极为逼真的训练环境中，才能让受训者身临其境，增强真实感的体验，以提高训练效果。因此，在构建模拟训练系统时，完整的构建了虚拟机场环境、照相工作房模型，构建了完整的机舱内部结构模型，操作的开关、按钮等与实际情况一致，最大程度地保证系统场景和操作的逼真性。三维可视化的系统模型做到照片级的质量，操作的开关、按钮等完全跟实际的形状、动作状态、声音一致，保证整个系统的场景和操作的逼真性。建模时，不仅从外观、结构及尺寸比例与仿真对象一致，而且为便于在EON中添加模型动作，从3个方面对模型进行优化。

（1）面的数量。EON的一个很大的优点是对模型的点、线、面有较强的优化能力，但在虚拟仿真系统制作过程中为避免过度占用资源，尽量减少模型面数。

（2）贴图的使用。贴图集中放在一张2 m×2 m的图上，以节约EON调入贴图的时间。

（3）对仿真模型进行适当的分组及命名，以便在仿真脚本编写时方便调用。

2.3 仿真平台软件设计

虚拟仿真平台利用C#结合Eon Studio、Flash进行开发，软件设计框图如图3所示。

图3 虚拟维修平台软件设计框图

Eon Studio 5.2是目前全世界公认的整合性、延展性最好的虚拟现实开发展示系统。它支持OpenGL或Direct3D硬件加速，用户可以自定义渲染品质、灯光模式、阴影模式和填充模式等，可以方便高效的开发仿真程序。但是单独的Eon Studio 5.2生成的仿真程序，交互性和可控性差，也不能进行实时的动态仿真。

通过在C#程序中使用Eon Studio5.2附带的EonX控件调用、驱动Eon仿真程序，进行仿真程序的二次开发，加深人机交互的深度，拓宽了人机交互的范围，增强仿真程序的可控性，实现了较复杂的虚拟仿真，并且可以按照训练大纲将训练任务分块，解决了单纯的Eon Studio5.2仿真程序在加载大场景时耗时、响应速度慢、实时性差的缺点。

Flash则可非常好的实现多媒体功能及平面仿真功能，在C#程序中使用Shockwave控件调用Flash多媒体及平面仿真程序，在提高程序导航及视觉效果的同时，实现与Eon仿真程序的实时通讯，进一步加强仿真程序的真实度和实时性。

2.4 虚拟训练拆装序列逻辑实现

在侦察设备拆装模拟训练中，按照零件的排列组合，可能的拆卸序列有几个、几十个乃至上百个。按照操作维护规程，在实际操作时，许多操作条目是可以并行进行的，通常也是由多个技术保障人员进行多工位并行操作，因此必须采用能够体现规程并行操作特征的方法来描述虚拟训练的拆装序列。

本模拟训练系统采用有向图来描述侦察设备的拆卸装配序列。为了实现有向图的结构，在编程时，除了描述规程的树型结构外，在树型结构中的每个叶子节点都要有1个唯一的节点ID、1个依赖节点序列、1个后续节点序列以及节点名称、状态、位置、大小、视角的标识等。其中依赖节点是指在进行该节点操作时，必须先行完成的节点操作。后续节点指的是必须在该节点操作完成后才能进行操作的节点。那么在程序中就可以根据节点的ID及其依赖节点序列和后续节点序列组织成如图4所示的有向图结构。