基于DIS与HLA的雷达系统视景仿真系统研究*

糜小兵 朱 峰 孟献轲

(中国电子科技集团公司第二十八研究所 南京 210007)



基于DIS与HLA的雷达系统视景仿真系统研究*

糜小兵 朱 峰 孟献轲

(中国电子科技集团公司第二十八研究所 南京 210007)

该仿真技术从单机平台到基于HLA的分布式交互仿真,视景仿真在这些仿真技术平台上在军事、科学研究、建筑等诸多领域获得了广泛应用。在雷达系统越发复杂、设备成本越发高昂的今天,采用虚拟现实技术对雷达系统进行测试、训练与研究,不但可以全面提高效率,也可以有效降低成本,对雷达系统测试、评估等方面都有良好的辅助作用。

DIS; HLA; 视景防真; 分布式

Class Number TN95

1 引言

伴随仿真技术的发展,从单机平台到SIMNET(Simnlation Network)再到目前的基于HLA(High Level Architecture)的分布式交互仿真(Distributed Ineractive Simulation,DIS),视景仿真也在这些仿真技术平台上在军事、科学研究、建筑等诸多领域获得了广泛应用,分步式交互是视景仿真的重要发展方向[1]。在雷达系统越发复杂、设备成本越发高昂的今天,采用虚拟现实技术对雷达系统进行测试、训练与研究,不但可以全面提高效率,也可以有效降低成本[2]。

2 DIS体系结构

DIS是指以计算机网络为支撑,利用网络将分步在不同地理位置的不同类型的仿真模块联结统一起来,通过模块间的实时数据通信构成一个时空一致的大范围以及多参与者协同作用的复杂综合性仿真环境[3]。DIS是通过网络来进行模块通信,其通信协议主要遵循于IEEE标准、ISO标准、Internet标准[4]。在一个DIS网络中有许多网络节点,每个仿真节点(Simulation Node)既可以是仿真主机(Simulation Manager),也可是网络交换设备,另外仿真主机中通常会包含一个仿真应用(Simulation Application),一个或者多个仿真应用构成一个仿真演练系统(Simulation Exercise),图1给出上述几个术语的相互关系[5]。

3 高层体系结构HLA

HLA(High Level Architecture)是MSMP的核心内容,是从体系结构上对DIS不足之处进行完善,从而满足分步式仿真的可重用和交互操作的需要。HLA主要由三部分组成[6]:

1) 对HLA运行进行支撑的系统RTI(Run Time Infrastructure)。

2) 一组用于保证HLA兼容性的规则。

3) 一个公共的对象模型模板(Common Model Definition)和形式规范(Specification Formalism)。

图1 DIS基本概念及相互关系

基于HLA框架的仿真系统,不把具体的仿真应用和联邦成员的构建作为其重点,而是强调在已用的联邦成员之间如何实现相互操作从而组成一个联邦,这样既可以把应用层和底层的支撑系统分离开来,又可以对系统进行扩展和模块能够相互独立的开发[7]。图2为一个典型的联邦仿真结构。

图2 HLA联邦仿真结构

4 仿真目标及框架设计

视景仿真平台在基于HLA架构下,主要完成把利用Vega API加载Creator创建的模型数据库完成各种雷达场景中模拟演示,比如雷达工作状态、飞机朝雷达飞行、视点的切换,多通道同时显示雷达和飞行目标等,把飞机的数据传递给回波计算平台。在HLA的框架下,对于视景仿真平台整个框架可以设计成三大部分:联邦通信与数据处理、雷达场景和飞行目标建模、视景仿真驱动。如图3所示。

从图3可知,视景仿真模块主要和主控平台和回波计算平台数据通信,具体是视景仿真模块从主控平台获取要调入的飞机的型号、速度、初始位置和姿态,其中飞机的型号以从模型数据库中查询并加载,然后在仿真过程中把飞机改变后的位置和姿态的传递给回波计算平台,这样协同工作,与其它联邦成员共同完成整个仿真任务。

图3 视景防真框架设计

5 系统测试及视景仿真效果

整个仿真系统的由pRTI为支撑以及相关的软件为辅助,遵循HLA架构,其仿真节点由六台性能强大的图形工作站组成硬件平台,其硬件平台和软件环境分别如表1和表2所示。

表1 仿真节点硬件参数

表2 仿真系统的软件环境

在视景仿真应用中,操作者可以根据防真需求来切换视点,只有进入到视点范围内的场景、实体模型及环境特效才能被显示出来,其它部分将被裁减掉[8]。所以视点的管理在视景仿真中起着非常重要的作用。视点在视景仿真中代表着人眼或摄像机的作用[9]。在视景仿真实现中是以vgObserver为代表实现的,它用来定位、管理、渲染一个通道列表[10]。图4、图5为飞机不同的视点演示。

图4 飞机右视图

图5 飞机前视图

图6 多通道视图

图7 飞机飞离雷达视图

图8 雷达系统测试结果图

多通道视图展现飞机在雷达的远距离处和当飞机和雷达在同一视点内的视图,如图6和图7所示。

通过上述仿真效果可知,雷达系统的视景仿真模块作为联邦成员有效完成了飞机从雷达远距离外到飞机出现在雷达上方的整个过程的演示,飞机飞离雷达视图对应的雷达系统测试结果如图8所示。

6 结语

本文阐述了DIS到HLA整个仿真的发展历程,对基本概念进行了讲解,给出某型雷达系统的联邦仿真框架,并设计了视景仿真平台的框架,最后给出了视景仿真平台的演示效果图。在雷达系统越发复杂、设备成本越发高昂的今天,采用虚拟现实技术对雷达系统进行测试、训练与研究,不但可以全面提高效率,也可以有效降低成本,对雷达系统测试、评估等方面都有良好的辅助作用。

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版 权 声 明

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《舰船电子工程》编辑部

Radar System Visual Simulation System Based on DIS and HLA

MEI Xiaobing ZHU Feng MENG Xianke

(The 28th Reaseach Institude of China Electronics Technology Guoup Corporation, Nanjing 210007)

Simulation technology from a single platform to interat with HLA-based distributed simulation, visual simulation on these simulation technology platforms in the military, scientific research, construction and other fields has been widely used. In more complex radar systems, equipment costs more expensive today, the use of virtual reality technology for radar systems for testing, training and research, not only can improve efficiency, but also can reduce the cost of the radar system testing, eveluation and other aspects of good supporting role.

DIS, HLA, visual simulation, distributed

2015年4月5日,

2015年5月29日

糜小兵,男,硕士,工程师,研究方向:作战指挥控制。朱峰,男,工程师,研究方向:作战指挥控制。孟献轲,男,工程师,研究方向:作战指挥控制。

TN95

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.10.021