某战术训练模拟器快速校准数据采集系统

刘永易，贾彪，西光旭，曹小敏，王宁

（1.解放军95840部队，北京100195；2.解放军95934部队，河北沧州061036）

某战术训练模拟器快速校准数据采集系统

刘永易1，贾彪2，西光旭1，曹小敏1，王宁1

（1.解放军95840部队，北京100195；2.解放军95934部队，河北沧州061036）

某战术训练模拟器数据采集采用现场总线方式，由主控计算机作为上位机，两个单片机控制盒作为下位机。通过采用RTX实时操作系统产生精确定时，同时以事件驱动的方式实现数据采集程序同步运行，通过485总线在数据采集程序与2个单片机控制盒之间实现应答式数据通信，从而实现数据采集系统与主时钟的完全同步。设计了模拟量输入数据采集表的人工改写功能，实现了能够自动更新模拟量输入数据采集表的快速校准方法，满足了操纵机构模拟量输入数据实时性、可靠性、维护校准高的要求。

仿真，RTX，同步，数据采集

0 引言

采用分布交互仿真技术构建的分布式战术对抗训练仿真系统，针对航空兵部队在复杂电磁环境下空中作战的特点，结合红/蓝军指挥、演练管理、战场信息可视化等分系统，为飞行员提供了一个逼真的战术训练仿真平台。该系统中的战术训练模拟器大量使用虚拟仪表、触摸屏技术，只有驾驶杆、油门、方向舵、刹车等操纵机构需要开关量输入、模拟量输入采集。操纵机构的模拟量输入数据采集由于与飞行员的驾驶感受息息相关，直接影响飞行仿真逼真度，实时性要求高、可靠性要求高、维护校准要求高，在分布式战术对抗训练仿真系统中批量使用时如何满足这些高要求是必须解决的关键技术之一。

1 系统结构

1.1 战术训练模拟器系统结构

每台战术训练模拟器包括主控、视景两台计算机，操纵杆舵、触摸式仪表设备显示屏、视景显示屏等。每台战术训练模拟器内部信息流程图如下页图1所示。

图1 每台战术训练模拟器内部信息流程图

每台战术训练模拟器实景图如图2所示。

图2 每台战术训练模拟器实景图

1.2 数据采集系统结构

战术训练模拟器数据采集采用现场总线方式，由主控计算机作为上位机，两个单片机控制盒作为下位机，之间通过485总线联接。在主控计算机内部，主控程序通过RTX产生精确定时，以事件驱动的方式实现包括数据采集程序在内的多线程间时间同步，数据采集程序通过485总线与2个单片机控制盒实现应答式的数据通信，从而实现数据采集系统与主控程序的完全同步。数据采集系统结构图如图3所示。

图3 数据采集系统结构图

2 数据采集系统关键技术

2.1 时钟及时间同步

系统时钟采用RTX实时操作系统。RTX是基于Windows操作系统的硬实时解决方案。RTX并不对Windows系统进行任何封装或修改，其通过在HAL层增加实时HAL扩展来实现基于优先级的抢占式实时任务管理和调度。RTX实时子系统RTSS的线程优先于所有Windows线程，提供了对IRQ、I/O、内存的精确直接控制，以确保实时任务的100%可靠性。

数据采集程序与单片机控制盒之间采用应答式数据传输，数据采集程序每向单片机控制盒发送一帧数据，单片机控制盒回传一帧数据实现严格同步。

2.2 模入数据采集表

由于分布式战术对抗训练仿真系统一般包括6台～8台战术训练模拟器，每台战术训练模拟器的模拟量输入信息集中于驾驶杆、油门、方向舵等操纵量，频繁操纵后模拟量输入数据极易发生偏移。传统接口对模拟量输入数据处理时，一般在程序中采用#define StickPitchBackMax 26.0等方式，一旦发生机械松动，数据就会偏移，必须对程序进行重新调整、编译，这对基层部队维护人员来说存在一定难度，如果操作错误更存在很大风险。为此专门设计了模拟量输入数据采集表，数据采集程序在进行初始化时读取采集表相应数据的最大、最小值，一旦模拟量输入数据发生偏移，只需要调整数据采集表相应的最大、最小值，而不需要更改程序重新编译，其中某机型的模拟量输入数据采集表如图4所示。

图4 某机型的模入数据采集表

2.3 模拟量输入数据的快速校准

随着分布式战术对抗训练仿真系统的广泛应用，受到部队受训人员好评的同时，维护保障人员提出能否有一种不需要任何数据操作的数据快速校准方法呢？为此在数据采集程序中引入了自动测试环节，实现了数据最大、最小值的自动写入。当维护人员在数据采集程序启动的最初3 s内按下键盘T键，则程序进入模拟量输入测试状态，维护人员依次将相应操纵模拟输入量分别扳动到最大、最小机械位置，然后按下键盘E键，数据采集表将按照此次测试比较得出的最大、最小值数据进行自动更新。当在数据采集程序启动3 s后，即使按下键盘T键也无法进入测试程序，这样就有效避免了其他应用程序进行键盘操作对数据采集系统的影响。图5为最终数据采集程序流程图。

图5 数据采集程序流程图

图6为数据采集程序正常工作界面：

图6 数据采集程序正常工作界面

下页图7为数据采集程序模拟量输入测试界面，此时需要维护人员依次将相应操纵量扳动到最大、最小机械位置：

当维护人员按下键盘E键后，数据采集表将按照此次测试的最大、最小值数据进行自动更新，程序同时恢复到正常工作状态。

3 系统性能

该数据采集系统既满足了操纵系统所必须的高实时性，同时具有结构简单、可靠性高特点。

图7 数据采集程序模拟量输入测试界面

系统技术性能如下：

●仿真周期：10 ms

●定时器时钟分辨率：100 ns

●现场总线数据传输：485总线

●波特率：115 200

●数据位：8位

●数据校验方式：异或和

4 结论

本文介绍的快速校准数据采集系统，已经随同分布式战术对抗训练仿真系统配发到多个空军部队训练使用，在满足操纵机构模拟量输入数据实时性要求高、可靠性要求高、维护校准要求高的同时，设计了模拟量输入数据采集表的人工改写功能，创造性地实现了能够自动更新模拟量输入数据采集表的快速校准方法，极大地方便了技术保障人员的后期维护，减少了误操作，降低了系统故障率，受到训练使用部队技术保障人员的广泛欢迎。存在的不足是当某一路模拟量输入出现偏移时，如果采用自动校准操作必须对所有的模拟量输入进行校准，需要操作人员认真仔细，无遗漏、无误操作。

［1］北京美斯比科技有限公司.RTX技术白皮书［M］.北京美斯比科技有限公司译.北京：北京美斯比科技有限公司，2004.

［2］李军，黄绍君，龚光红.战术仿真系统中数据交互的实时性研究［J］.系统仿真学报，2006，18（2）：381-389.

［3］王行仁.飞行实时仿真系统及技术［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2003.

［4］徐昕，刘秀罗，贺汉根，等.DIS综合环境及其相关技术［J］.系统仿真学报，2000，12（3）：175-196.

［5］孙勇成.分布式实时仿真系统的实时性验证［J］.系统仿真学报，2005，17（7）：1553-1555.

［6］刘庆国，艾德芳，汪成.分队战术训练系统中基于HLA和组播技术的通信仿真［J］.火力与指挥控制，2014，39（9）：135-138.

A Fast Calibration Data Acquisition System of Tactical Training Simulator

LIU Yong-yi1，JIA Biao2，XI Guang-xu1，CAO Xiao-min1，WANG Ning1
（1.Unit 95840 of PLA，Beijing 100195，China；2.Unit 95934 of PLA，Cangzhou 061036，China）

Data collection of the tactical training simulator uses field bus technology.Main control computer is host machine，two single chip microcomputer control box are under machine.The system produces precise timing by using RTX real-time operating system，at the same time drives joystick program in the form of event driven，realizes data communication between the joystick program and two singlechipmicrocomputercontrolboxthroughthe485bus.Thesystemrealizescomplete synchronization between the data acquisition system and the main clock.The system designes the mode that the data collection table can be artificial rewrited，realizes the fast calibration method that the data collection table can be automatically updated.The operation data requirements are well satisfied，such as real-time，reliability，maintenance.

simulation，RTX，synchronization，data acquisition

TP319

A

1002-0640（2016）12-0165-04

2015-10-05

2015-12-26

刘永易（1977-），男，天津人，硕士，高级工程师。研究方向：飞行仿真技术。