摘 要： 基于機(jī)載武器管理系統(tǒng)的基本工作原理和應(yīng)用軟件工程中面向?qū)ο?/a>的思想方法、模塊化建模理論，對(duì)機(jī)載武器管理系統(tǒng)仿真技術(shù)進(jìn)行了深入研究。設(shè)計(jì)了機(jī)載武器管理系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn)總體方案，提出了仿真軟件開(kāi)發(fā)的主要技術(shù)途徑和工程實(shí)現(xiàn)手段。結(jié)果表明，仿真系統(tǒng)不僅能很好地管理和控制各型武器，而且還具有開(kāi)放性、融合性、可持續(xù)性。

　　關(guān)鍵詞： 機(jī)載武器管理系統(tǒng)；面向?qū)ο螅环抡?/p>

0 引 言

　　機(jī)載武器管理系統(tǒng)作為瞄準(zhǔn)系統(tǒng)和機(jī)載武器的連接橋梁，其發(fā)展經(jīng)歷了從無(wú)到有，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從模擬式到數(shù)字式的發(fā)展過(guò)程。在現(xiàn)代作戰(zhàn)環(huán)境下，為了執(zhí)行多種作戰(zhàn)任務(wù)，飛機(jī)必須能攜帶多種類型的作戰(zhàn)武器及其他外掛物，各種新的懸掛物也不斷涌現(xiàn)，如保形油箱、保形吊艙、高密度內(nèi)掛武器等[1]。懸掛物數(shù)量的增多和性能的提高曾被視為增強(qiáng)飛機(jī)戰(zhàn)斗力的一個(gè)重要途徑。如何管理和控制眾多的外掛物，始終是機(jī)載武器管理系統(tǒng)面臨的重要問(wèn)題。利用現(xiàn)代仿真技術(shù)進(jìn)行機(jī)載武器管理系統(tǒng)控制機(jī)理、邏輯控制算法、架構(gòu)設(shè)計(jì)、性能評(píng)估及信號(hào)檢測(cè)機(jī)理等方面研究，不僅能節(jié)省巨大的財(cái)力、物力，而且可追蹤機(jī)載武器管理系統(tǒng)的發(fā)展，進(jìn)行先進(jìn)機(jī)載武器管理系統(tǒng)概念化研究。為了適應(yīng)新時(shí)期裝備發(fā)展和人才培養(yǎng)的需要，本文對(duì)機(jī)載武器管理系統(tǒng)的仿真技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法等有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了較為系統(tǒng)深入的研究，取得了一定的進(jìn)展，并為后續(xù)工作打下了一定的基礎(chǔ)。

1 機(jī)載武器管理系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn)總體方案

　　根據(jù)AWCS的功能需求，機(jī)載武器管理系統(tǒng)仿真系統(tǒng)硬件平臺(tái)的總體架構(gòu)主要由外掛物管理處理機(jī)仿真器、掛架接口單元仿真器、懸掛物掛點(diǎn)仿真器（兼航炮仿真器）、航電系統(tǒng)仿真器、局域網(wǎng)等組成。各仿真節(jié)點(diǎn)在統(tǒng)一的仿真時(shí)鐘控制下協(xié)調(diào)工作。外掛物管理處理機(jī)仿真器是整個(gè)仿真系統(tǒng)的管理中心，一方面控制仿真的啟動(dòng)、暫停、復(fù)位與時(shí)間協(xié)調(diào)，完成仿真關(guān)鍵數(shù)據(jù)的記錄，同時(shí)作為外掛物管理處理機(jī)功能仿真結(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的其他仿真結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)和自身的模型解算等工作。掛架接口單元仿真器用于模擬產(chǎn)生各類懸掛裝置和相關(guān)接口信號(hào)。懸掛物掛點(diǎn)仿真器用于模擬產(chǎn)生懸掛物的相關(guān)接口信號(hào)。航電系統(tǒng)仿真器用于模擬產(chǎn)生其他航電系統(tǒng)的相關(guān)接口信號(hào)。

　　機(jī)載武器管理仿真系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)。對(duì)于這樣復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，應(yīng)該按照軟件工程的方法，采用自頂向下（top-down）和自底向上（bottom-up）相結(jié)合的技術(shù)路線：一方面，在已經(jīng)明確研究對(duì)象和研究目標(biāo)、自頂向下地分析機(jī)載武器管理仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次和概念模型的前提下，進(jìn)一步細(xì)化系統(tǒng)各個(gè)模塊間的功能關(guān)系。另一方面，立足當(dāng)前，講究實(shí)效，從基本算法和模型開(kāi)始，首先實(shí)現(xiàn)基本仿真對(duì)象以組成最低限度仿真模型，讓機(jī)載武器管理系統(tǒng)“動(dòng)”起來(lái)；然后，開(kāi)發(fā)功能模型相關(guān)的其他對(duì)象，根據(jù)各分系統(tǒng)的功能關(guān)系進(jìn)行集成以構(gòu)建出完整的機(jī)載武器管理仿真系統(tǒng)；最后，對(duì)軟件進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試以提高其可靠性。根據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)，在軟件開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，應(yīng)著重利用面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)方法的重要特性——封裝性、繼承性和多態(tài)性，來(lái)提高軟件的模塊化程度、可重用性、可擴(kuò)充性、可理解性[2]。

　　圖1是仿真系統(tǒng)軟件總體邏輯結(jié)構(gòu)。它由仿真管理程序模塊、初始參數(shù)設(shè)置模塊、懸掛物管理處理機(jī)（SMP）仿真模塊、懸掛物掛點(diǎn)仿真模塊、掛架接口單元仿真模塊、航電系統(tǒng)仿真模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊等組成。

2 機(jī)載武器管理系統(tǒng)仿真軟件的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)

　　2.1 仿真系統(tǒng)的面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)

　　2.1.1 對(duì)象的劃分原則

　　從面向?qū)ο蠼５慕嵌葋?lái)說(shuō)，對(duì)機(jī)載武器管理系統(tǒng)仿真建模的實(shí)質(zhì)是對(duì)象的選取及對(duì)象間的消息傳遞。對(duì)象的選取不是唯一的，從模型抽象為對(duì)象，應(yīng)基于3個(gè)原則：一是用人的認(rèn)識(shí)思維方式確定對(duì)象，分離整個(gè)系統(tǒng)的概念或組成；二是對(duì)象間的信息傳遞應(yīng)該容易被認(rèn)識(shí)和描述；三是對(duì)象群體對(duì)整個(gè)仿真目標(biāo)的可構(gòu)建能力要強(qiáng)。機(jī)載武器管理系統(tǒng)仿真軟件將由眾多對(duì)象構(gòu)成，對(duì)象與對(duì)象之間的關(guān)系也不相同[3-4]。

　　2.1.2 仿真系統(tǒng)對(duì)象的劃分

　　根據(jù)對(duì)象的抽象原則和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，將仿真系統(tǒng)劃分為以下對(duì)象：懸掛物管理處理機(jī)對(duì)象、發(fā)動(dòng)機(jī)油門桿對(duì)象、飛機(jī)駕駛桿對(duì)象、起落架對(duì)象、武器操縱板對(duì)象、其他航電系統(tǒng)對(duì)象、外掛武器接口對(duì)象、掛架接口對(duì)象、平顯對(duì)象、開(kāi)關(guān)量對(duì)象、節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換對(duì)象等。

　　2.1.3 仿真系統(tǒng)的類層次設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)的仿真軟件通過(guò)功能模塊的組合實(shí)現(xiàn)仿真功能。各模塊間按過(guò)程來(lái)進(jìn)行信息交換，在多數(shù)的高級(jí)語(yǔ)言中是通過(guò)函數(shù)調(diào)用的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　面向?qū)ο蟮臋C(jī)載武器管理系統(tǒng)仿真軟件不能完全脫離傳統(tǒng)仿真中的物理概念，即由功能模塊構(gòu)成。但在封裝上與傳統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法不同，面向?qū)ο蟮臋C(jī)載武器管理系統(tǒng)仿真軟件通過(guò)多層次封裝來(lái)完成一定的仿真任務(wù)。因此，機(jī)載武器管理系統(tǒng)仿真軟件程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如何進(jìn)行類層次設(shè)計(jì)[5-7]。

　?、?類層次設(shè)計(jì)

　　在不同層次上對(duì)仿真軟件進(jìn)行類封裝，一種是基于仿真平臺(tái)的各功能模塊進(jìn)行封裝構(gòu)成仿真層（模塊層），另一種是把平臺(tái)看成物理系統(tǒng)對(duì)象（系統(tǒng)層），平臺(tái)由各種實(shí)際物理系統(tǒng)構(gòu)成，各系統(tǒng)在物理上存在著明確而且直觀的信息交換。在該層次上進(jìn)行類封裝的優(yōu)點(diǎn)不僅是與人們認(rèn)知真實(shí)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)相同，使人容易認(rèn)識(shí)，而且按照物理系統(tǒng)進(jìn)行類封裝時(shí)，一個(gè)物理系統(tǒng)可由其他對(duì)象構(gòu)成，是可分的，不必是唯一的一個(gè)類。

　?、?仿真系統(tǒng)的類層次設(shè)計(jì)

　　對(duì)于仿真系統(tǒng)的類層次設(shè)計(jì)，首先在功能模塊層上建立封閉的模塊類，如開(kāi)關(guān)量類、顯示類、外掛武器接口類、起落架類、武器控制板類、其他航電系統(tǒng)類、節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換類等；然后建立仿真系統(tǒng)層類。雖然仿真中只是模擬了上述各系統(tǒng)的功能，但在物理上是單獨(dú)的實(shí)際物理系統(tǒng)?？傊谶M(jìn)行仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)時(shí)，不是按單一的類層次進(jìn)行設(shè)計(jì)，而是使用了3種類層次。這樣做的好處是，對(duì)于操作人員使用實(shí)際物理系統(tǒng)對(duì)象層很方便，而當(dāng)仿真任務(wù)需求發(fā)生改變時(shí)，可以把仿真系統(tǒng)對(duì)象層拆散再組合，又具有很強(qiáng)的靈活性。仿真系統(tǒng)的類層次樹(shù)狀結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　2.2 仿真系統(tǒng)軟件程序開(kāi)發(fā)

　　對(duì)所建立的各模塊的模型，分別封裝成相對(duì)獨(dú)立的類，在這些類群的基礎(chǔ)上，根據(jù)它們?cè)谙到y(tǒng)中的作用，在求解模型過(guò)程中調(diào)用這些類。程序開(kāi)發(fā)過(guò)程中充分利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的封裝特性[8-10]。

　　2.2.1 類的建立

　　結(jié)合C++語(yǔ)言中類的聲明特點(diǎn)，設(shè)定飛機(jī)的機(jī)型為Plane，根據(jù)前面劃分的對(duì)象，建立相應(yīng)的類如下：CInitSelWCS、CPlaneWCS、CPlaneWeapon、CPlaneLauncher、CPlaneUndercarriage、CPlaneDisplay、CPlaneControlPanel、CPlaneCommu等。

　　把用于信息傳遞的對(duì)象聲明為如下相應(yīng)結(jié)構(gòu)：DoubleTable、SingleTable、WCSState、WeaponState、WCSControl、InitDataWCS等。

　　2.2.2 程序框架設(shè)計(jì)

　　使用Visual C++6.0作為開(kāi)發(fā)工具，充分利用C++語(yǔ)言的面向?qū)ο蟮奶匦?，建立一個(gè)工程名為WCS的基于MFC的單文檔/視窗程序。

　?、?流程圖

　　程序開(kāi)發(fā)的流程圖如圖3所示。

　?、?主要的類

　　①CWCSView

　　該視圖類由CFormView類派生而來(lái)，主要完成人機(jī)交互的工作，包括機(jī)型選擇、初始化機(jī)載武器管理系統(tǒng)狀態(tài)控制量，以及輸出機(jī)載武器管理系統(tǒng)狀態(tài)。比如，使用WcsPanel=new CPlaneControlPanel來(lái)初始化控制量。

　　機(jī)載武器管理系統(tǒng)狀態(tài)的初始化是通過(guò)接受來(lái)自對(duì)話框CInitSelWCS的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　?、贑InitSelWCS

　　該類由話框類CDialog派生而來(lái)，用于初始化狀態(tài)，包括外掛配置和機(jī)載武器管理系統(tǒng)各操縱機(jī)構(gòu)狀態(tài)設(shè)置。

　?、跜WCSDoc

　　該文檔類主要完成原始數(shù)據(jù)的存取。由于數(shù)據(jù)比較多，故數(shù)據(jù)的管理使用結(jié)構(gòu)WCSInitData，語(yǔ)句如下：

　　WCSInitData=new InitDataWCS;

　　在InitDataWCS類的構(gòu)造函數(shù)里把所有數(shù)據(jù)一次性讀入內(nèi)存中，保證實(shí)時(shí)性；同時(shí)動(dòng)態(tài)生成數(shù)據(jù)，內(nèi)存中只有飛機(jī)機(jī)載武器管理系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)，節(jié)約計(jì)算機(jī)資源。

3 仿真結(jié)果

　　采用該仿真系統(tǒng)進(jìn)行一系列的武器管理和控制實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，該仿真系統(tǒng)不僅能很好地管理和控制各型武器，而且還具有開(kāi)放性、融合性、可持續(xù)性。

4 結(jié)論

　　本文應(yīng)用軟件工程中面向?qū)ο蟮乃枷敕椒?、模塊化建模的理論，以及機(jī)載武器管理系統(tǒng)的工作原理，對(duì)機(jī)載武器管理系統(tǒng)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、編程、集成和測(cè)試進(jìn)行了較深入的研究。主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究：

　　⑴ 通過(guò)分析得出機(jī)載武器管理系統(tǒng)的控制機(jī)理，建立了相應(yīng)的仿真模型；

　　⑵ 根據(jù)系統(tǒng)的功能需求，研究了機(jī)載武器管理系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn)的總體方案，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了模塊劃分，闡述了各主要模塊的功能，分析了仿真軟件開(kāi)發(fā)的主要技術(shù)途徑和實(shí)現(xiàn)手段；

　　⑶ 使用面向?qū)ο蟮姆椒ň幹屏朔抡孳浖?，分析了仿真軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，如在不同操作層上建立仿真對(duì)象，并對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了理論上的分析和探討。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 孫隆和,等. 外掛管理系統(tǒng)譯文集[M]. 洛陽(yáng):中航總613所, 1991.

　　[2] 王紅衛(wèi). 建模與仿真[M]. 北京 :科學(xué)出版社, 2002.

　　[3] 劉興堂,吳曉燕. 現(xiàn)代系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)[M]. 西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社, 2001.

　　[4] 周彥,戴劍偉. HLA仿真程序設(shè)計(jì)[M]. 北京:電子工業(yè)出版社, 2002.

　　[5] 張毅坤,左詠露,姚全珠. 面向?qū)ο筌浖y(cè)試的特點(diǎn)及方法[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2002,18(4):361-365.

　　[6] 王行仁. 飛行實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)及技術(shù)[M]. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 1998.

　　[7] 康鳳舉. 現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京:國(guó)防工業(yè)出版社, 2001.

　　[8] 錢能. C++程序設(shè)計(jì)教程[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,1999.

　　[9] 普悠瑪數(shù)位科技. Visual C++游戲設(shè)計(jì)入門[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.

　　[10] 張海藩. 軟件工程導(dǎo)論[M]. 北京:清華大學(xué)出版社, 1998.