《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的機載武器管理系統(tǒng)仿真

2015-09-24
作者:鐘詠兵,陸亞兵,賈秋銳,陳 萃
來源:2014年微型機與應(yīng)用第23期

  摘 要: 基于機載武器管理系統(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,對機載武器管理系統(tǒng)仿真技術(shù)進行了深入研究。設(shè)計了機載武器管理系統(tǒng)仿真實現(xiàn)總體方案,提出了仿真軟件開發(fā)的主要技術(shù)途徑和工程實現(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,而且還具有開放性、融合性、可持續(xù)性。

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

0 引 言

  機載武器管理系統(tǒng)作為瞄準(zhǔn)系統(tǒng)和機載武器的連接橋梁,其發(fā)展經(jīng)歷了從無到有,從簡單到復(fù)雜,從模擬式到數(shù)字式的發(fā)展過程。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飛機戰(zhàn)斗力的一個重要途徑。如何管理和控制眾多的外掛物,始終是機載武器管理系統(tǒng)面臨的重要問題。利用現(xiàn)代仿真技術(shù)進行機載武器管理系統(tǒng)控制機理、邏輯控制算法、架構(gòu)設(shè)計、性能評估及信號檢測機理等方面研究,不僅能節(jié)省巨大的財力、物力,而且可追蹤機載武器管理系統(tǒng)的發(fā)展,進行先進機載武器管理系統(tǒng)概念化研究。為了適應(yīng)新時期裝備發(fā)展和人才培養(yǎng)的需要,本文對機載武器管理系統(tǒng)的仿真技術(shù)和實現(xiàn)方法等有關(guān)問題進行了較為系統(tǒng)深入的研究,取得了一定的進展,并為后續(xù)工作打下了一定的基礎(chǔ)。

1 機載武器管理系統(tǒng)仿真實現(xiàn)總體方案

  根據(jù)AWCS的功能需求,機載武器管理系統(tǒng)仿真系統(tǒng)硬件平臺的總體架構(gòu)主要由外掛物管理處理機仿真器、掛架接口單元仿真器、懸掛物掛點仿真器(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)點在統(tǒng)一的仿真時鐘控制下協(xié)調(diào)工作。外掛物管理處理機仿真器是整個仿真系統(tǒng)的管理中心,一方面控制仿真的啟動、暫停、復(fù)位與時間協(xié)調(diào),完成仿真關(guān)鍵數(shù)據(jù)的記錄,同時作為外掛物管理處理機功能仿真結(jié)點,負(fù)責(zé)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的其他仿真結(jié)點的數(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。懸掛物掛點仿真器用于模擬產(chǎn)生懸掛物的相關(guān)接口信號。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。

  機載武器管理仿真系統(tǒng)是一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)。對于這樣復(fù)雜系統(tǒng)的開發(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)明確研究對象和研究目標(biāo)、自頂向下地分析機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,進一步細(xì)化系統(tǒng)各個模塊間的功能關(guān)系。另一方面,立足當(dāng)前,講究實效,從基本算法和模型開始,首先實現(xiàn)基本仿真對象以組成最低限度仿真模型,讓機載武器管理系統(tǒng)“動”起來;然后,開發(fā)功能模型相關(guān)的其他對象,根據(jù)各分系統(tǒng)的功能關(guān)系進行集成以構(gòu)建出完整的機載武器管理仿真系統(tǒng);最后,對軟件進行嚴(yán)格測試以提高其可靠性。根據(jù)系統(tǒng)特點,在軟件開發(fā)的過程中,應(yīng)著重利用面向?qū)ο筌浖O(shè)計方法的重要特性——封裝性、繼承性和多態(tài)性,來提高軟件的模塊化程度、可重用性、可擴充性、可理解性[2]。

001.jpg

  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(SMP)仿真模塊、懸掛物掛點仿真模塊、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 機載武器管理系統(tǒng)仿真軟件的開發(fā)和設(shè)計

  2.1 仿真系統(tǒng)的面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計

  2.1.1 對象的劃分原則

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

  2.1.2 仿真系統(tǒng)對象的劃分

  根據(jù)對象的抽象原則和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),將仿真系統(tǒng)劃分為以下對象:懸掛物管理處理機對象、發(fā)動機油門桿對象、飛機駕駛桿對象、起落架對象、武器操縱板對象、其他航電系統(tǒng)對象、外掛武器接口對象、掛架接口對象、平顯對象、開關(guān)量對象、節(jié)點數(shù)據(jù)交換對象等。

  2.1.3 仿真系統(tǒng)的類層次設(shè)計

  傳統(tǒng)的仿真軟件通過功能模塊的組合實現(xiàn)仿真功能。各模塊間按過程來進行信息交換,在多數(shù)的高級語言中是通過函數(shù)調(diào)用的方式來實現(xiàn)的。

  面向?qū)ο蟮臋C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)計方法不同,面向?qū)ο蟮臋C載武器管理系統(tǒng)仿真軟件通過多層次封裝來完成一定的仿真任務(wù)。因此,機載武器管理系統(tǒng)仿真軟件程序設(shè)計的關(guān)鍵是如何進行類層次設(shè)計[5-7]。

 ?、?類層次設(shè)計

  在不同層次上對仿真軟件進行類封裝,一種是基于仿真平臺的各功能模塊進行封裝構(gòu)成仿真層(模塊層),另一種是把平臺看成物理系統(tǒng)對象(系統(tǒng)層),平臺由各種實際物理系統(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。在該層次上進行類封裝的優(yōu)點不僅是與人們認(rèn)知真實系統(tǒng)的認(rèn)識相同,使人容易認(rèn)識,而且按照物理系統(tǒng)進行類封裝時,一個物理系統(tǒng)可由其他對象構(gòu)成,是可分的,不必是唯一的一個類。

 ?、?仿真系統(tǒng)的類層次設(shè)計

  對于仿真系統(tǒng)的類層次設(shè)計,首先在功能模塊層上建立封閉的模塊類,如開關(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,但在物理上是單獨的實際物理系統(tǒng)??傊谶M行仿真系統(tǒng)的開發(fā)時,不是按單一的類層次進行設(shè)計,而是使用了3種類層次。這樣做的好處是,對于操作人員使用實際物理系統(tǒng)對象層很方便,而當(dāng)仿真任務(wù)需求發(fā)生改變時,可以把仿真系統(tǒng)對象層拆散再組合,又具有很強的靈活性。仿真系統(tǒng)的類層次樹狀結(jié)構(gòu)如圖2所示。

002.jpg

  2.2 仿真系統(tǒng)軟件程序開發(fā)

  對所建立的各模塊的模型,分別封裝成相對獨立的類,在這些類群的基礎(chǔ)上,根據(jù)它們在系統(tǒng)中的作用,在求解模型過程中調(diào)用這些類。程序開發(fā)過程中充分利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的封裝特性[8-10]。

  2.2.1 類的建立

  結(jié)合C++語言中類的聲明特點,設(shè)定飛機的機型為Plane,根據(jù)前面劃分的對象,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

  使用Visual C++6.0作為開發(fā)工具,充分利用C++語言的面向?qū)ο蟮奶匦裕⒁粋€工程名為WCS的基于MFC的單文檔/視窗程序。

 ?、?流程圖

  程序開發(fā)的流程圖如圖3所示。

003.jpg

 ?、?主要的類

 ?、貱WCSView

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

  機載武器管理系統(tǒng)狀態(tài)的初始化是通過接受來自對話框CInitSelWCS的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的。

  ②CInitSelWCS

  該類由話框類CDialog派生而來,用于初始化狀態(tài),包括外掛配置和機載武器管理系統(tǒng)各操縱機構(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,保證實時性;同時動態(tài)生成數(shù)據(jù),內(nèi)存中只有飛機機載武器管理系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù),節(jié)約計算機資源。

3 仿真結(jié)果

  采用該仿真系統(tǒng)進行一系列的武器管理和控制實驗,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,以及機載武器管理系統(tǒng)的工作原理,對機載武器管理系統(tǒng)仿真系統(tǒng)的設(shè)計、實現(xiàn)、編程、集成和測試進行了較深入的研究。主要進行了以下幾個方面的研究:

 ?、?通過分析得出機載武器管理系統(tǒng)的控制機理,建立了相應(yīng)的仿真模型;

 ?、?根據(jù)系統(tǒng)的功能需求,研究了機載武器管理系統(tǒng)仿真實現(xiàn)的總體方案,對系統(tǒng)進行了模塊劃分,闡述了各主要模塊的功能,分析了仿真軟件開發(fā)的主要技術(shù)途徑和實現(xiàn)手段;

 ?、?使用面向?qū)ο蟮姆椒ň幹屏朔抡孳浖?,分析了仿真軟件開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù),如在不同操作層上建立仿真對象,并對相關(guān)技術(shù)進行了理論上的分析和探討。

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