王永潔，吳金平，周佳玉，邵作浩

(海軍潛艇學(xué)院，山東 青島 266199)

1 引言

在艦艇實(shí)裝中嵌入訓(xùn)練系統(tǒng)是艦艇作戰(zhàn)仿真訓(xùn)練的重要手段，為了不改變艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)已有的功能和性能，嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)與作戰(zhàn)系統(tǒng)采用松耦合連接[1-2]。嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)與艦艇實(shí)裝時(shí)空一致是開(kāi)展艦艇仿真訓(xùn)練的必要條件。采用Windows+RTX是提高仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的常用方法[3-4]，文獻(xiàn)[5]探討了減少網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延的方法，文獻(xiàn)[6]分析了數(shù)據(jù)的時(shí)延補(bǔ)償法和武器交火數(shù)據(jù)時(shí)延處理方法，文獻(xiàn)[7]分析了影響仿真系統(tǒng)時(shí)空一致性的因素和解決框架，文獻(xiàn)[8]研究了測(cè)試數(shù)據(jù)空間和時(shí)間一致性處理的數(shù)學(xué)方法。針對(duì)訓(xùn)練系統(tǒng)嵌入艦艇實(shí)裝后與作戰(zhàn)系統(tǒng)保持時(shí)空一致性的問(wèn)題，分析了嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)與艦艇實(shí)裝時(shí)空不一致的具體原因，提出了具體的解決方法，經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐驗(yàn)證了本文所提方法的有效性。

2 艦艇嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)

2.1 艦艇嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

艦艇嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)由導(dǎo)演臺(tái)、藍(lán)方臺(tái)和接口裝置組成，并與艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)連接，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 艦艇嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

導(dǎo)演臺(tái)、藍(lán)方臺(tái)采用便攜式計(jì)算機(jī)，接口裝置內(nèi)含工控機(jī)固定安裝在艦艇上，各設(shè)備之間采用網(wǎng)線(xiàn)連接。導(dǎo)演臺(tái)主要功能是生成仿真訓(xùn)練態(tài)勢(shì)，把目標(biāo)信息發(fā)送至艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)艦艇實(shí)裝訓(xùn)練，獲取作戰(zhàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)訓(xùn)練數(shù)據(jù)，進(jìn)行作戰(zhàn)過(guò)程仿真[9]。藍(lán)方臺(tái)主要功能是模擬藍(lán)方兵力對(duì)抗行為，接收導(dǎo)演臺(tái)的訓(xùn)練態(tài)勢(shì)信息和紅方兵力(本艦艇)信息，把藍(lán)方兵力動(dòng)態(tài)控制信息發(fā)送至導(dǎo)演臺(tái)。接口裝置是嵌入艦艇專(zhuān)用設(shè)備，有多個(gè)對(duì)外接口，接口裝置1號(hào)線(xiàn)連接到作戰(zhàn)系統(tǒng)交換機(jī)監(jiān)聽(tīng)作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交互信息，對(duì)交互信息進(jìn)行過(guò)濾后，把實(shí)時(shí)訓(xùn)練信息轉(zhuǎn)發(fā)至導(dǎo)演臺(tái)。接口裝置2號(hào)線(xiàn)連接到作戰(zhàn)系統(tǒng)傳感器的模擬器，把導(dǎo)演臺(tái)模擬生成的傳感器目標(biāo)信息發(fā)送至傳感器顯控臺(tái)，接口裝置3號(hào)線(xiàn)連接到通信系統(tǒng)交換機(jī)，把導(dǎo)演臺(tái)模擬生成的數(shù)據(jù)鏈目標(biāo)信息,經(jīng)過(guò)通信系統(tǒng)發(fā)送至作戰(zhàn)系統(tǒng)。

2.2 艦艇嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)工作流程

艦艇嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)工作流程如下：

1)導(dǎo)演臺(tái)設(shè)定仿真訓(xùn)練內(nèi)容，生成訓(xùn)練態(tài)勢(shì)和虛擬目標(biāo)信息。

2)訓(xùn)練開(kāi)始后，導(dǎo)演臺(tái)周期性連續(xù)向傳感器發(fā)送傳感器目標(biāo)信息，定期向通信系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)鏈目標(biāo)信息。

3)艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)接收到目標(biāo)信息后，開(kāi)展艦艇作戰(zhàn)攻防行動(dòng)，進(jìn)行作戰(zhàn)訓(xùn)練。

4)接口裝置監(jiān)聽(tīng)到作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)部交互信息后，過(guò)濾后轉(zhuǎn)發(fā)至導(dǎo)演臺(tái)。導(dǎo)演臺(tái)根據(jù)作戰(zhàn)系統(tǒng)導(dǎo)航參數(shù)，模擬本艦運(yùn)動(dòng)，根據(jù)作戰(zhàn)系統(tǒng)武器發(fā)控參數(shù)，模擬魚(yú)雷、導(dǎo)彈等武器作戰(zhàn)過(guò)程。

5)藍(lán)方臺(tái)獲取訓(xùn)練初始信息后，模擬藍(lán)方兵力作戰(zhàn)對(duì)抗行為，把藍(lán)方兵力動(dòng)態(tài)控制信息發(fā)送至導(dǎo)演臺(tái)。

6)導(dǎo)演臺(tái)進(jìn)行艦艇作戰(zhàn)過(guò)程仿真，并進(jìn)行訓(xùn)練評(píng)估。

3 艦艇嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)時(shí)空不一致原因分析

艦艇嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)與艦艇實(shí)裝時(shí)空不一致的主要原因是由于數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間延遲，導(dǎo)致仿真實(shí)體空間位置不一致。根據(jù)艦艇嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能和信息流程，訓(xùn)練系統(tǒng)與艦艇實(shí)裝時(shí)空不一致的主要原因包括以下幾個(gè)方面。

3.1 時(shí)間基準(zhǔn)不同

嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)是在已有的艦艇實(shí)裝上加裝，為了盡量減少對(duì)艦艇實(shí)裝的影響，嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)并沒(méi)有納入到艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)中，而是獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)。

艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)根據(jù)天文時(shí)間向作戰(zhàn)系統(tǒng)各分系統(tǒng)發(fā)布時(shí)間基準(zhǔn)信息，從而實(shí)現(xiàn)艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)。嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)采用Windows操作系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)時(shí)間作為時(shí)間基準(zhǔn)，2個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)不同，造成時(shí)鐘不同步，進(jìn)而導(dǎo)致仿真實(shí)體空間位置不一致，影響到作戰(zhàn)仿真精度。時(shí)間基準(zhǔn)不同帶來(lái)的主要影響體現(xiàn)在目標(biāo)信息注入，艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)獲取目標(biāo)信息存在滯后性。

3.2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸固有時(shí)延

為了不影響艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)部信息交互，嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)采用專(zhuān)門(mén)的接口裝置來(lái)監(jiān)聽(tīng)艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)內(nèi)部交互的數(shù)據(jù)報(bào)文，因此，接口裝置會(huì)監(jiān)聽(tīng)到大量無(wú)用報(bào)文。

數(shù)據(jù)報(bào)文在艦艇實(shí)裝和訓(xùn)練系統(tǒng)之間傳輸存在固有時(shí)延。網(wǎng)絡(luò)報(bào)文傳輸總時(shí)延tz可以分為4個(gè)部分：

tz=tbc+txc+tjp+tjc

(1)

式(1)中：tbc為報(bào)文傳輸時(shí)延，即傳輸一個(gè)報(bào)文需要的時(shí)間；txc為信號(hào)傳輸時(shí)延；tjp為交換機(jī)排隊(duì)時(shí)延；tjc為交換機(jī)處理報(bào)文時(shí)間，一般可以忽略。

tbc為報(bào)文傳輸時(shí)延，其大小為：

(2)

txc為信號(hào)傳輸時(shí)延，其大小為：

(3)

由于嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)與實(shí)裝系統(tǒng)物理距離非常近，因此信號(hào)傳輸時(shí)延可以不計(jì)。

tjp是交換機(jī)排隊(duì)時(shí)延，當(dāng)流入交換機(jī)的通信量大于流出交換機(jī)的通信量時(shí)，會(huì)出現(xiàn)報(bào)文排隊(duì)時(shí)延，多出的報(bào)文會(huì)在交換機(jī)緩沖區(qū)中排隊(duì)[5]。

tjc是交換機(jī)處理報(bào)文時(shí)間，一般可以忽略。

通過(guò)以上分析，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸固有時(shí)延主要取決于傳輸報(bào)文的數(shù)量和大小，當(dāng)實(shí)裝作戰(zhàn)系統(tǒng)出現(xiàn)大量報(bào)文時(shí)，接口裝置監(jiān)聽(tīng)處理報(bào)文會(huì)出現(xiàn)一定的時(shí)延。

3.3 Windows操作系統(tǒng)的非實(shí)時(shí)性

VXworks 操作系統(tǒng)是一種應(yīng)用廣泛的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用在航空、航天、軍工、工業(yè)控制等領(lǐng)域[10]，但存在開(kāi)發(fā)成本高、調(diào)試?yán)щy、硬件可移植性差等缺點(diǎn)，所以艦艇嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)中導(dǎo)演臺(tái)和藍(lán)方臺(tái)均采用Windows操作系統(tǒng)。由于Windows操作系統(tǒng)不是一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，不能提供時(shí)間確定性，具有不確定的中斷響應(yīng)時(shí)間，因此windows系統(tǒng)的報(bào)文處理具有不可預(yù)測(cè)的執(zhí)行時(shí)間，可能每次的處理時(shí)延都不一樣。在訓(xùn)練系統(tǒng)仿真過(guò)程中，涉及到高速武器彈道仿真時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)武器運(yùn)動(dòng)位置偏差。

4 艦艇嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)時(shí)空一致解決方法

4.1 目標(biāo)信息注入時(shí)間補(bǔ)償

導(dǎo)演臺(tái)通過(guò)接口裝置向艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)注入目標(biāo)信息，是驅(qū)動(dòng)艦艇實(shí)裝作戰(zhàn)訓(xùn)練的關(guān)鍵，由于目標(biāo)注入數(shù)據(jù)時(shí)延的存在，艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)獲取目標(biāo)信息存在滯后性。導(dǎo)演臺(tái)通過(guò)接口裝置監(jiān)聽(tīng)，可以獲取到作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)送的統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)，建立異構(gòu)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)時(shí)間補(bǔ)償模型，確保訓(xùn)練系統(tǒng)與作戰(zhàn)系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)一致。

導(dǎo)演臺(tái)向艦艇傳感器發(fā)送模擬傳感器目標(biāo)信息，需要通過(guò)專(zhuān)用接口裝置、傳感器模擬器發(fā)送至傳感器顯控臺(tái)。由于傳感器顯控臺(tái)與訓(xùn)練系統(tǒng)導(dǎo)演臺(tái)需要采用統(tǒng)一時(shí)間基準(zhǔn)，為了保持目標(biāo)信息統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，采取將目標(biāo)時(shí)間信息向前預(yù)推的時(shí)間補(bǔ)償機(jī)制。導(dǎo)演臺(tái)的傳感器目標(biāo)信息時(shí)間補(bǔ)償算法為：

Δts=Δtj+Δtm+Δtx

(4)

式(4)中:Δts為補(bǔ)償時(shí)間;Δtj為導(dǎo)演臺(tái)至接口裝置數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間;Δtm為接口裝置至傳感器模擬器數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間;Δtx為傳感器模擬器至傳感器顯控臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。

導(dǎo)演臺(tái)向艦艇通信系統(tǒng)發(fā)送模擬數(shù)據(jù)鏈目標(biāo)信息,需要通過(guò)專(zhuān)用接口裝置、通信系統(tǒng)交換機(jī)發(fā)送至通信系統(tǒng)顯控臺(tái)，導(dǎo)演臺(tái)的數(shù)據(jù)鏈目標(biāo)信息時(shí)間補(bǔ)償算法為：

Δtt=Δtj+Δtw+Δtc

(5)

式(5)中:Δtt為補(bǔ)償時(shí)間;Δtj為導(dǎo)演臺(tái)至接口裝置數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間;Δtw為接口裝置至通信系統(tǒng)交換機(jī)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間;Δtc為通信系統(tǒng)交換機(jī)至通信系統(tǒng)顯控臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。

通過(guò)測(cè)量獲取各設(shè)備之間數(shù)據(jù)平均傳輸時(shí)延[11]，計(jì)算目標(biāo)注入的信息時(shí)間補(bǔ)償，進(jìn)而分別計(jì)算預(yù)推時(shí)刻的傳感器目標(biāo)信息和數(shù)據(jù)鏈目標(biāo)信息，確保艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)目標(biāo)注入信息時(shí)間統(tǒng)一。

4.2 武器命中目標(biāo)的邏輯預(yù)判處理

導(dǎo)演臺(tái)在作戰(zhàn)仿真過(guò)程中需要模擬武器彈道，在獲取艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的武器發(fā)控信息后，導(dǎo)演臺(tái)模擬導(dǎo)彈、魚(yú)雷等武器的飛行(航行)過(guò)程。艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)是按照天文時(shí)間步長(zhǎng)運(yùn)行，嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)為了和艦艇實(shí)裝保持時(shí)間一致，也按照天文時(shí)間步長(zhǎng)推進(jìn)仿真。對(duì)于高速武器而言，一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)產(chǎn)生的距離可能大于目標(biāo)艦艇的尺寸，會(huì)造成武器命中目標(biāo)的位置誤差過(guò)大，導(dǎo)致命中誤判。比如，2倍音速反艦導(dǎo)彈1 s的飛行距離約為700 m[12]，而一般水面艦艇目標(biāo)的長(zhǎng)度不超過(guò)150 m，在仿真過(guò)程中，容易造成命中誤判。這里通過(guò)邏輯預(yù)判的方法來(lái)處理，根據(jù)武器速度和導(dǎo)演臺(tái)仿真時(shí)間步長(zhǎng)t，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)推算武器的命中目標(biāo)邏輯預(yù)判距離D為：

D=v×t

(6)

在武器飛行(航行)過(guò)程中，根據(jù)武器對(duì)目標(biāo)的入射角度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)推算武器的命中點(diǎn)，計(jì)算武器與目標(biāo)命中點(diǎn)的距離，當(dāng)武器與目標(biāo)命中點(diǎn)的距離小于等于命中目標(biāo)邏輯預(yù)判距離D時(shí)，即判定武器命中目標(biāo)。

4.3 訓(xùn)練系統(tǒng)接口裝置報(bào)文過(guò)濾

嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)為了不影響艦艇實(shí)裝原有的功能和性能，采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)監(jiān)聽(tīng)的方式獲取作戰(zhàn)系統(tǒng)交互報(bào)文，在監(jiān)聽(tīng)到的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文中，有大量的無(wú)用報(bào)文和重復(fù)報(bào)文。由前文已知，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸固有時(shí)延主要取決于報(bào)文數(shù)量和大小，接口裝置在監(jiān)聽(tīng)到作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文后，要對(duì)監(jiān)聽(tīng)到的報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，濾除對(duì)導(dǎo)演臺(tái)訓(xùn)練仿真的無(wú)用報(bào)文和重復(fù)報(bào)文。

在以太網(wǎng)中，幀(數(shù)據(jù)包)作為組成數(shù)據(jù)的基本單位來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以太網(wǎng)幀格式見(jiàn)文獻(xiàn)[13]。接口裝置監(jiān)聽(tīng)到作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)包后，進(jìn)行識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)，根據(jù)報(bào)文的目的IP地址和源IP地址進(jìn)行第1次過(guò)濾，濾除與訓(xùn)練仿真不相關(guān)設(shè)備間的報(bào)文信息，然后根據(jù)報(bào)文信息標(biāo)識(shí)進(jìn)行第2次過(guò)濾，獲取訓(xùn)練仿真需要的報(bào)文信息，并且對(duì)該報(bào)文信息進(jìn)行標(biāo)記，進(jìn)而根據(jù)報(bào)文的目的IP地址、源IP地址和信息標(biāo)記，判斷是否為重復(fù)信息[14]，若不為重復(fù)信息則發(fā)送該報(bào)文至導(dǎo)演臺(tái)。報(bào)文過(guò)濾流程如圖2所示。

圖2 報(bào)文過(guò)濾流程框圖

通過(guò)接口裝置的報(bào)文過(guò)濾，可以有效減少無(wú)用報(bào)文的數(shù)量，進(jìn)而減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延。

4.4 訓(xùn)練系統(tǒng)建模仿真優(yōu)化

仿真模型如果過(guò)于復(fù)雜，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不能在給定的采樣時(shí)間內(nèi)完成仿真計(jì)算，增加模型計(jì)算時(shí)延，所以要優(yōu)化仿真模型設(shè)計(jì)。首先，要簡(jiǎn)化模型設(shè)計(jì)，根據(jù)仿真訓(xùn)練精度要求，合理確定仿真模型精度，減少模型計(jì)算時(shí)間。比如，魚(yú)雷和導(dǎo)彈的彈道仿真采用運(yùn)動(dòng)學(xué)模型就可以滿(mǎn)足仿真訓(xùn)練精度要求，不需要建立信號(hào)級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。其次，通過(guò)計(jì)算機(jī)生成兵力多分辨率建模，實(shí)現(xiàn)藍(lán)方兵力CGF的聚合-解聚[15]，在仿真運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行低分辨率仿真實(shí)體模型，當(dāng)需要更多細(xì)節(jié)時(shí)，觸發(fā)解聚，執(zhí)行高分辨率仿真實(shí)體模型。聚合-解聚在仿真訓(xùn)練過(guò)程中動(dòng)態(tài)發(fā)生，可以減少不必要的模型計(jì)算時(shí)間。

優(yōu)化仿真軟件架構(gòu)，合理分配計(jì)算任務(wù)，可以減少網(wǎng)絡(luò)通信量，提高分布式仿真的同步性。采用面向服務(wù)的軟件架構(gòu)(SOA)，所有仿真模型計(jì)算都部署在導(dǎo)演臺(tái)(相當(dāng)于服務(wù)器)上，包括藍(lán)方兵力和武器的仿真計(jì)算，仿真計(jì)算模塊以組件化形式部署。藍(lán)方臺(tái)軟件進(jìn)行藍(lán)方兵力的控制調(diào)用，實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端應(yīng)用。導(dǎo)演臺(tái)接受藍(lán)方臺(tái)的服務(wù)請(qǐng)求，并將服務(wù)結(jié)果返回藍(lán)方臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)組件共享的服務(wù)，提高軟件仿真的運(yùn)行效率。

4.5 訓(xùn)練系統(tǒng)采用Windows+RTX 操作系統(tǒng)

由于Windows是非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在Windows中嵌入實(shí)時(shí)擴(kuò)展模塊RTX來(lái)解決仿真平臺(tái)的實(shí)時(shí)性問(wèn)題是常用方法。在Windows+RTX平臺(tái)下進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，難度小、周期短、調(diào)試方便、可維護(hù)性和可移植性好[4]。RTX和Windows進(jìn)程之間可通過(guò)共享內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)時(shí)信號(hào)量進(jìn)行同步和通訊。RTX實(shí)時(shí)擴(kuò)展模塊是一整套庫(kù)的集合，實(shí)時(shí)子系統(tǒng)RTSS作為一種Windows內(nèi)核驅(qū)動(dòng)程序和擴(kuò)展的HAL實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性，提供了一套R(shí)TXwinAPI用于對(duì)實(shí)時(shí)對(duì)象的訪(fǎng)問(wèn)。這樣既可以充分利用Windows平臺(tái)已有的資源，又可以將實(shí)時(shí)任務(wù)放入實(shí)時(shí)環(huán)境RTX中執(zhí)行。導(dǎo)演臺(tái)軟件在RTX 和 Windows下的運(yùn)行流程如下：

1)在RTX下導(dǎo)演臺(tái)軟件啟動(dòng)后，首先創(chuàng)建RTX與Windows的共享內(nèi)存，對(duì)時(shí)鐘板和功能板卡進(jìn)行初始化，初始化正常后，等待仿真線(xiàn)程啟動(dòng)的信號(hào)量和時(shí)序脈沖信號(hào)，接收到脈沖信號(hào)后，進(jìn)行作戰(zhàn)仿真，并將作戰(zhàn)仿真更新數(shù)據(jù)放入共享內(nèi)存中。

2)在Windows下導(dǎo)演臺(tái)軟件啟動(dòng)后，首先創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)進(jìn)程用于仿真節(jié)點(diǎn)通信，然后進(jìn)行作戰(zhàn)仿真數(shù)據(jù)初始化，接到仿真開(kāi)始命令后，Windows進(jìn)程通知 RTX 啟動(dòng)作戰(zhàn)仿真線(xiàn)程，開(kāi)始進(jìn)行作戰(zhàn)訓(xùn)練仿真，在仿真過(guò)程中，Windows通過(guò)共享內(nèi)存與 RTSS 進(jìn)程進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互，其工作流程如圖3所示。

圖3 導(dǎo)演臺(tái)軟件工作流程

5 工程實(shí)踐驗(yàn)證

在實(shí)驗(yàn)室某艦艇仿真系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)，采用Windows+RTX操作系統(tǒng)和面向服務(wù)的軟件架構(gòu)(SOA)提高訓(xùn)練系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，采用監(jiān)聽(tīng)報(bào)文過(guò)濾技術(shù)減小網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)發(fā)送虛擬目標(biāo)數(shù)據(jù)至艦艇仿真實(shí)裝時(shí)，采用時(shí)間補(bǔ)償算法彌補(bǔ)目標(biāo)注入數(shù)據(jù)的時(shí)延。在上述方法的共同作用下，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試軟件在實(shí)際環(huán)境下測(cè)量統(tǒng)計(jì)分析表明，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延滿(mǎn)足艦艇實(shí)裝仿真訓(xùn)練時(shí)間一致性要求，部分測(cè)試項(xiàng)目數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延測(cè)量結(jié)果如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延測(cè)量結(jié)果

嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)在進(jìn)行反艦導(dǎo)彈攻擊模擬訓(xùn)練時(shí)，采用武器命中目標(biāo)的邏輯預(yù)判處理方法，避免了訓(xùn)練誤判，滿(mǎn)足了反艦導(dǎo)彈命中目標(biāo)空間一致性要求。如圖4所示,在某次仿真訓(xùn)練中，本艇(紅方潛艇)發(fā)射1枚某型反艦導(dǎo)彈攻擊03號(hào)目標(biāo)(藍(lán)方水面艦艇)，該型反艦導(dǎo)彈飛行速度300 m/s，由于此時(shí)嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)與艦艇仿真系統(tǒng)仍有信息交互，因此嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)按照天文時(shí)間步長(zhǎng)推進(jìn)仿真，在該反艦導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)入射方向上，距離目標(biāo)命中點(diǎn)195 m時(shí)，判定反艦導(dǎo)彈命中目標(biāo)，結(jié)束該反艦導(dǎo)彈的飛行仿真。

圖4 反艦導(dǎo)彈命中目標(biāo)仿真過(guò)程

6 結(jié)論

1)用時(shí)間補(bǔ)償目標(biāo)注入信息時(shí)延，通過(guò)接口裝置報(bào)文過(guò)濾降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，可以有效降低艦艇嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)與實(shí)裝之間的信息時(shí)延，提高仿真訓(xùn)練精度。

2)用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)計(jì)算方法預(yù)判武器命中目標(biāo)邏輯距離，能夠避免武器命中目標(biāo)誤判，提高艦艇嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)的仿真逼真度。

3)通過(guò)訓(xùn)練系統(tǒng)建模仿真優(yōu)化，并采用Windows+RTX操作系統(tǒng),可以提高艦艇嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)仿真的實(shí)時(shí)性。

工程實(shí)踐表明，綜合采用上述方法可以滿(mǎn)足艦艇實(shí)裝嵌入式訓(xùn)練系統(tǒng)時(shí)空一致性的要求，對(duì)其他作戰(zhàn)平臺(tái)嵌入式訓(xùn)練時(shí)空一致性具有重要的參考價(jià)值。