摘 要： 基于機載武器管理系統的基本工作原理和應用軟件工程中面向對象的思想方法、模塊化建模理論，對機載武器管理系統仿真技術進行了深入研究。設計了機載武器管理系統仿真實現總體方案，提出了仿真軟件開發的主要技術途徑和工程實現手段。結果表明，仿真系統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、可持續性。
關鍵詞： 機載武器管理系統；面向對象；仿真
0 引 言
機載武器管理系統作為瞄準系統和機載武器的連接橋梁，其發展經歷了從無到有，從簡單到復雜，從模擬式到數字式的發展過程。在現代作戰環境下，為了執行多種作戰任務，飛機必須能攜帶多種類型的作戰武器及其他外掛物，各種新的懸掛物也不斷涌現，如保形油箱、保形吊艙、高密度內掛武器等[1]。懸掛物數量的增多和性能的提高曾被視為增強飛機戰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面臨的重要問題。利用現代仿真技術進行機載武器管理系統控制機理、邏輯控制算法、架構設計、性能評估及信號檢測機理等方面研究，不僅能節省巨大的財力、物力，而且可追蹤機載武器管理系統的發展，進行先進機載武器管理系統概念化研究。為了適應新時期裝備發展和人才培養的需要，本文對機載武器管理系統的仿真技術和實現方法等有關問題進行了較為系統深入的研究，取得了一定的進展，并為后續工作打下了一定的基礎。
1 機載武器管理系統仿真實現總體方案
根據AWCS的功能需求，機載武器管理系統仿真系統硬件平臺的總體架構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）、航電系統仿真器、局域網等組成。各仿真節點在統一的仿真時鐘控制下協調工作。外掛物管理處理機仿真器是整個仿真系統的管理中心，一方面控制仿真的啟動、暫停、復位與時間協調，完成仿真關鍵數據的記錄，同時作為外掛物管理處理機功能仿真結點，負責監控網絡的其他仿真結點的數據傳輸、轉發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生各類懸掛裝置和相關接口信號。懸掛物掛點仿真器用于模擬產生懸掛物的相關接口信號。航電系統仿真器用于模擬產生其他航電系統的相關接口信號。
機載武器管理仿真系統是一個比較復雜的系統。對于這樣復雜系統的開發，應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）相結合的技術路線：一方面，在已經明確研究對象和研究目標、自頂向下地分析機載武器管理仿真系統的結構層次和概念模型的前提下，進一步細化系統各個模塊間的功能關系。另一方面，立足當前，講究實效，從基本算法和模型開始，首先實現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“動”起來；然后，開發功能模型相關的其他對象，根據各分系統的功能關系進行集成以構建出完整的機載武器管理仿真系統；最后，對軟件進行嚴格測試以提高其可靠性。根據系統特點，在軟件開發的過程中，應著重利用面向對象軟件設計方法的重要特性——封裝性、繼承性和多態性，來提高軟件的模塊化程度、可重用性、可擴充性、可理解性[2]。
圖1是仿真系統軟件總體邏輯結構。它由仿真管理程序模塊、初始參數設置模塊、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、航電系統仿真模塊、網絡通信模塊等組成。
2 機載武器管理系統仿真軟件的開發和設計
2.1 仿真系統的面向對象分析與設計
2.1.1 對象的劃分原則
從面向對象建模的角度來說，對機載武器管理系統仿真建模的實質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，應基于3個原則：一是用人的認識思維方式確定對象，分離整個系統的概念或組成；二是對象間的信息傳遞應該容易被認識和描述；三是對象群體對整個仿真目標的可構建能力要強。機載武器管理系統仿真軟件將由眾多對象構成，對象與對象之間的關系也不相同[3-4]。
2.1.2 仿真系統對象的劃分
根據對象的抽象原則和系統的結構，將仿真系統劃分為以下對象：懸掛物管理處理機對象、發動機油門桿對象、飛機駕駛桿對象、起落架對象、武器操縱板對象、其他航電系統對象、外掛武器接口對象、掛架接口對象、平顯對象、開關量對象、節點數據交換對象等。
2.1.3 仿真系統的類層次設計
傳統的仿真軟件通過功能模塊的組合實現仿真功能。各模塊間按過程來進行信息交換，在多數的高級語言中是通過函數調用的方式來實現的。
面向對象的機載武器管理系統仿真軟件不能完全脫離傳統仿真中的物理概念，即由功能模塊構成。但在封裝上與傳統的軟件設計方法不同，面向對象的機載武器管理系統仿真軟件通過多層次封裝來完成一定的仿真任務。因此，機載武器管理系統仿真軟件程序設計的關鍵是如何進行類層次設計[5-7]。
⑴ 類層次設計
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成仿真層（模塊層），另一種是把平臺看成物理系統對象（系統層），平臺由各種實際物理系統構成，各系統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點不僅是與人們認知真實系統的認識相同，使人容易認識，而且按照物理系統進行類封裝時，一個物理系統可由其他對象構成，是可分的，不必是唯一的一個類。
⑵ 仿真系統的類層次設計
對于仿真系統的類層次設計，首先在功能模塊層上建立封閉的模塊類，如開關量類、顯示類、外掛武器接口類、起落架類、武器控制板類、其他航電系統類、節點數據交換類等；然后建立仿真系統層類。雖然仿真中只是模擬了上述各系統的功能，但在物理上是單獨的實際物理系統。總之，在進行仿真系統的開發時，不是按單一的類層次進行設計，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對象層很方便，而當仿真任務需求發生改變時，可以把仿真系統對象層拆散再組合，又具有很強的靈活性。仿真系統的類層次樹狀結構如圖2所示。
2.2 仿真系統軟件程序開發
對所建立的各模塊的模型，分別封裝成相對獨立的類，在這些類群的基礎上，根據它們在系統中的作用，在求解模型過程中調用這些類。程序開發過程中充分利用面向對象技術的封裝特性[8-10]。
2.2.1 類的建立
結合C++語言中類的聲明特點，設定飛機的機型為Plane，根據前面劃分的對象，建立相應的類如下：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結構：DoubleTable、SingleTable、WCSState、WeaponState、WCSControl、InitDataWCS等。
2.2.2 程序框架設計
使用Visual C++6.0作為開發工具，充分利用C++語言的面向對象的特性，建立一個工程名為WCS的基于MFC的單文檔/視窗程序。
⑴ 流程圖
程序開發的流程圖如圖3所示。
⑵ 主要的類
①CWCSView
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狀態控制量，以及輸出機載武器管理系統狀態。比如，使用WcsPanel=new CPlaneControlPanel來初始化控制量。
機載武器管理系統狀態的初始化是通過接受來自對話框CInitSelWCS的數據來實現的。
②CInitSelWCS
該類由話框類CDialog派生而來，用于初始化狀態，包括外掛配置和機載武器管理系統各操縱機構狀態設置。
③CWCSDoc
該文檔類主要完成原始數據的存取。由于數據比較多，故數據的管理使用結構WCSInitData，語句如下：
WCSInitData=new InitDataWCS;
在InitDataWCS類的構造函數里把所有數據一次性讀入內存中，保證實時性；同時動態生成數據，內存中只有飛機機載武器管理系統的原始數據，節約計算機資源。
3 仿真結果
采用該仿真系統進行一系列的武器管理和控制實驗，結果表明，該仿真系統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、可持續性。
4 結論
本文應用軟件工程中面向對象的思想方法、模塊化建模的理論，以及機載武器管理系統的工作原理，對機載武器管理系統仿真系統的設計、實現、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：
⑴ 通過分析得出機載武器管理系統的控制機理，建立了相應的仿真模型；
⑵ 根據系統的功能需求，研究了機載武器管理系統仿真實現的總體方案，對系統進行了模塊劃分，闡述了各主要模塊的功能，分析了仿真軟件開發的主要技術途徑和實現手段；
⑶ 使用面向對象的方法編制了仿真軟件，分析了仿真軟件開發過程中的關鍵技術，如在不同操作層上建立仿真對象，并對相關技術進行了理論上的分析和探討。
參考文獻
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