機載電子對抗設備是飛機保障自身安全的主要裝備，在各種復雜的作戰條件下，飛行員對其使用的正確與否及熟練程度，將極大影響飛機的飛行安全率。飛行員必須平時多訓練才能保證戰時的正確使用。但由于平時的飛行訓練中，電磁環境一般都比較簡單，不能模擬真實戰場環境，很難出現與作戰條件類似的電磁環境，飛行員無法進行有針對性的訓練，從而影響訓練效果。而電子靶場等具有真實電磁環境的訓練場地少，且使用成本大，不可能用作日常訓練場地。因此，有必要利用地面模擬訓練器來補充這部分訓練內容，以提高飛行員對電子對抗設備在各種電磁環境下使用的能力。
    視景仿真是近幾年隨著計算機技術與仿真理論的發展而出現的一門新型學科。其采用計算機圖形技術，根據仿真的目的，構造仿真對象的三維模型并再現真實的環境。將視景仿真運用于電子對抗的模擬訓練，可全面表現電子對抗的作戰、試驗態勢、進程以及對抗效果，使飛行員更直觀地使用電子對抗設備，從而在戰時能對各種情況做出快速、準確的反應。因此，采用視景仿真技術研制飛機電子對抗仿真訓練系統，對于解決飛行員所面臨的訓練問題，提高飛行員訓練效果具有重要的現實意義。
1 系統數學模型建模
    針對機載電子對抗系統的特點，在分析系統主要功能的基礎上，建立了圖1所示的仿真數學模型。

    (1)雷達仿真模型。雷達仿真模型用于模擬加載在敵我雙方飛機、艦船、導彈陣地上的各種雷達的工作過程和技術、戰術指標。主要包括雷達發射機模型、接收機模型、天線掃描和方向圖模型等。
    (2)告警器仿真模型。告警仿真模型用于模擬告警器的發現、識別及告警工作流程。
    (3)干擾仿真模型。干擾仿真模型主要包括有源干擾吊艙模型和無源干擾模型。
    (4)目標與環境模型。目標與環境仿真模型用于解算目標瞬時RCS及電磁波傳輸特性，包括大氣傳輸、地面反射、雜波圖或點雜波以及多徑效應等。
    (5)導彈武器仿真模型。導彈武器仿真模型用于仿真導彈武器的發射、飛行、擊毀過程。
2 視景仿真訓練系統設計及實現
2.1 系統功能
    該訓練系統以硬件平臺為基礎，通過信號采集系統獲取干擾吊艙控制盒、無源投放器控制面板的輸入信息。軟件可以模擬飛機平顯、多功能告警顯示器，主要用于飛行員對機載電子對抗設備模擬仿真操作訓練和測試，使飛行員掌握復雜雷達信號環境下某型機載電子對抗設備的使用，提高電子對抗作戰技能。同時，將使用者引入到由計算機合成的虛擬戰場環境中去，使受訓者在與系統的直接交互中感受戰爭，研究電子對抗作戰方法、樣式及理論，并可對作戰毀傷效果進行評估并提出改正意見，為未來作戰方案提供決策依據。系統結構如圖2所示。

2.2 系統硬件電路設計實現
    硬件系統由顯示裝置、中央處理機和人機交互部分組成。顯示裝置含3個液晶顯示器，其中主顯示器用于實時顯示敵我態勢和軟件界面，另兩個副顯示器在兩側，模擬飛機座艙的左右兩個操作臺。中央處理機用于數據的處理，為攜行方便，將中央處理機與主顯示器合在一起。人機交互部分主要用于獲取電子干擾吊艙控制盒和無源投放器控制面板各種控制按鈕的狀態，通過數據采集處理電路與主機通信，實現半實物裝備與虛擬戰場環境之間的交互并為準確評定訓練成績提供客觀依據。
      人機交互部分是系統硬件電路設計的重點。根據人機交互部分的功能要求，自行設計了信號采集電路。該電路由信號驅動、CPU兩部分組成。CPU采用C8051S020單片機，通過P0口采集發射、投放、加電信號等各開關的狀態。CPU采集開關狀態后通過RS232口發送到中央處理機，中央處理機獲取串口發送來的信息與仿真訓練軟件實時交互，實現仿真訓練。接口控制系統的串行通信速率為9 600 b/s，在設備狀態發生變化后，能夠在少于2 ms的時間內完成設備狀態的采集、處理和傳送，完全滿足實時處理的要求。
2.3 系統軟件設計及實現
2.3.1 通信接口程序的設計實現
    通信接口程序的設計實現中，使用Visual C++ 6.0編寫了上位機和下位機通信程序, 串行通信接口使用RS-232串口標準。在這里，主要對下位機接口通信程序進行重點介紹, 通過引入多線程串口編程工具CSerialPort類實現。
    CSerialPort類是支持線連接(非MODEM)的串口編程操作，與MSComm控件相比，其搭建通信框架快速，編程方便。打包時，不需要加入其他文件，而且函數都是開放透明的，允許用戶進行改造。CSerialPort類是基于多線程的類, 其接收數據流程如下：(1)設置串口參數(如串口號、波特率等)；(2)開啟串口監測工作線程, 監測串口接收數據、流控制事件及其他串口事件；(3)以消息方式通知主程序, 激發消息處理函數進行數據處理。發送數據直接通過調用類函數WriteToPort()實現。在應用過程中，需要手工添加WM_COMM_RXCHA的消息處理函數OnComm(),每當串口接收緩沖區內有一個字符時，就會產生一個WM_COMM_RXCHAR消息, 觸發OnComm()函數進行數據接收處理。
2.3.2 視景仿真程序的設計實現
    根據系統的功能要求，仿真運行界面由平顯畫面、多功能告警顯示器、飛機動態飛行界面、左右兩個飛機座艙界面和文字提示欄構成。整個程序在基于對話框的框架上開發。根據模塊化編程的思想，為每部分建一個派生于CStatic的Picture類，在對話框的界面上放入6個圖像控件，分別與各個類相關聯。系統運行的過程為：運行程序首先打開串口，測試串口通信是否正常，若串口通信正常則進入軟件主界面，反之則返回繼續測試；進入主界面后，可進行各項選擇和設置，如設置我機的航線、箔條彈和紅外彈的數量、敵機的類型和數量等。設置完畢，單擊開始按鈕訓練。在訓練過程中，根據敵我雙方的態勢變化，受訓者應該在正確的時刻和恰當的時機，操作干擾吊艙控制盒或無源投放器控制面板對敵方目標進行有源和無源干擾。訓練完畢，系統將根據受訓者的操作，對受訓者進行評估和打分。
    基于MFC調用Vega Prime來實現仿真訓練是仿真程序的主要部分。
    Vega Prime包括完整的C++應用程序接口，為軟件開發人員提供了最大限度的軟件控制和靈活性。Vega Prime的結構為用戶采用面向對象的開發方式提供了良好的支持。Vega Prime 中的每個元素都是一個類,除了特定的類(如:vpKernel)以外，其他類都允許有多個實例存在。基于對話框的VegaPrime 程序的實現主要有兩種方法。
    (1)時鐘法。在對話框中設定計時器，并開始timer，在每次on timer調用中，執行vpApp 的幀開始和幀結束操作，并在開始與結束幀操作之間獲取vpApp對象的關鍵屬性反饋在對話框頁面上。
    (2)線程法。為VP的Frame Loop設置一個工作線程，應用程序則作為主線程來接收外設輸入信息，響應用戶操作。該工作線程主要完成VP的初始化工作和相應的鍵盤、鼠標處理函數的設置以及窗口的配置等。
    線程法有很大的優勢。雖然時鐘法結構簡單，容易理解，但是在耗費系統資源基礎上完成的，而且其致命缺點是在運行時會出現死機現象。本程序中，使用線程的方法。主要代碼如下。
    啟動VP工作線程：
void CSimulateDlg::OnStart()
{
    continueRunning=true；
    ……
    LPVOID)this)；
}
    創建VP工作線程：
UINT vpWorkThread(LPVOID pParam)
{
    vpWindow  *vpWin；//定義VP窗口
        ……
    while(continueRunning)
    {
        ……  //響應函數                                      
    }
    ……
    return 0；
}
    中止工作線程：
void CSimulateDlg::OnDestroy()
{
    if (m_bVPStarted==TRUE)
    {
    ……
    }
    CDialog::OnDestroy()；
}
3 仿真訓練算例
    在仿真中，設定系統的仿真步長為10 ms，每隔10 ms推進一次。在系統設置界面中，設定作戰雙方參戰機型和作戰任務。系統戰術過程設定為：以某型機突防攻擊任務為戰術背景，完成某型飛機電子對抗主要科目的仿真訓練。主要包括以下方面：對敵警戒雷達的箔條干擾、對敵機載火控雷達的有源干擾、對敵地空導彈的箔條質心干擾、對敵空空導彈的紅外質心干擾和發射反輻射導彈攻擊敵地面雷達，在電子對抗手段的配合下，完成對敵導彈陣地的突防打擊任務。
    經過一年的開發調試，該仿真訓練系統達到了預定設計要求，目前已通過專家驗收，即將交付部隊使用。通過多次在部隊進行測試運行證明，系統能真實地模擬各種戰場環境。同時，通過軟件與硬件相結合,真實模擬飛機現役裝備，訓練效果逼真。該模擬訓練系統使用后，能大大提高飛行員對機載電子對抗設備的操作能力，提高飛機的生存率，同時降低訓練危險性，節約訓練成本。
    此外，論文嘗試性利用CSerialPort類很好地實現了串口通信；運用視景仿真技術，實現電子對抗模擬訓練的可視化。系統中大量模塊化的設計，體現了其良好的可擴展性和移植重組功能，對其他同類模擬器的設計具有借鑒意義。同時也可作為子模塊納入大規模的對抗系統，具有良好的工程應用前景。
參考文獻
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