摘 要： 基于機載武器管理系統(tǒng)的基本工作原理和應用軟件工程中面向?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，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。
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、復位與時間協(xié)調(diào)，完成仿真關鍵數(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，負責監(jiān)控網(wǎng)絡的其他仿真結(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)的相關接口信號。
機載武器管理仿真系統(tǒng)是一個比較復雜的系統(tǒng)。對于這樣復雜系統(tǒng)的開發(fā)，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(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、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，進一步細化系統(tǒng)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(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)功能模型相關的其他對象，根據(jù)各分系統(tǒng)的功能關系進行集成以構(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，應著重利用面向?qū)ο筌浖O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]。
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)和設計
2.1 仿真系統(tǒng)的面向?qū)ο蠓治雠c設計
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(tǒng)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(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。因此，機載武器管理系統(tǒng)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(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)點不僅是與人們認知真實系統(tǒng)的認識相同，使人容易認識，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。
⑵ 仿真系統(tǒng)的類層次設計
對于仿真系統(tǒng)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(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)。總之，在進行仿真系統(tǒng)的開發(fā)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(tǒng)對象層很方便，而當仿真任務需求發(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。
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，設定飛機的機型為Plane，根據(jù)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(jié)構(gòu)：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(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。
⑴ 流程圖
程序開發(fā)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(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)設置。
③CWCSDoc
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
本文應用軟件工程中面向?qū)ο蟮乃枷敕椒ā⒛K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：
⑴ 通過分析得出機載武器管理系統(tǒng)的控制機理，建立了相應的仿真模型；
⑵ 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；
⑶ 使用面向?qū)ο蟮姆椒ň幹屏朔抡孳浖治隽朔抡孳浖_發(fā)過程中的關鍵技術(shù)，如在不同操作層上建立仿真對象，并對相關技術(shù)進行了理論上的分析和探討。
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