系留气球升空-回收仿真训练系统设计

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1、系留气球升空/回收仿真训练系统设计摘要：为了降低系留气球的使用风险，满足系留气球升空/回收主绞车操作员的训练需求，以仿真理论、计算机技术和自动控制原理为基础，结合训练系统的功能需求和组成特点，提出了训练系统的具体实现方案，并由此开发出一套交互式桌面型系留气球升空/回收训练系统。经测试，该系统能在预定的条件下完成预定的训练任务，具有训练的可重复性、无风险、不受气象条件限制和场地空间限制的特点，有效满足了用户的操作训练需要。关键词：系留气球；升空/回收训练系统；虚拟仿真;操作训练中图分类号：TN911?34；TP391文献标识码：A文章编号：100

2、47373X(2013)20?0041?040引言虚拟仿真训练是将虚拟显示、虚拟仿真、网络和信息技术与先进教育和训练理论相融合，通过营造一种逼真的“人工合成训练环境”，用于开展交互性的操作和训练，并能使训练人员产生一种身临其境的感受。它以安全、经济、可控、可多次重复、无风险、不受气候条件和场地空间限制，既能常规操作训练，又能培训处理各种事故(包括灾难性事故)的应变能力以及训练的高效率，高效益等独特优势，一直受到各国军方的高度重视。目前，虚拟仿真技术在军事领域的研究和应用比较先进的国家是美国、俄罗斯和西欧的一些国家。美国国防部"建模与仿真"M&S

3、总计划的内容从开发用仿真到训练用仿真，从结构仿真、虚拟仿真到实物仿真，其中虚拟仿真涵盖了从主战坦克、导弹、战斗机、核潜艇到航母战斗群等一系列装备的仿真系统，已在士兵的训练中收到了很好的训练效果，形成了一套完整的模拟训练模式［1］。系留气球作为一种较为新型的航空器，以滞空时间长、覆盖范围广、侦察功能强、生存能力强和使用成本低等独有的优势受到了越来越多的关注，广泛应用于各个领域。然而，在系留气球的整个运行过程中，升空/回收操纵是一个风险性较大的过程，对主绞车操作员有着比较高的要求。为探索新的培训模式，提供更为先进、成本更低、效率更高的培训手段，本文

4、基于仿真技术，采用模块化设计思想开发了系留气球升空/回收仿真训练系统。1训练系统功能系留气球升空/回收训练仿真系统提供了以下四大功能⑵：(1)模拟放飞场环境和系留气球实体特性的能力系统能够模拟放飞场地形地貌、大气环境，也能够模拟系留气球实体的物理特性和升空/回收运动特性。(2)仿真运行管理与训练效果评估能力系统可实现运行状态信息显示与可视化、仿真过程的记录与再现，可对仿真过程进行实时监控，并能对模拟训练效果进行评估。(1)模拟系留气球升空/回收系统工作过程及特情处置功能包括模拟气球升空/回收基础操作、气球正常升空/回收操作、各种报警下的升空/回

5、收规程以及特殊情况的处置等。(2)较好的人机交互能力系统实现了人在回路的系留气球升空/回收模拟训练，训练中可对训练系统的性能参数进行人工干预或修改，满足了系留气球主绞车操作员的训练需求。2训练系统组成系留气球升空/回收仿真训练系统主要以WindowsXP作为软件平台，以操作台和仿真计算机作为基本硬件结构来实现的。该仿真系统各模块之间构成见图1。操作员通过仿真界面模拟指挥员指令对升空/回收训练软件系统进行启动，主要是进行一些升空/回收前的预设置,包括系统自检、通电和放飞场气象设置等。当训练开始时，操作人员操纵操作台上的电控手柄，产生操纵指令信息，

6、实时传给升空/回收训练软件系统，仿真模型中的数字系留气球根据输入的电控手柄指令实时做出响应，以此来模拟真实环境下系留气球响应电控手柄输入的过程。仿真模型接收电控手柄输入的放缆、收揽行程等指令后，实时解算运动学和动力学方程得出系留气球位置、姿态等数据。视景驱动模块周期性从仿真模型获取数据并实时显示系留气球运行及场景运动的三维场景。操作员根据显示的放缆速度、升空高度、风速等相关数据和接收到的指挥员口令实时调整电控手柄的输入，保证系留气球按照预定任务要求进行运行，由此就构成了一个人机闭环的仿真训练系统。训练操作平台示意图如图2所示。2.1操作台操作台

7、是主绞车操作员的训练平台，采用真实件以构建与真实操作台一致的操作环境。操作员控制面板上可见的指示灯、开关、按钮和电控手柄，和它们的外观、尺寸、安装位置、指示标牌、功能及工作极限条件等与真实件一致；开关、按钮和电控手柄的操作方法、操纵特性、运动方向、力感及操纵响应与真实件一致，控制面板尺寸、布局、颜色与真实件一致。2.2仿真界面的设计仿真界面的主要功能包括系留气球升空/回收训练开始前的升空/回收系统供电和自检、训练科目选择、环境参数设置以及参数显示等。根据以上功能，仿真界面的设计内容可分为五部分：(1)训练开始前的系统通电和自检。训练开始前应对升

8、空/回收系统进行通电检查和训练软件系统进行自检。通电检查是对操作台控制面板上指示灯状态的检测，是升空/回收系统工作的前提。自检为升空/回收训练软件系统