工作难以找到合适目标这一难题，实现对经纬仪等三轴光测设备进行日常综合训练。首先，确定系统的基本要求，并搭建硬件平台，确定该系统的工作原理。接着，利用三维建模、仿真、GUI设计等成熟技术开发仿真器软件部分。然后，通过与外系统联试，在系统各功能模块满足要求的基础上，集成并发现三维视景仿真模块占用资源过高并影响到主程序的通讯时序。最后，介绍了系统在硬、软件方面采用的针对性补偿方法。实验结果表明：通过软、硬件调整，最后将CPU、内存的占有率均降到30%以下。本系统完全满足日常训练的各项功能要求。
关键词：日常训练 Creator Vega 实时三维视景仿真 坐标转换
中图分类号：TP394.1；TH691.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）01-0000-00
1 引言
近年来，随着三轴光学测量技术不断发展，航天发射和武器试验靶场对光学设备的测控需求发生了根本性的变化，任务多样化。但往往存在平时缺乏针对性训练的问题。
本系统是某型号光学实况记录系统的一个综合模拟目标仿真系统，它能有效解决平时训练工作难以找到合适目标训练难题，能够实时仿真出的目标多达15个，同时可以对它们进行有选择的跟踪。通过对各种跟踪方式和跟踪环境的仿真，使我们可以选择最优的跟踪方案，检验跟踪方案的合理性，验证对特定任务的跟踪能力，对完成任务的能力进行全面的合理评估。为了提高仿真的真实度和可信度，采用了实时三维仿真技术、三维建模技术、同步通讯技术、异步通讯技术、网络通讯技术以及Windows多线程编程技术，实时仿真出各种飞行目标和任务天气，能比较客观的反映目标的成像情况和作用距离，评估设备的跟踪速度和加速度能否满足跟踪测量的要求，为提高设备性能，提供客观依据。
2 系统的构成及其工作原理
2.1 系统的硬件构成
本系统安装在一台工控机上，机上安装Moxa CP134异步通讯卡、Moxa C502同步通讯卡和网卡各一块。为实时显示三维仿真对象，要求高性能显卡一块。图1为该系统原理图。
图1 训练系统原理图
Fig.1 Block diagram of training system
2.2 系统的工作原理
该系统的基本工作原理为：在时统终端提供同步信号的控制下工作，通过通信模块接收外部（包括实测信息和仿真中心的相关信息），然后根据相关信息进行实时三维视景仿真：根据设置的设备站址坐标确定仿真环境中的视点位置；接收主控计算机送来的设备实测信息，控制仿真视场范围和方向；接收仿真中心的弹道信息，结合站址坐标，控制目标的飞行轨迹和姿态，根据事件命令，仿真各种事件动作及其特效，根据相关气象信息，仿真出相应的天空背景云彩效果和能见度特效。最后将实时仿真结果以标准视频的形式输出。图2为该系统结构示意图。
3 训练系统软件的关键技术
3.1 三维目标建模
平时任务中常用的几种目标会建立三维目标模型库，在实际任务前调入对应的目标模型，配合理论弹道，对操作手进行训练。
建模工具采用Multigen Creator系列软件，由美
图2 模拟训练系统结构示意图
Fig.2 Framework of simulator system
（2）
国Multigen-Paradigm公司开发，它拥有针对实时应用优化的 OpenFlight数据格式，强大的多边形建模、矢量建模、大面积地形精确生成功能，以及多种专业选项及插件，能高效、最优化地生成实时三维数据库，并与后续的实时仿真软件紧密结合，在视景仿真、模拟训练、城市仿真、交互式游戏及工程应用、科学可视化等实时仿真领域有着世界领先的地位。
3.2 三维视景驱动
系统采用Visual C++ 语言结MultiGen Vega开发视景驱动部分，Vega是一种用于实时仿真及虚拟现实应用的软件环境和工具。它主要包括两个部分：一个是被称为LynX的图形用户界面的工具箱，另一个则是基于C语言的Vega函数调用库。LynX的主要功能是通过可视化操作建立起三维场景模型，并将其存在一个应用定义文件（.ADF）中，而后应用程序就可以通过调用Vega的C语言函数库来对已建好的三维场景进行渲染驱动。
3.3 关键坐标转换
由于程序中所用数据源格式多样，坐标换算不可避免，主要坐标转换如下。
3.3.1姿态角的转换
b为箭体坐标系；v为量测坐标系；e为地心坐标系。 为弹体系到发射坐标系的坐标变换矩阵； （1）
为发射坐标系到弹体坐标系的变换矩阵
（4）
其中 为俯仰 偏航 为滚动角。
3.3.2地心系到测量系
地心系X、Y、Z变换成测站直角坐标x、y、z。
（6）
其中h为测站的高程，B为测站的纬度，L为测站的经度。
（7）
测量直角坐标到测量系的转换。
（8）
3.4 用户界面开发
程序界面设计采用图形化虚拟仪器面板设计，它是用户与仪器之间交流信息的纽带，利用计算机强大的图形化编程环境，界面设计接近真实系统，简洁、美观、易于操作，清晰地重现了实际系统的操作和响应过程。程序图形用户界面如图3。
图3 系统图形用户界面图
Fig.3 Ghaphic User Interface of simulator system
4 实验与结果
本系统包含两路串行通讯和一路网络通讯，而且包含实时性要求较高的三维视景仿真，所以控制三维仿真的资源占有率是关键，以防影响到主程序的通讯时序。因此除了程序整体功能模块的检测外，针对实时三维视景模块进行了实验，进行优化前，资源占有率过高；CPU占有率超过80%（Core II 2.83GHz），内存占有率超过70%（DDR2 4GB）；影响程序的通讯时序，甚至导致系统死机。针对这一情况，硬件方面采用高性能专业显卡，软件方面对 三维模型和视景仿真部分的特效、背景部分进行了优化。效果明显，CPU占有率、内存均降至30%以下，满足要求。
5 结语
本文介绍了针对某型号经纬仪设计的三轴光测设备日常训练系统的开发过程，介绍了所使用的关键技术及设计难点，并针对难点做了实验。实验结果证明：在软、硬件做出调整的情况下，使实时三维视景仿真模块的资源占有率降至30%以下，满足系统要求。整个系统工作稳定、性能优良，很好地解决了平时训练工作难以找到合适目标这一难题。
参考文献
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[2]周林，赵杰，娄寿春. 地空导弹弹道仿真模型.火力与指挥控制，2006，31（10）： 69-72.
[3]孙崇波，唐永刚，宁建国.基于Creator/Vega Prime的虚拟航母漫游设计.计算机仿真，2007，24（1）：222-224.
收稿日期：2014-10-09
作者简介：
马庆坤（1981一），男，汉族，河南省沈丘县人，中科院研究生院硕士学位，现工作于长春光机所光电测控部，主要从事过程监控、嵌入式开发、虚拟仿真等方面的研究；
柳玉晗（1979—），男，吉林舒兰人，本科，副研究员，主要从事靶场光电测量总体技术和计算机软件技术研究。