某型机载火力控制系统计算机仿真设计

摘要：简要介绍了机载火力控制系统的组成及建立仿真模拟系统的必要性；基于机载火控系统的一般构成及工作原理，建立了某型机载火力控制系统仿真模型；详细讨论了该仿真系统的功能；应用计算机仿真技术，对该系统进行了软硬件进行了分析与设计；经实际应用证明，该仿真系统仿真程度高，功能强，可扩展性好，成本低，能够动态描述某型战斗机在空中的飞行和攻击过程，可用于火力控制系统的教学和空、地勤人员培训，具有较高的军事及经济效益。

关键词：火力控制系统；计算机仿真；平视显示器

中图分类号：TP391 文献标识码：B文章编号：1009-3044(2008)15-10000-00

Design of Computer Simulation for Airborne Fire Control System

LI Bao-gang

（Naval Aeronautical Engineering Institute, Department of Ordnance Science and Technology, Yantai Shandong 264001,China）

ABSTRACT: It is introduced briefly about composition of airborne fire control system and necessity of simulation system. The Simulation model of fire control system is established on account of composition and fundamental of airborne fire control system. The function of simulator is discussed. Software and hardware of the simulation system are designed by application of computer simulation. It is proved that the simulation system has good function and expandability and low cost. The simulation system can be used to described the dynamic process of fighting and attacking of fighter，and to train students，pilots and ground crew. It has high military value and economic benefits.

Key Words:Fire control system;Computer simulation;Head-up Display

1 引言

战斗机的攻击过程可以描述为：使用本机所携带的各种武器（航炮、航箭、导弹、炸弹等）对敌方各种目标（空中、地面、水面、水下等）进行搜索、跟踪、瞄准和实施攻击。攻击的效果即战斗机的作战效能，它取决机、机载电子设备、机载武器、攻击战术以及飞行员的素质。随着技术的进步，计算机仿真越来越多的应用于空战过程及火力控制系统的研究[1,2]。火力控制系统(Fire Control System：FCS)是以平视显示/武器瞄准系统(Head-Up Display/Weapon Aiming System:HUD/WAS)为核心，由目标参数测量装置（机载雷达、激光测距器、红外线跟踪装置等），本机参数测量装置（惯性导航系统、大气数据系统及机载测量传感器等），以及指挥引导导航定位装置（数传、塔康、卫星定位系统等）等，组成一个保障飞行、跟踪瞄准、武器控制的综合机载系统[3]。第三代先进战斗机如苏-27、F/A-18、幻影-2000等都装备有平视显示火力控制系统，它已成为衡量战斗机先进性的重要标志之一。

火力控制系统技术复杂，价格昂贵，涉及面广。正确熟练地使用和维护火力控制系统，充分发挥其技术优势，提高飞机武器系统的作战效能，已经成为航空兵部队面临的重要课题之一。当前，利用计算机仿真技术研制仿真模拟系统，实装训练与模拟训练相结合，是提高部队战斗力的有效措施。本文基于上述思想，论述了某型机载火力控制系统仿真系统的仿真模型、功能及软硬件设计。

2 某型机载火控系统的仿真模型

电子组件是机载火力控制系统的核心，它通过接口单元接收机载电子设备的测量信号（空战环境参数），进行火控计算和控制显示。因此，对机载火力控制系统进行仿真，关键是建立反映实际空战要求的飞行环境。即在油门、脚蹬和驾驶杆的作用下，生成空速、攻击测滑角、姿态角、姿态角速度等有关状态参数，并实时将参数传递到大气数据计算机仿真器(Air Data Computer Simulator：ADCS)、惯导和无线电高度表仿真器(Inertial Navigation /Radio Height Simulator：IN/RHS)、雷达仿真器(Radar Simulator：RADS)等。由ADCS仿真出随飞行状态变化的大气数据参数（气压高度、指示空速、真空速、迎角、空气密度比、马赫数和垂直升降速度等），由IN/RHS仿真出导航参数（飞机地速、飞机偏流角、飞机姿态角、无线电高度等），由RADS仿真出目标参数（目标距离变化率、扭转板方位俯仰角、扭转板方位俯仰角速度等）。从而模拟出一个真实的空中飞行环境。任务计算机仿真器(Mission Computer Simulator：MCS)采集操作机构的信号，并实时接收环境参数，进行火控解算，并生成供飞行员操纵驾驶和瞄准攻击使用的平显画面[4]。某型火控系统的仿真模型如图1所示。

3 仿真系统的功能

该仿真系统可对某型飞机的火控系统进行动态数字仿真。任务计算机根据人工模拟的大气数据计算机、雷达、导航系统等机载电子设备提供的仿真数据以及人工输入的装定数据，对各种瞄准状态进行实时计算，并将计算结果通过共享存贮器，传送给平显字符产生器，实现平显火控画面的动态显示。显示部件将字符产生器送来的画面显示电信号，通过阴极射线管(CRT)和光学系统转换成可见信号，以平行光形式投影到无穷远处叠加在外界背景上，显示在驾驶员的正前方[5]。具体功能如下：

（1）可对飞机的自检、进场着陆、导航、各种攻击瞄准进行动态/静态显示；

（2）显示画面具有删除和恢复功能；

（3）画面的切换显示可通过平显字符产生器的前面板按钮操作来实现，也可通过任务计算机的屏幕窗口由鼠标器来控制实现；

（4）可与其它航电系统进行综合，具有较强的可扩展性。只需对软件进行修改，即可移植到其他机种火控系统的数字仿真中。

4 硬件设计

如图1中所示的任务计算机仿真器、大气数据计算机仿真器、惯导/高度表仿真器和雷达信号仿真器分别由四台PC机担任，平视显示器和驾驶员操纵机构采用实际装备，任务计算机与符号发生器之间通过双端口RAM实现高速并行通讯。各单元之间由高速以太网连结。下面主要介绍一下该系统的核心部件：双端口存储器和符号发生器。

4.1 双端口存储器

双端口存储器是交换信息双方的CPU将存储器信息交换窗口作为自己存储器的一部分，CPU对该窗口的操作如同对自己的存储器进行操作，通过该窗口便可实现高速、可靠地双机通信。典型的双端口存储器原理框图如图2所示。

4.2 符号发生器

符号发生器是平视显示火控系统的核心部件。它的基本功能是在计算机的输出指令控制下，接收所画符号的参数及命令，产生所需要的X和Y两个方向的模拟偏转电压，送到偏转电路，控制CRT屏幕上电子束的运动，实现画符号。同时产生一个辉亮信号去控制管子的栅极电压，确定所画符号的亮和暗。从平显火控系统的工作状态画面可以看出，显示器显示的是一些数字、字母、圆及可变的图形。由于任何复杂的图形，都可以分解成直线和曲线两部分，而曲线又可以用许多短的直线来逼近。因此，任何复杂的图形都可以用各种长短不同的直线段来逼近。本文参考某型平显符号发生器的结构，设计了适用于仿真的符号发生器，主要由线产生电路、圆产生电路、字符（数字和字母）产生电路及控制电路所组成，如图3所示。

5 软件设计

该仿真系统的软件设计采用VC++6.0开发环境，画面具有真实座舱风格，能够模拟空对空攻击、空对地攻击、起飞着陆等十多种工作状态，可供使用的武器有航炮、航箭、导弹和炸弹等多种武器[6]。对于武器攻击和目标机动，本文引入综合判据进行描述。所谓综合判据就是在攻击过程中攻击机根据空战态势应该如何机动，武器应在什么情况下使用所应遵循的原则和规律。用专家系统来描述和建立攻击过程综合判据，实际上就是要构造一个“软件化”的计算机驾驶员操纵飞机进行空战。这个计算机驾驶员像真飞行员一样，根据空战态势和有关信息对飞机实施机动操纵，并抓住时机使用机载武器对目标进行攻击。至机对操纵的反应如何，以及武器发射后能否命中目标，则完全取决机的性能。

软件共包含七个模块，它们分别是：（1）系统管理模块；（2）飞行状态数据采集仿真模块；（3）雷达信号仿真模块；（4）大气机仿真模块；（5）惯性导航仿真模块；（6）火控任务计算机仿真模块；（7）平显画面显示模块。具体的软件结构示意如图4所示。

6 结束语

目前，以航空火力控制系统等为研究对象的各类仿真系统及模拟器在军事训练、部队人员培训、院校教学等多种领域正日益得到广泛的应用。该火力控制系统仿真系统采用模块化设计，扩展性好，通用性强，只需增添相应的功能模块，即可实现对其它机型火控系统的仿真任务。其总体设计合理、功能齐全，仿真环境逼真，现已成功应用于教学和培训之中。它能够替代实装对飞行员及地勤人员进行模拟训练和培训，即大大降低了训练成本，又显著提高了训练效果，从而减少了实际飞行事故的发生，具有较高的经济及军事应用价值。

参考文献：

[1] 姜国卫，方澄，等. 飞行模拟器火控仿真系统[J]. 火力与指挥控制，2004,29(1):77-79.

[2] 王金全，夏英明. 机载火力控制系统的发展研究[J]. 电光与控制，2000,(1):44-51.

[3] 陆彦，周志刚，等.航空火力控制技术.北京：国防工业出版社[M]，1994,(6):392-433.

[4] 李伯虎，王行仁，黄柯棣，等. 综合仿真系统研究[J]. 系统仿真学报，2000，12(5):429-434.

[5] 夏英明. 关于平视显示器的改进意见[J]. 电光与控制，2003,10(4):63-66.

[6] 黄安祥，刘长华，等. 现代军机飞行仿真系统的研究[J]. 系统仿真学报，2001，13(2):259-262.

收稿日期：2008-03-26

作者简介：李保刚（1978-），男，河北武邑人，本科，讲师，主要研究方向为航空兵器工程，计算机仿真，计算机测控技术。