潜艇作战三维视景仿真系统设计与实现

潜艇武器发射系统发射控制阀三维流场数值仿真本文主要介绍潜艇武器发射系统发射控制阀的三维流场数值仿真。

该系统是潜艇的重要组成部分，用于控制潜艇的武器发射，在潜艇的战斗效能中发挥着重要的作用。

针对潜艇武器发射系统发射控制阀的特点和工作原理，本文基于CFD软件，利用三维流体动力学数值仿真方法，对发射控制阀的流场进行分析和优化设计。

在仿真过程中，我们首先进行了潜艇发射控制阀结构的建模和网格生成工作，保证了仿真的准确性和可靠性。

然后，我们通过数值模拟计算，得到了发射控制阀在不同工况下的流场分布和特性，对发射控制阀的关键参数进行了分析和评估。

仿真结果显示，在不同工况下，潜艇武器发射系统发射控制阀的流场分布和特性存在较大差异。

在优化设计过程中，我们针对这些差异，采取了一系列的优化措施，包括改善流场分布、优化流形设计、优化材料选用等，从而降低了系统的阻力、提高了系统的稳定性和耐用性。

在本文的三维流场数值仿真分析中，我们深入研究了潜艇武器发射系统发射控制阀的流场特性和优化技术，为潜艇武器发射系统的设计和优化提供了重要的参考和指导，有利于提高潜艇的战斗效能和作战能力。

为了更好地理解潜艇武器发射系统发射控制阀的三维流场数值仿真结果，我们需要进行数据分析。

在本文中，我们将介绍一些关键的仿真数据，包括流量、压力、速度分布等。

这些数据对于了解发射控制阀的性能和优化具有极大的参考价值。

首先，我们来看流量方面的数据。

在仿真中，应用不同的边界条件，模拟潜艇武器发射系统发射控制阀在不同条件下的流量。

通过统计仿真结果，我们可以得到流量随时间、位置的变化情况。

在设计优化过程中，流量是一个非常重要的参数，我们需要确定流量的最佳值，以实现有效的武器发射控制和高效的能量利用。

因此，我们需要对流量进行详细的分析和评估。

接下来，我们来看压力方面的数据。

在仿真中，我们可以得到每个流场单元的压力。

通过分析流场压力的分布和变化，我们可以了解到发射控制阀在不同条件下的压力状态，进而针对其压力特性进行调整和优化。

潜艇动力系统的建模与仿真潜艇作为一种具有隐蔽性和威力的水下作战平台，其动力系统的可靠性和效率对其执行任务的成功至关重要。

因此，潜艇动力系统的建模与仿真成为了提高潜艇性能的重要手段。

一、潜艇动力系统的组成潜艇动力系统由多个组成部分构成，包括主机、电池、储气罐以及控制系统等。

主机通常由柴油发动机和电动机组成，柴油发动机负责潜艇水面行驶时的动力提供，而电动机则负责潜艇水下行驶时的推进。

电池和储气罐则负责储存能量，供给电动机使用。

控制系统则负责对这些组成部分进行协调和控制，以保证潜艇动力系统的正常运行。

二、潜艇动力系统的建模潜艇动力系统的建模是指将其各个组成部分及其相互作用关系抽象成数学模型，以便进行仿真和优化。

建模的过程可分为以下几个步骤：1. 确定建模的精度建模的精度应根据实际需求进行确定，精细度越高，模型的复杂度和计算量就越大。

因此，在进行建模过程中，需要权衡建模精度和计算效率。

2. 确定建模的尺度潜艇动力系统包括多个尺度的组成部分，如柴油发动机、电动机等。

在建模时，需根据各个组成部分的特性以及模型的需求，确定合适的尺度。

3. 基于物理原理建立方程建模的核心是建立各个组成部分之间的物理方程，例如燃烧方程、动力传输方程等。

这些方程需要基于物理原理，并考虑多种因素的影响，如温度、压力、转速等。

4. 引入外部环境和控制系统潜艇的运行环境和外部条件对其动力系统有着重要的影响，因此，在建模过程中，需要考虑这些因素，并将其融入到模型中。

同时，控制系统的作用也需要加以考虑，以模仿潜艇动力系统的实际运行方式。

三、潜艇动力系统的仿真潜艇动力系统的仿真是指根据建立的模型，通过计算机模拟潜艇动力系统的运行。

仿真过程可以通过数值计算方法，如有限元法、差分法等，进行求解。

其主要步骤包括：1. 确定仿真的目标仿真的目标应根据实际需求进行确定，可以是对潜艇动力系统性能的评估，也可以是对新设备和技术的验证。

不同的仿真目标需要选择不同的仿真方法和参数。

第４３卷第６期２０２１年１２月指挥控制与仿真ＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ＆ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＶｏｌ ４３㊀Ｎｏ ６Ｄｅｃ ２０２１文章编号：１６７３⁃３８１９（２０２１）０６⁃００７８⁃０６舰艇作战系统模拟训练一体化设计研究王永洁，陆铭华，吴金平，薛昌友（海军潜艇学院，山东青岛㊀２６６１９９）摘㊀要：模拟训练是舰艇作战系统的一项重要功能㊂提出舰艇作战系统模拟训练一体化设计，把作战系统模拟训练软件部署到舰艇作战系统的全舰计算环境中㊂分析了舰艇作战系统模拟训练的功能需求，设计了作战系统模拟训练软件的体系结构㊁部署方式㊁接口通信和流程方式，设计了作战系统模拟训练软件的仿真模型体系结构，并给出了应用实例，验证了设计方案的可行性㊂设计方案能够适用于各种类型舰艇作战系统模拟训练功能的研制，具有较强的可操作性㊂关键词：舰艇；作战系统；模拟训练；一体化；软件设计；模型设计中图分类号：Ｅ２５１；Ｅ９４㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃３８１９．２０２１．０６．０１４ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＴｒａｉｎｉｎｇＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆＷａｒｓｈｉｐＣｏｍｂａｔＳｙｓｔｅｍＷＡＮＧＹｏｎｇ⁃ｊｉｅ，ＬＵＭｉｎｇ⁃ｈｕａ，ＷＵＪｉｎ⁃ｐｉｎｇ，ＸＵＥＣｈａｎｇ⁃ｙｏｕ（ＮａｖｙＳｕｂｍａｒｉｎｅＡｃａｄｅｍｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６１９９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｗａｒｓｈｉｐｃｏｍｂａｔｓｙｓｔｅｍ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｗａｒｓｈｉｐｃｏｍｂａｔｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｄｅｐｌｏｙｅｄｉｎｔｈｅＴＳＣＥｏｆｗａｒｓｈｉｐｃｏｍｂａｔｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｆｕｎｃ⁃ｔｉｏｎｄｅｍａｎｄｏｆｗａｒｓｈｉｐｃｏｍｂａｔｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｉｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ，ｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｆｌｏｗｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅｍｏｄｅｌｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｘａｍｐｌｅｉｓｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｄｅｓｉｇｎｐｌａｎｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄ．Ｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｐｌａｎｏｆｗａｒｓｈｉｐｃｏｍｂａｔｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｉｓａｐｐｌｉｃａｂｌｅｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆｗａｒｓｈｉｐｃｏｍｂａｔｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｎｄｉｔｈａｓｇｒｅａｔｍａｎｅｕｖｅｒ⁃ａｂｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｒｓｈｉｐ；ｃｏｍｂａｔｓｙｓｔｅｍ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｒａｉｎｉｎｇ；ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ；ｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎ；ｍｏｄｅｌｄｅｓｉｇｎ收稿日期：２０２１⁃０５⁃２３修回日期：２０２１⁃０７⁃２３作者简介：王永洁（１９７９ ），男，安徽淮南人，博士，副研究员，研究方向为舰艇作战软件与仿真㊂陆铭华（１９６３ ），男，博士，教授㊂㊀㊀舰艇作战系统除了具有作战功能以外，还应具备在非作战环境下的模拟训练功能，以配合舰艇人员进行作战指挥和装备操作的训练㊂参考文献［１］提出由导演台㊁蓝方台和接口设备嵌入舰艇作战系统中进行模拟训练；参考文献［２］提出采用嵌入式仿真设备进行舰艇作战系统的模拟训练和作战实验；参考文献［３］提出建立试训一体化协同仿真应用系统，把分散的试训资源组合，开展舰艇作战系统的联合作战试验和模拟训练㊂随着舰艇作战系统的不断发展，舰艇作战系统采用开放分布式体系结构（ＯＡ）㊁模块化设计和一体化设计［４］，具有强大的全舰计算环境（ＴＳＣＥ）［５］，采用多功能通用显控台，并且通过 综合海上网络和企业服务 融入海军海上网络环境中［６］㊂本文提出基于实装的舰艇作战系统模拟训练一体化设计，采用面向服务体系结构（ＳＯＡ）开发舰艇作战系统模拟训练软件，并将作战系统模拟训练软件部署到舰艇作战系统全舰计算环境（ＴＳＣＥ）中，纳入舰艇作战系统的一体化网络中，直接与作战系统中各分系统进行信息交互，并通过海上网络环境与外部训练系统开展多平台联合模拟训练㊂模拟训练一体化设计有利于舰艇作战系统的结构优化和硬件效率提升，并且能够借助全舰计算环境完成更多的模拟训练功能㊂１㊀舰艇作战系统模拟训练功能需求舰艇作战系统模拟训练软件应当具备嵌入式模拟训练仿真器的所有功能，包括训练背景设置㊁舰艇作战系统驱动㊁舰艇机动仿真㊁舰载传感器效果仿真㊁舰载武器弹道仿真㊁计算机生成兵力㊁训练控制与管理等［１］㊂除此之外，借助舰艇作战系统基础设施，作战系统模拟训练软件要具备以下功能㊂１ １㊀训练评估功能通过采集训练数据，包括训练过程中红蓝双方的命令动作（决策数据）㊁海区环境数据㊁传感器探测数据㊁武器发控数据等信息，能够对鱼雷㊁导弹㊁水声对抗器材等武器作战效果进行评估，对舰艇人员训练水平进行评估㊂对舰艇人员训练水平评估包括操作人员的. All Rights Reserved.第６期指挥控制与仿真７９㊀装备操作水平和指挥人员的作战指挥水平㊂训练评估方式有两种：①单次训练实时评估，比如一次导弹攻击训练，训练结束就给出本次训练的评估结果㊂②多次训练统计评估，通过数据挖掘，对多次训练记录数据进行分析评估㊂比如，在相同训练背景条件下，采用不同作战方法会有不同的作战效果，通过统计分析可以评估指挥人员的作战指挥水平㊂１ ２㊀多平台联合训练功能舰艇与其他平台进行联合训练，不需要本地通过ＣＧＦ（计算机生成兵力）生成红方配合兵力或蓝方对抗兵力，训练范围更加广泛，训练效果更加逼真㊂本地作战系统模拟训练软件可以作为多平台联合训练网络的节点接口与外部训练系统互联，由外部训练系统通过企业服务总线（ＥＳＢ）把训练信息实时传送到本地作战系统模拟训练软件，本地作战系统模拟训练软件把本舰训练信息通过企业服务总线（ＥＳＢ）实时传送到外部训练系统㊂１ ３㊀作战方案推演功能作战系统模拟训练软件不仅要具备舰艇作战系统模拟训练功能，还要能够对作战方案进行推演，以便让舰艇人员及时修改完善作战方案，并展开针对性训练㊂作战方案推演包括推演数据准备㊁推演过程控制㊁推演结果分析评估等㊂作战方案推演有两种方式：①全自动推演，完全用作战系统模拟训练软件进行作战推演，本地装备不参与推演，优点是推演速度快，节约时间，为了完成此功能，作战系统模拟训练软件要具备舰艇决策㊁传感器探测和武器发控等所有作战功能的模拟；②半实物推演，利用本舰实际装备和人员，配合作战系统模拟训练软件完成全过程作战推演，优点是推演逼真度高，同时可以训练本舰人员㊂２㊀舰艇作战系统模拟训练一体化设计方案２ １㊀舰艇作战系统模拟训练软件结构设计面向服务体系结构（ＳＯＡ）是基于多层软件结构㊁中间件技术和软件组件技术的结构：多层体系结构降低了系统复杂度，提高了系统灵活性㊁扩展性；中间件技术屏蔽了异构系统之间的差异，实现系统间的互联；软件组件技术提高了软件生产率［７］㊂作战系统模拟训练软件采用面向服务体系结构设计，目的是方便软件开发㊁部署㊁运行和维护管理，合理划分软件层次和功能模块，可以降低软件复杂度，有利于软件局部升级改造［８］，模块化设计有利于软件功能的灵活配置㊂作战系统模拟训练软件体系结构如图１所示，逐层向上提供支撑，自下而上分为系统层㊁基础服务层㊁功能模块层和应用层㊂图１㊀舰艇作战系统模拟训练软件体系结构㊀㊀系统层主要包括计算机操作系统和数据库系统，数据库提供模拟训练所需的各种原始数据㊁中间数据以及训练结果数据存储查询等㊂基础服务层主要提供底层公共服务，图形界面开发控件㊁海图控件和三维视景组件用于提供软件的界面开发；公共服务组件是一组作战模拟通用的基础服务组件，为上层软件提供公共基础服务，包括命名服务㊁消息服务㊁数据服务和管理服务等［７］；ＤＤＳ中间件用于作战系统模拟训练软件与作战系统各成员进行信息交互；ＥＳＢ中间件用于作战系统模拟训练软件与外部训练系统进行信息交互；数据库访问中间件［９］用于各软件功能模块与数据库系统的数据访问与交互㊂功能模块层是完成作战模拟的核心层，总体控制模块用于整个软件流程控制，作战态势递推模块按照一定时间步长推进作战态势㊂作战系统接口通信模块用于完成与作战系统内指控系统㊁导航系统等分系统. All Rights Reserved.８０㊀王永洁，等：舰艇作战系统模拟训练一体化设计研究第４３卷的信息交互㊂外部训练系统接口通信模块用于完成与外部训练系统的信息交互㊂兵力行为功能模块是通过ＣＧＦ产生红方配合兵力和蓝方对抗兵力，并模拟其作战行为㊂武器行为功能模块是用于模拟本平台㊁蓝方兵力和配合兵力产生的鱼雷㊁导弹等所有武器的行为㊂作战环境功能模块用于模拟水声㊁大气㊁电磁等作战环境㊂评估计算功能模块完成舰艇作战系统模拟训练的评估㊂应用层是用于实现模拟训练开展㊁控制㊁分析等功能，主要包括出题想定编辑㊁图形表页显示㊁人机信息交互㊁配合兵力控制㊁推演控制和训练评估重演㊂２ ２㊀舰艇作战系统模拟训练软件部署现代舰艇作战系统采用开放的分布式体系结构和模块化设计，配备多功能通用显控台，硬件具有通用性，软件功能可重组［６］㊂作战系统模拟训练软件作为舰艇作战系统的一部分可以部署在全舰计算环境（ＴＳＣＥ）中的服务器里（见图２），产生仿真训练环境，通过作战系统一体化网络直接与作战系统中其他子系统进行信息交互㊂图２㊀舰艇作战系统模拟训练软件部署２ ３㊀舰艇作战系统模拟训练软件接口设计现代舰艇作战系统采用数据分发服务（ＤＤＳ）和企业服务总线（ＥＳＢ）两种信息交互方式㊂前者适用于实时应用，后者适用于异构大系统［１０］㊂ＤＤＳ是专门为实时系统设计的数据分发标准［１１］，作战系统模拟训练软件采用ＤＤＳ交互方式与指控系统㊁导航系统㊁探测系统㊁武器系统和通信系统进行信息交互㊂在进行多平台联合训练时，作战系统模拟训练软件通过广域分布式网络基础环境和ＥＳＢ交互方式［３］与外部训练系统进行信息交互，如图３所示㊂２ ４㊀舰艇作战系统模拟训练软件流程设计舰艇作战系统模拟训练软件流程采用实时多任务方式设计，多个任务由不同线程去执行，软件包括作战过程模拟主线程㊁配合兵力子线程和通信子线程，如图４所示㊂２ ４ １㊀作战过程模拟主线程作战过程模拟主线程完成软件的总体控制和作战过程模拟㊂训练开始后，首先根据训练模式读入想定参数，如果是作战方案推演模式，读入作战方案推演方图３㊀舰艇作战系统模拟训练软件信息交互方式图４㊀舰艇作战系统模拟训练软件流程图案的ｘｍｌ文件；如果是模拟训练模式，从模拟训练题库中读入初始训练内容，并可对其进行修改编辑㊂然后，从参数数据库中读入兵力㊁武器和环境等参数，生成训练环境㊂如果作战方案推演模式不是全自动推演，需要与舰艇作战系统其他子系统信息交互，要创建通信线程㊂如果需要本地ＣＧＦ生成配合兵力，包括红方配合兵力或蓝方对抗兵力，则要创建配合兵力线程㊂在第６期指挥控制与仿真８１㊀每一个时间步长内，主线程把信息发送至配合兵力线程和通信线程，然后进行作战过程单步模拟，再接收配合兵力线程和通信线程的信息㊂主线程把模拟训练过程以图形表页的方式显示，并把相关数据写入训练过程数据库㊂当训练（推演）结束后，根据需要调用训练过程数据库中的数据，进行训练（推演）评估重演㊂２ ４ ２㊀配合兵力子线程配合兵力子线程完成红方配合兵力和蓝方对抗兵力的行为模拟㊂根据训练模式，如果需要本地ＣＧＦ生成配合兵力，则创建配合兵力子线程㊂在每一个时间步长内，接收主线程的态势参数信息，进行红方配合兵力和蓝方对抗兵力的单步行为模拟，包括情报处理㊁攻防决策和战术机动，再把红方配合兵力和蓝方对抗兵力的信息发送至主线程㊂当接收到主线程训练结束消息后，子线程结束㊂２ ４ ３㊀通信子线程通信子线程完成作战系统模拟训练软件与舰艇作战系统各子系统㊁外部训练系统的接口通信㊂根据训练模式，如果需要与舰艇作战系统各子系统或外部训练系统信息交互，要创建通信子线程㊂通信子线程采用数据分发服务（ＤＤＳ）完成作战系统模拟训练软件与舰艇作战系统各子系统的接口通信，采用企业服务总线（ＥＳＢ）完成作战系统模拟训练软件与外部训练系统的接口通信㊂当接收到主线程训练（推演）结束消息后，子线程结束㊂如果进行全自动推演，由作战系统模拟训练软件自主模拟作战系统所有功能，则不需要该线程㊂３㊀舰艇作战系统模拟训练模型体系设计从舰艇作战角度来考虑，以模型的功能和类型划分，舰艇作战模型体系主要分为基础类模型㊁平台装备类模型㊁武器类模型㊁平台类模型和评估类模型［１２］㊂这几类模型之间存在相互关系如图５所示㊂图５㊀舰艇作战系统模拟训练模型体系结构㊀㊀模型体系的建立过程是先分层，后进行模块划分㊂模型体系的模块化设计有利于软件组件化实现，可以提高作战系统模拟训练软件的重用性㊁共享性和可扩展性［１３］，作战系统模拟训练软件可适用于不同类型的舰艇作战系统㊂模型分层的基本依据是根据模型之间的调用关系，各层模型功能如下：１）基础类模型提供了上层模型所需的基本模型，为武器模型和平台装备模型提供支持，构成仿真兵力实体运行的底层支撑模型㊂例如，水声探测模型是传感器探测㊁传感器操作以及鱼雷／水声对抗武器仿真过程的公共模型㊂２）平台装备类模型和武器模型建立了舰艇㊁潜艇㊁飞机等兵力平台的各种装备模型以及搭载的各型武器模型，建模的依据是装备及武器的性能，例如，传感器８２㊀王永洁，等：舰艇作战系统模拟训练一体化设计研究第４３卷的性能指标，鱼雷㊁导弹运动规律等㊂３）平台类模型建立了舰艇㊁潜艇㊁飞机等兵力平台的行为模型，主要描述平台实体根据外界环境和自身状况做出的决策和采取的行为㊂例如，对抗条件下的蓝方兵力指挥决策模型㊂４）评估类模型是用于评判一次对抗胜负㊁评估作战方案推演效果㊁评估武器作战效能和评估人员的训练水平㊂５）基础数据层为上层模型提供各种数据资源的支持，实现了模型和数据的分离和动态配置㊂模型体系的模块化㊁分层化设计使得软件应用层可以针对特定训练任务灵活组织调用模型和数据，从而生成舰艇作战模拟所需的各种基本要素，例如各种兵力㊁武器㊁作战环境等㊂作战系统模拟训练软件在不同使用模式下，调用的模型也不同，主要分为以下３种方式㊂１）单平台训练模式在此种模式下，调用红方配合兵力和蓝方对抗兵力的平台模型㊁平台装备模型来模拟红方配合兵力和蓝方对抗兵力作战过程，本舰的所有行为是真实的人员训练操作㊂需要调用武器模型来模拟红蓝双方的武器交战过程，调用评估模型来评判作战结果，评估作战效果㊁武器作战效能和人员训练水平㊂２）单平台推演模式在此种模式下，当进行全自动推演时，需要调用训练水平评估模型之外的所有模型，来对整个作战过程进行仿真推演和效果评估，允许人工干预替代红蓝双方的兵力行为模型；当进行半实物推演时，本舰采用真实的平台装备，不需要调用平台模型和平台装备模型来模拟本舰行为，训练水平评估模型也无须调用㊂３）多平台训练模式在此种模式下，红方配合兵力和蓝方对抗兵力采用真实兵力或者由外部训练系统虚拟产生，红方配合兵力和蓝方对抗兵力所发射的武器由其自身作战系统模拟训练软件模拟或者由外部训练系统模拟，作战评判㊁效果评估和训练水平评估等由外部训练系统完成㊂本舰的所有行为是真实的人员训练操作，只需要调用武器模型来模拟本平台发射的武器㊂４㊀应用实例某潜艇作战系统的仿真系统组成如图６所示，在该仿真系统网络中加入一个作战系统模拟训练的计算机节点，用于部署潜艇作战系统模拟训练软件㊂按照本文设计方案开发的潜艇作战系统模拟训练软件主界面如图７所示㊂图６㊀潜艇作战系统仿真系统示意图图７㊀潜艇作战系统模拟训练软件主界面本文以 潜艇鱼雷攻击水面舰艇 训练为例，模拟训练过程如下：１）该仿真系统中和鱼雷攻击训练相关的导航㊁指控㊁鱼雷㊁声呐等计算机开机，并进入联机训练模式；２）启动作战系统模拟训练软件，并与导航㊁指控㊁鱼雷㊁声呐等计算机互联，联通后作战系统模拟训练软件主界面下方的联通标示显示为绿色；３）作战系统模拟训练软件进行 初始设置 ，完成 潜艇鱼雷攻击水面舰艇 的初始态势设置，并将相关参数分发给作战系统相关计算机；４）该仿真系统中导航㊁指控㊁鱼雷㊁声呐等计算机操作人员相互配合，完成一次 潜艇鱼雷攻击水面舰. All Rights Reserved.第６期指挥控制与仿真８３㊀艇 的模拟训练，各计算机将训练参数分发给作战系统模拟训练软件，训练过程如图８所示㊂图８㊀潜艇鱼雷攻击水面舰艇训练过程５）训练结束后，作战系统模拟训练软件将模拟训练过程数据保存，并可以对本次训练进行评估和重演㊂应用实例表明，舰艇作战系统模拟训练一体化设计方案切实可行㊂５㊀结束语１）舰艇作战系统模拟训练功能设计采用作战系统模拟训练软件形式，部署到舰艇作战系统全舰计算环境（ＴＳＣＥ）中的服务器里，作战系统模拟训练软件采用ＤＤＳ交互方式与作战系统各分系统进行信息交互，采用ＥＳＢ交互方式与外部训练系统进行信息交互㊂２）作战系统模拟训练软件体系结构采用层次化㊁模块化设计，自下而上分为系统层㊁基础服务层㊁功能模块层和应用层，有利于软件的开发㊁部署㊁运行和维护管理㊂㊀㊀３）作战系统模拟训练软件模型体系同样采用层次化㊁模块化设计，分为基础类模型㊁平台装备类模型㊁武器类模型㊁平台类模型和评估类模型，软件应用层可以针对特定训练任务灵活组织调用模型和数据㊂４）本文提出的舰艇作战系统模拟训练一体化设计方案，能够适用于各种舰艇作战系统模拟训练功能的研制，具有很强的可操作性㊂参考文献：［１］㊀陆铭华，赵琳．舰载综合训练仿真器原型方案设计及控制技术［Ｊ］．系统仿真学报，２００４，１６（１１）：２４３８⁃２４４０．［２］㊀刘永辉，林平．嵌入式仿真在舰艇作战系统的应用［Ｊ］．军事运筹与系统工程，２０１１，２４（６３）：１７⁃１９．［３］㊀刘高峰，陈佳俊．舰艇作战系统试训一体化协同仿真环境构建［Ｊ］．指挥控制与仿真，２０１７，３９（５）：７２⁃７５．［４］㊀张仁茹，左艳军，高天孚，等．国外潜艇作战系统发展综述［Ｊ］．舰船科学技术，２０１１，３３（６）：１２⁃１３．［５］㊀王达，左艳军，郭俊．美国海军新一代水面舰艇作战系统体系架构［Ｊ］．指挥控制与仿真，２０１８，４０（１）：１３５⁃１３６．［６］㊀罗浩，陶伟，严科伟．国外典型舰艇作战系统及其关键技术分析［Ｊ］．指挥控制与仿真，２０１８，４０（６）：１３７．［７］㊀史扬，董汉权，陆铭华．面向服务的可组合可重用仿真技术研究［Ｊ］．系统仿真学报，２０１４，２６（７）：１２６⁃１２７．［８］㊀黄坤，石朝明，董晓明，等．面向服务的舰艇作战系统集成框架研究与原理验证［Ｊ］．中国舰船研究，２０１３，８（５）：２⁃３．［９］㊀石宾．通用数据访问接口中间件的设计与应用［Ｊ］．电子科技，２０１６，２９（７）：６４⁃６６．［１０］潘镜芙，董晓明．水面舰艇作战系统的回顾和展望［Ｊ］．中国舰船研究，２０１６，１１（１）：１０⁃１１．［１１］任棕诜，任雄伟．ＤＤＳ在模拟训练系统中的应用研究［Ｊ］．计算机与数字工程，２０１６，４４（２）：２３７⁃２３８．［１２］王永洁，陆铭华，史扬．基于组件技术的分布式潜艇作战仿真系统［Ｊ］．火力与指挥控制，２０１４，３９（９）：１７６⁃１７７．［１３］孙光明，王大志．海上作战方案推演系统仿真模型体系研究［Ｊ］．舰船电子工程，２０１６，３６（８）：１３⁃１５．（责任编辑：胡志强）. 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潜艇作战综合仿真研究系统SimuWorks仿真支撑平台在海军某部潜艇作战综合仿真研究系统中的应用一、概述二、系统构成及主要功能2.1 SimuEngine2.2 SimuBuilder2.3 成员仿真系统三、系统主要特点一、概述潜艇作战综合仿真研究系统是一个用于常规潜艇和核潜艇作战系统研究的一体化仿真平台，它既可以对在役、在研的潜艇作战系统进行效能评估，也可以对新型潜艇作战系统进行设计和试验。

该仿真研究系统不但人机界面友好，而且应该基于HLA高层仿真体系结构实现，为潜艇作战系统研究技术人员提供一套高效、方便的集建模、调试、运行为一体的支撑环境。

SimuWorks是一个先进的仿真支撑系统，由于其具备开放性强、界面友好、功能强大等特点，很好地满足了潜艇作战综合仿真研究系统的要求。

二、系统构成及主要功能潜艇作战综合仿真研究系统体系结构如图 1所示。

SimuWorks运行于微机Windows平台（包括Windows 9x/Me/NT/2000/XP等），由仿真引擎SimuEngine和模型开发环境SimuBuilder组成。

2.1 SimuEngineSimuEngine主要提供仿真底层调用和运行支撑功能，由底层仿真支撑、HLA/RTI运行支撑和成员运行支撑等三部分组成。

2.1.1 -底层仿真支撑底层仿真支撑为整个仿真系统的提供最低层的仿真功能调用，主要包括：·实时数据库·变量内存映射与共享·任务生成、运行与调度·在线数据读取与修改2.1.2 HLA/RTI运行支撑SimuEngine提供了对HLA协议的支持，为整个仿真系统中各成员之间的网络实时和同步运行提供支撑。

2.1.3 成员运行支撑为了实现对单个成员的仿真提供运行支撑，应该包括以下功能：·实时数据的显示·态势选取和存储·仿真进程控制·故障设置·仿真速度设置·冻结与解冻2.2 SimuBuilderSimuBuilder提供了一个可视化的模型开发环境，能在仿真运行过程中以在线、交互方式实现仿真模型的设计、修改，不需要编译和连接，不需要仿真工程师再面对复杂的计算机程序，只要按照被仿真对象的实际物理过程进行图元连接，就建立完整的仿真系统数学模型，简化模型建立、调试过程。

第19卷第3期计算机仿真2002年5!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!月文章编号：1006-9348（2002）03-0008-04潜艇航行训练模拟器视景仿真中的三维场景显示王益鸟，赵琳，王国夫（哈尔滨工程大学自动化学院，黑龙江哈尔滨150001）摘要：该文主要论述了在潜艇航行训练模拟器三维视景仿真中，把三维模型投影到屏幕坐标系当中的方法。

该方法是利用Direct3D的几何管道，使模型中顶点依次经过世界变换、视变换、投影变换和屏幕裁减最后输出到光栅上。

关键词：模拟器；视景仿真；三维场景；Direct3D中图分类号：TP391文献标识码：A!引言现代化潜艇对艇员的实际操作水平提出了很高的要求，而常规的海上训练经费高、周期长、风险大，特别是战术对抗、应急操纵等演练则无法在海上进行实际训练。

利用“模拟训练”这一先进手段，在系泊状态下对艇员进行导航和操艇的综合训练，实现业务部门对艇员操作的考核和评估，并配合其它部门协同进行战术训练，则成为必要而可行的方法。

潜艇航行训练模拟器是以潜艇动力学仿真模型为依据，结合艇员实际操作过程，利用计算机仿真技术模拟潜艇正常条件下车、舵、水、气的使用，在不同海区和不同海况下，实现均衡、注排水、水下操纵等，而且可以模拟应急条件下（舱室破损进水、舵卡）的潜艇运动，实现艇员的应急操纵训练［1］。

视景这一环节解决如何从视觉角度营造一个逼真的训练环境，其显示效果的真实程度和实时性，在很大程度上决定着模拟器的训练效果。

怎样用小的投资实现满足要求的实时视景，一直是模拟器材的一个技术重点和难点。

该模拟器供艇员在潜艇系泊状态下训练使用，视景系统运行在工业级便携机上，操作系统采用Windows98，利用VisuaI C++和DirectX开发。

视景系统三维场景的模拟主要包括潜艇三维运动姿态的模拟和海洋环境的模拟。

第38卷第5A 期2016年5月舰船科学技术SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol．38，No．5A May ，2016潜艇控制台中的嵌入式视频系统设计及仿真牛庆丽，于海燕（郑州科技学院信息工程学院，河南郑州450064）摘要：随着嵌入式技术、DSP 以及网络通信技术的不断发展，越来越多的人机交互系统被应用到各行各业。

借助于半导体和ASIC 芯片技术的飞速发展，嵌入式芯片的性能也在不断地增强。

视频系统是人机交互中不可或缺的一部分，而嵌入式芯片的发展极大地促进了视频系统的普及。

潜艇控制台中早已加入了视频系统。

如何有效利用控制台面积已成为潜艇视频系统设计的关键。

本文通过分析潜艇控制台对视频系统的要求设计了一套嵌入式视频系统。

关键词：嵌入式；人机交互；潜艇；控制台中图分类号：U665．26文献标识码：A文章编号：1672－7649（2016）5A －0175－03doi ：10.3404/j.issn.1672－7649.2016.5A.059Design and simulation of embedded video system in submarine consoleNIU Qing-li ，YU Hai-yan（College of Information Enginerring ，Zhengzhou University of Science andTechnology ，Zhengzhou 450064，China ）Abstract ：With the continuous development of embedded technology ，DSP and networkcommunication technology ，more and more human-computer interaction system is applied to all walks of life．With the rapid development of the technology of semiconductor and ASIC chip ，the performance of the embedded chip is also continuously enhanced．The video system is an integral part of human-computer interaction ，and the development of embedded chip has greatly promoted the popularization of video system．The submarine already added video system console．How to effectively use the console area has become the key to design of submarine video system．Based on the analysis of video system requirements of submarine console designed a video based on embedded system．Key words ：embedded ；human-computer interaction ；submarine ；console收稿日期：2016－04－15作者简介：牛庆丽（1982－），女，硕士，讲师，研究方向为计算机仿真技术及应用。

潜艇航行训练模拟器视景系统的设计与实现
王益鸟;赵琳;沈晓蓉;王文武
【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》
【年(卷),期】2001(022)002
【摘要】提出了一种基于PC机的潜艇航行训练模拟器视景系统的设计方法，PC
机采用符合PC/104标准的便携式计算机.该视景系统软件设计模块化，结构清晰，便于维护；使用DirectX SDK做开发工具，可以直接访问底层硬件，充分利用硬
件的优化性能，同时又不失独立于硬件的特点，降低了系统对硬件的苛刻要求；在三维场景中，使用了纹理粘贴、雾化、纹理多级细化等技术，实现较好的仿真效果；在二维仪表仿真中，大量使用了透明粘贴技术，很好地模仿了指示灯亮、旋钮旋转等现象.该视景系统经过了系泊试验，表明该系统实时性好、图象质量高，较逼真
地模拟了潜艇的操作环境，满足了艇员实际操作训练的需要.
【总页数】4页(P30-32,54)
【作者】王益鸟;赵琳;沈晓蓉;王文武
【作者单位】哈尔滨工程大学自动化学院,;哈尔滨工程大学自动化学院,;哈尔滨工程大学自动化学院,;哈尔滨工程大学自动化学院,
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
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