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航天测控,高宁(北京航天测控技术开发公司,北京100037)摘要:武器型号在研制过程中的物理试验需要大量的人力和物力;为了降低武器研制的费用,结合虚拟现实技术和虚拟测试技术,提出了以虚拟试验代替物理试验;在虚拟现实技术基础上,提出了虚拟试验的体系结构以及需要解决的虚拟样机建模技术、运行支撑总线以及虚拟测试技术等关键技术,并对关键技术进行了分析;虚拟试验技术的提出和研究将能够推动武器的研制发展。关键词:虚拟现实;虚拟试验;建模Researchofweaponvirtualtestbasedonvirtual-realityHuangYulong,GaoNing(BeijingAerospaceMeasurement&ControlCorp,Beijing100037)Abstract:Thetestduringweaponresearchprocessrequiresplentyofmanpowerandmaterialresources;Inordertoreducecostofresearch,theauthorintegratesvirtualrealitytechnologyandvirtualtesttechnology,givingthevirtualtesttosubstitutephysicaltest;Basedonthevirtualrealitytechnology,thispapergivesthevirtualtestarchitectureandthreekeytechnologytoberesolved:virtualtestobjectmodeling,runtimesupportingbusandvirtualtest,andalsoanalyzesthekeytechnology;Theadvancingandresearchingofvirtualtesttechnologywillpromotethedevelopmentandtestofweapons.Keywords:Virtualreality;Virtualtest;modeling0引言试验是武器型号研制过程中昀为关键的一步,可以确定型号的各种性能是否达到设计的期望。随着科学技术的进步以及国际形势的影响,越来越多的高新技术应用到武器型号中,一方面是武器型号的性能得到了提高,另一方面是武器型号的复杂度也在提高。在复杂的武器系统中,各部分之间的耦合、关联等会更加突出,任何局部的更改都可能需要对武器型号进行大量的试验。在每次的试验中都需要大量的人力、物力、时间等方面的组织和配合,导致武器研制周期延长、费用增长。美国、英国等西方国家已经投入大量的人力和经费进行虚拟试验方面的研究,取得了大量的研究成果并应用到航空发动机、导弹等系统的研制中,减少了试验次数、节省了研制费用、缩短了研制周期。而我国在高科技领域一直处于跟踪国外技术,在航空、航天等领域还没有进行可实施和可行的虚拟试验研究和应用,因此,需要加大对虚拟试验的认识和研究。基于当前对虚拟试验的研究现状,本文在虚拟现实的基础上提出了虚拟试验体系框架,并对虚拟试验相关的关键技术如支撑总线技术、虚拟测试技术等进行了分析和研究。通过对这些内容的研究,将能够推动虚拟试验在武器试验领域的应用和实现。1虚拟试验研究现状虚拟试验是指在虚拟的试验环境条件下,利用计算机技术、建模技术、通信技术和网络技术,对建立的各种武器装备模型进行虚拟的试验的过程,主要是通过试验来验证和评估武器装备的设计和性能是否达到预定要求。具体而言,虚拟试验是在长期积累的大量有关数据、有关的动力学模型以及各类三维模型的基础上,利用高性能计算机、网络环境、数字传感器和各种虚拟现实设备,建立能方便地进行人机交互操作的虚拟环境,在此环境中对实体、物理样机或虚拟样机进行试验,用可视化的方法观察被测物体的性能及其间的相互关系,并对试验结果进行分析与研究。相对当前武器试验台试航天测控,在武器性能测试、指标考核、性能评估、设计验证等方面提供了一种新的途径,是国防科技工业领域中的一项关键技术,同时也是军工产品新的试验模式。国外在二十世纪七十年代就开始对虚拟试验进行了广泛的研究,并应用在航空航天、核武器试验、汽车撞击试验等领域,主要是基于虚拟仪器技术的虚拟测试。随着虚拟现实技术的研究,美国陆军试验鉴定司令部在90年代率先开发了一种以计算机为基础的虚拟试验场(VPG)技术,并不断开发其在武器试验方面的功能,扩大其应用范围。对虚拟试验的研究涉及到虚拟现实、虚拟测试、数字传感器、虚实接口等技术的研究。J.Lanier在20世纪80年代提出了VirtualReality(VR),在以后的二十多年的研究和发展过程中,经历了触发期、顶峰期、低谷期、复苏期和稳定期【1】。形成了虚拟现实的定义,它是由交互式计算机仿真组成的一种媒体,能够感知参与者的位置和动作,替种精神沉浸于或出现在仿真环境(虚拟世界)中的感觉代或增强一种或多种感官反馈,从而产生一快和虚拟仪器的虚拟测试技术。基于虚拟现确计算机试验以及虚拟现实技术总线试验可视化、试验台、数据库以及试验对象供了事件服【1】。虚拟现实技术从研究开发必要的技术转向到如何实现虚拟现实的媒体,标志着虚拟现实技术越来越成熟。在测试领域,随着各学科发展速度的加相互交叉融合,测试需求的多样化和复杂化而提出了虚拟测试。虚拟测试包括:基于虚拟仪器的虚拟测试技术、基于虚拟现实的虚拟测试技术和基于软件仿真的虚拟测试技术【4】。当前国内所研究的虚拟测试多是基于实技术的虚拟测试技术将测试信息、测试传感器、测试仪器以及测试过程通过虚拟现实建模和表达,同时提供人机接口达到互动的效果,是对现有测试的扩展和补充。在对虚拟试验研究过程中需要明仿真与虚拟试验的联系和区别。虚拟试验是建立在计算机仿真基础上,并促进了仿真的发展,同时先进的仿真技术同时可以融入到虚拟试验中,推进虚拟试验的进展。2虚拟试验体系结构在基于以上对虚拟研究的基础上,我们提出了基于虚拟现实的虚拟试验体系。体系结构如图1所示。虚拟试验体系结构包括试验运行支撑、指控管理中心、通用测试平台、虚拟的数学模型、几何模型等,各个部分通过总线进行数据、信息、指令的交互。虚拟试验运行支撑总线是建立在CORBA技术之上的网络中间件,提务、命名服务、交易服务等,能够满足簇试验数据库流程虚拟试验运行支撑总线模型数据库数学模型几何模型环境数据库通用测试平台虚拟试验可视化试验台指控管理中心航天测控、调用以及数据的交互,是整个虚拟试验的基础。指控管理中心是虚拟试验的神经中枢,负责管理虚拟试验的进程、对象、操作等,具体机、虚拟测试对象几何模型以及试验的环理试验的数据进行验证和修正,示、虚拟试验数据制造,虚拟试验应该拟样机建模技术对所要仿真的对象特征进行的模型是对所测试对象生几何变形,这些变化不仅能生一定的响应,该响应通过该考虑到测的体系结构,为保务等基本服务,同时在测试领域提测试与虚拟现实技术相结是建立在传统测试技术基础包括人员管理、试验信息、数据库访问等,并能够监控试验过程。通用测试平台通过连接不同的数字测试适配器能够对试验台物理样进行虚拟测试,该平台由两部分组成:通用测试界面和数字适配器。通用测试界面是测试流程、测试任务、测试信号编写和管理的上层应用;数字适配器负责完成测试信号到测试仪器或者虚拟测试仪器的映射、测试数据的双向传输等功能。通用测试平台建立在IVI规范基础上。虚拟试验可视化是虚拟试验过程显示的界面,它将虚拟样机的境通过三维环境显示。试验过程中各种数据、状态以及操作均在测试对象的相关部分实时显示。虚拟试验一定是建立在物理试验基础上的,并利用物因此试验数据库、环境数据库是虚拟试验运行的根据和数据来源。虚拟试验是一个支持虚拟样机运行、虚拟测试、虚拟试验过程逼真显的存储与处理的计算机系统,由于存在多主机、多对象的交互,因此,是一个典型的分布式系统。虚拟试验是虚实结合的产物,因此系统具有与真实设备或部件接口的能力,能够支持在模型与实物之间进行信息交互;当将试验系统与实物结合的时候,就是一个实时的试验系统。现代的武器型号的研制从数字化设计到各种试验,昀终到产品的成为其中不可缺少的一个环节,也就决定了虚拟试验应该是一个开放的系统,具有和设计软件、分析软件、试验软件集成的能力。3关键技术3.1虚建模是指抽象提取的过程,所形成主要特征的描述。因此,在虚拟试验中需要一定的模型能够完全的替代物理对象,才能够保证虚拟试验的可信度和真实感。虚拟样机建模技术就需要同时结合测试对象的数学模型和几何模型,使得模型达到不仅形似而且神似。在几何方面,样机模型应能够对外界应力、温度的激励产够观察到而且能够在某些情况下发出警告或提示信息。在数学方面,模型应能够对压力、温度等虚拟的外界激励产连接入模型的数字传感器转换为电压、电流信号,然后通过在总线注册的信号事件通道输入到测试平台。在虚拟试验中大量的使用数字传感器,因此还需要模型具有可测试性以及数字传感器接口等特性。总之,虚拟样机建模技术不仅要考虑到测试对象的仿真和模拟上,同时还应试对象的可测试性和测试接口特性。3.2虚拟试验运行支撑总线从虚拟试验的体系结构可以看出虚拟试验是一个分布、实时、开放证这些特点,需要运用分布式计算技术以及接口技术。CORBA规范以及其实现可以满足基本的需求,在此基础上开发专用的服务通信和接口将更能够为虚拟试验提供良好的支持。总线应提供的服务包括对象定位、事件服务、命名服供相应的测试数据通信、控制指令、状态监控等接口。通过统一的接口来定义试验内容、测试参数、功能配置、数据操作、各种服务、协议规范等。各种标准化的接口能够屏蔽网络、操作系统、编程语言等细节,将系统层次化,方便虚拟试验系统的扩展和进一步开发。3.3虚拟测试技术虚拟测试是合的技术,虚拟测试上的,因此,虚拟测试技术并没有完全抛弃各种当前的测试接口。虚拟测试将结合当前测试领域中PCI、VXI、PXI等测试总线以及VPP、IVI测试规范,是对当前测试系统的抽象与模拟。虚拟测试不仅要满足虚航天测控,同时也将能够对物理试验台武器进行测试。虚拟测试技术将研究如何实现虚拟仪器、数字传感器、软总线技术以及测试的虚实结现实技术基础上提出的虚结构,并针对虚拟试验相关的关键技考文献:]WilliamR.Sherman著,魏迎梅等译,虚、应用与设计[M].北术出版社,分布式气体检测系统[J].计算机测-5.者简介:黄玉龙(1976-),男,山东单人,工程师,主要从事测控技术、虚拟试合,昀终能够达到通用测试平台通过不同的测试适配器接口完成对虚拟样机以及武器的测试。4结束语本文在虚拟拟试验体系术及实现进行深入分析。当前相关的研究工作正在开展,必将对推动我国国防武器虚拟试验提供重要参考意义。参[1拟现实系统-接口京:电子工业出版社,2004.[2]周祖德,陈幼平等著.虚拟现实与虚拟制造[M].湖北:湖北科学技2005.[3]孔凡天,陈幼平等.基于多传感器信息融合的量与控制,2006,4:421-424.[4]郭天太,周晓军.虚拟测试技术概念辨析[J].机床与液压,2003,5:3作县验、武器系统仿真方面的研究。
本文标题:基于虚拟现实的武器虚拟试验技术研究
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