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試論虛擬雷達(dá)維修訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)工學(xué)論文
論文關(guān)鍵詞：虛擬現(xiàn)實 數(shù)據(jù)庫 雷達(dá)維修 系統(tǒng)設(shè)計
論文摘 要：如果將虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）應(yīng)用于裝備維修訓(xùn)練，能使操作者通過虛擬模擬仿真訓(xùn)練得到操作真實設(shè)備的訓(xùn)練效果，同時不僅能減少使用、維修成本，而且不受場地和時間的限制。本文介紹了虛擬雷達(dá)維修訓(xùn)練的系統(tǒng)設(shè)計思路，以及總體結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的組成和實現(xiàn)方法。
引 言
目前觀通部隊在裝備保障方面還有很多缺陷，最主要的方面就是技師的維修能力不強，造成這個現(xiàn)象的主要原因就是技師的實踐經(jīng)驗不多。由于雷達(dá)在運行時大部分都是高壓，一不小心就很容易燒壞設(shè)備，所以技師的維修訓(xùn)練一般只能靠理論學(xué)習(xí)。因此迫切需要一個雷達(dá)維修的仿真模擬系統(tǒng)，用以解決技師的維修實際操作訓(xùn)練。
1、軟件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計
為了滿足維修時協(xié)同操作的要求，同時考慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展，所以選擇使用HLA/RTL來構(gòu)架該系統(tǒng)：HLA是為了將多個仿真應(yīng)用集成起來而定義的一種軟件體系結(jié)構(gòu)。HLA能將多個小的計算機(jī)仿真系統(tǒng)聯(lián)合成為一個大的仿真系統(tǒng)，同時還能幫助實現(xiàn)整個系統(tǒng)的擴(kuò)展。HLA的核心思想就是通過互操作和重用，其顯著特點是通過運行支撐環(huán)境HLA（High Level Architecture），提供通用的、相對獨立的支撐服務(wù)程序，將仿真應(yīng)用同底層的支撐環(huán)境分開。所以該系統(tǒng)采用HLA/RTI的框架，這樣就可以很方便的對操作的技師數(shù)目進(jìn)行增減，而且還可以減少機(jī)器負(fù)擔(dān)。
2、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計：
現(xiàn)實中的雷達(dá)維修，應(yīng)該是首先測量幾個關(guān)鍵節(jié)點的數(shù)值，然后把這些數(shù)值跟正常時節(jié)點的數(shù)值進(jìn)行比較，根據(jù)異常的節(jié)點數(shù)值來判斷故障的，而雷達(dá)工作狀態(tài)有兩種：高壓和低壓。所以該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)該有5個表，NorLoTable記錄在低電壓下無故障時各個節(jié)點的數(shù)據(jù)，ErLoTable記錄在低電壓下故障時數(shù)值改變的節(jié)點的數(shù)據(jù)，NorHiTable記錄在高電壓下無故障時各個節(jié)點的數(shù)據(jù)，ErLoTable記錄在低電壓下故障時數(shù)值改變的節(jié)點的數(shù)據(jù)，ErHiTable記錄在高電壓下故障時數(shù)值改變的節(jié)點的數(shù)據(jù)。ErPhTable記錄的是故障名、故障的現(xiàn)象、故障序號。
3、維修訓(xùn)練模塊設(shè)計：
1、查看節(jié)點功能的實現(xiàn)：再虛擬維修中，一個重要功能就是查看虛擬設(shè)備的運作情況，包括機(jī)器各個元件的電流電壓等電氣情況以及虛擬儀器的數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)的訓(xùn)練模塊中，要能實現(xiàn)使用者可以通過鼠標(biāo)虛擬雷達(dá)中各個關(guān)鍵節(jié)點在高壓時或者低壓時的數(shù)據(jù)。
2、碰撞檢測功能的實現(xiàn)：
針對雷達(dá)機(jī)械部件大部分都是正方形，所以采用AABB （ axis— aligned bounding boxes）包圍盒的算法，它的原理可概括為：每個物體的包圍盒為長方體，長方體的面與坐標(biāo)軸平行，然后將長方體投影到每個坐標(biāo)袖上，得到一個區(qū)間：分別對三個坐標(biāo)軸上所有物體的投影區(qū)間排序，只有當(dāng)兩個物體在三個坐標(biāo)軸上的投影同時重疊時才有可能在空間發(fā)生碰撞。
3、裝配時拾取的實現(xiàn)：
模型拾取有多種方法，如采用構(gòu)造的裝配樹狀結(jié)構(gòu)模型，通過點擊節(jié)點進(jìn)行檢索；采用名稱或識別號進(jìn)行檢索；直接在三維裝配環(huán)境中通過鼠標(biāo)點擊拾取物體模型。
使用鼠標(biāo)點擊來拾取物體是最簡單、最直觀的方法之一，同時考慮到雷達(dá)觀通站裝備傳感手套不可能也不現(xiàn)實，所以這個系統(tǒng)使用鼠標(biāo)點擊的方法來實現(xiàn)拾取功能，其過程是通過獲取鼠標(biāo)在屏幕上的點擊點，經(jīng)屏幕坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到投影點，以視點為起點，經(jīng)投影點構(gòu)造一條垂直指向屏幕的射線，然后經(jīng)投射變換、坐標(biāo)變換獲得一條位于模型空間的射線。由于所有模型都位于視錐之內(nèi)，因而只需判斷這條射線與場景中的哪些模型相交，經(jīng)過選擇即可獲取所需模型。
4、評分功能的實現(xiàn)：維修的評分標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該有4個：是否使用到高壓、維修時更換部件數(shù)目是否大于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)目、維修時間、維修不成功的次數(shù)。維修控制臺管理員給出各項的加權(quán)值，從而可以實現(xiàn)評分功能。
4、故障診斷模塊設(shè)計：
目前故障診斷的實現(xiàn)方法大體上有：基于專家系統(tǒng)的智能故障診斷技術(shù)、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能故障診斷技術(shù)、基于模糊邏輯的診斷方法、基于故障樹分析的診斷方法、基于事例推理診斷方法。
這些方法有自我學(xué)習(xí)能力，而且在故障案例庫中的信息比較全面的前提下準(zhǔn)確率很高，但是它們都要求在輸入關(guān)鍵節(jié)點的信息（數(shù)值形式），這就要求技師在使用專家系統(tǒng)時，必須測量所有的故障案例庫中關(guān)鍵節(jié)點的信息，而且輸入不能是數(shù)值以外的信息，這就導(dǎo)致很多維修技師常用來判斷故障的依據(jù)不能輸入（比如某某器件過熱、波形異常等），而且當(dāng)需要添加新的關(guān)鍵節(jié)點的時候，那么要對整個故障案例庫中的故障實例都添加該節(jié)點的數(shù)值，所以在擴(kuò)展方面不是很好。
考慮到本系統(tǒng)的故障診斷模塊只作為維修時的參考信息，以及本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲形式，在這里采用最簡單的數(shù)據(jù)表ErPhTable進(jìn)行檢索，匹配相似故障現(xiàn)象，然后列出所有的結(jié)果。維修人員可以輸入幾個故障的關(guān)鍵現(xiàn)象，然后通過模式匹配方法輸出結(jié)果集。比如維修人員輸入故障現(xiàn)象是“磁控管不工作”、“保險絲S1燒斷”，那么搜索語句就是：
select FaultN from ErPhTable where Phenomena like ‘%磁控管不工作%’ and Phenomena like ‘%保險絲S1燒斷%’
結(jié)束語
虛擬雷達(dá)維修系統(tǒng)是從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，采取虛擬現(xiàn)實技術(shù)、數(shù)據(jù)庫、故障診斷、圖形圖像技術(shù)、仿真、多媒體技術(shù)等高科技手段，以武器裝備的電氣信息、維修流程和歷史經(jīng)驗等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立起雷達(dá)維修的虛擬系統(tǒng)，實現(xiàn)雷達(dá)保障工作的訓(xùn)練和維修的信息化。經(jīng)研究，該系統(tǒng)具有開發(fā)周期短，實用性強，可擴(kuò)展性好、易維護(hù)、資源占用小的特點。
參考文獻(xiàn)：
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