CN112486036A - 基于Unity3D、RTX和VMIC技术的实时可视化协同抗干扰仿真平台 - Google Patents
基于Unity3D、RTX和VMIC技术的实时可视化协同抗干扰仿真平台 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于Unity3D、RTX和VMIC的实时可视化协同抗干扰仿真平台包括：计算机中的干扰源产生模块、回波产生模块、多部导引头、多部雷达、作战想定与人机接口模块、总体控制模块、数据融合中心、Unity3D场景演示设备，每个计算机PCI槽插一块反射内存卡，每个计算机构成分布式控制节点，各节点通过光交换机互联，以星型结构方式组成反射内存网络；其中，作战想定与人机接口模块、总体控制模块、数据融合中心、Unity3D场景演示设备在Windows环境下进行作战想定、总体控制、数据融合以及三维场景展示，干扰源产生模块、回波产生模块在RTX环境下进行干扰与回波数据产生、信号处理。本发明实现了实时的单机信号处理与联机数据交互，响应低时延。
Description
技术领域
本发明属于协同抗干扰仿真平台搭建技术，具体为一种基于Unity3D、RTX和VMIC的实时可视化协同抗干扰仿真平台。
背景技术
面对现代战场日益复杂的电磁干扰环境，单一导弹抗住干扰、进行突防的难度逐渐增加，多***协同抗干扰可以提高整个***的综合抗干扰能力，雷达***与导弹***协同作战将成为未来的主要工作模式。建立一个协同仿真平台，在平台上模拟真实作战环境、进行各***协同抗干扰算法仿真，对于一个真实作战***的设计与性能评估有重要的参考价值。
传统的抗干扰仿真平台各节点之间数据传输慢、响应时延长，特别是对于需要进行大容量数据传输、扩展分布式节点的情况，缺点更加明显；而且仿真的过程数据与最终结果只能在仿真结束后查看保存的数据文件，无法实时地观察仿真情况、在仿真调试的过程中及时发现抗干扰算法在哪一步出现了问题，更无法将真实战场的情形以虚拟现实的方式直观呈现。综上，传统的抗干扰仿真平台难以满足现在协同抗干扰仿真对于实时数据处理、高速数据交互、分布式处理以及仿真情况实时可视化的要求。
根据国内外相关专利检索，所查专利中有6项与本项专利申请相关，包括：
专利1：专利申请号为CN201811448468.1、发明名称为《一种多模转台的复合控制方法及***》的中国专利；
专利2：专利申请号为CN201510787425.6、发明名称为《抗红外饱和干扰的仿真试验***及方法》的中国专利；
专利3：专利申请号为CN201510527598.4、发明名称为《制导控制半实物仿真***定时方法及***》的中国专利；
专利4：专利申请号为CN201410745442.9、发明名称为《基于RTX与VMIC的GNC实时仿真***构建方法》的中国专利；
专利5：专利申请号为CN201410637947.3、发明名称为《飞行器半物理仿真试验的集成接口测试***及检测方法》的中国专利；
专利6：专利申请号为CN201410559870.2、发明名称为《一种飞行器半实物接入试验测控***》的中国专利。
其中，专利1是提供一种多模转台的复合控制方法及***，目的在于降低多模转台的轴间干扰；专利2对红外诱饵辐射特性、运动轨迹及燃烧过程进行了实时模拟与控制；专利3提供了一种制导控制半实物仿真***定时方法及***，解决现有半实物仿真***各节点之间数据及时钟同步的问题；专利4、5、6均搭建了基于RTX与VMIC的飞行器实时仿真***，实现复杂的多体姿态轨道动力学解算。在应用领域方面，这些专利有的针对雷达多模转台控制，有的单个设备对抗红外诱饵，有的应用于飞行器试验测控，但都没有针对多雷达电子探测设备协同进行干扰对抗的功能实现；在技术实现方面，这些专利都没有利用RTX优越性能进行程序运行时间的大幅压缩，优化整个***的实时运转性能，更没有结合Unity3D实现实时动画、同步演示的功能，无法直观呈现仿真过程中各仿真子***的实时动态。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种基于Unity3D、RTX和VMIC的实时可视化协同抗干扰仿真平台。
实现本发明目的的技术方案为：一种基于Unity3D、RTX和VMIC技术的实时可视化协同抗干扰仿真平台，包括：各自设置在一台计算机中的干扰源产生模块、回波产生模块、多部导引头以及多部雷达，设置在同一台计算机上的作战想定与人机接口模块、总体控制模块、数据融合中心、Unity3D场景演示设备，每个计算机PCI槽插一块反射内存卡，每个计算机构成分布式控制节点，各节点通过光交换机互联，以星型结构方式组成反射内存网络；其中，所述作战想定与人机接口模块、总体控制模块、数据融合中心、Unity3D场景演示设备在Windows环境下进行作战想定、总体控制、数据融合以及三维场景展示，干扰源产生模块、回波产生模块在RTX环境下进行干扰与回波数据产生、信号处理。
优选地，所述作战想定与人机接口模块用语进行参数设置，包括设置场景类型：地对空、空对海或者空对地；设置干扰类型：压制式干扰、欺骗式干扰；设置雷达电子探测设备数目：导引头部数、雷达部数；设置探测设备波形参数：LFM模式、PD模式。
优选地，所述总体控制模块用于根据作战想定与人机接口模块传入的参数以及预设计好的参数计算需要的仿真信息计算导引头回波数据、导引头干扰数据参数，并分别发送给回波产生模块、干扰源产生模块。
优选地，所述总体控制模块用于对回波产生模块、干扰源产生模块产生的回波数据、干扰数据进行合成产生叠加了干扰的回波数据发送给雷达和导引头。
优选地，所述数据融合中心根据从不同方位获取的目标测量信息或包含目标信息的回波数据，得到复杂干扰环境下真实的目标位置。
优选地，所述雷达和导引头接收叠加了干扰的回波数据，在RTX环境下进行匹配滤波、MTD、CFAR处理、点迹凝聚、单脉冲测角，且采用多线程分核计算的方式，利用RTX基于抢占式的线程调度机制将数据处理时间固定在设定阈值内。
本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)采用了RTX硬实时解决方案：在RTX环境下进行信号处理，采用多线程分核计算的方式压缩数据处理时间，利用RTX基于抢占式的线程调度机制将数据处理时间固定在一定阈值内，做到数据处理的实时；(2)采用了反射内存局域网：光纤反射内存网络在硬件层面低延时，在软件层面无协议，做到了数据交互的实时；(3)采用了Unity3D实时动画软件：Unity3D脚本利用Windows共享内存从总体控制模块获取最终计算得到的导引头、雷达、目标、干扰机等信息，更新三维场景，做到了场景演示的实时。
附图说明
图1是本发明基于Unity3D、RTX和VMIC的实时可视化协同抗干扰仿真平台的总体架构图；
图2是本发明一实施例的数据走向图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种基于Unity3D、RTX和VMIC的实时可视化协同抗干扰仿真平台，包括：各自设置在一台计算机中的干扰源产生模块、回波产生模块、多部导引头以及多部雷达，设置在同一台计算机上的作战想定与人机接口模块、总体控制模块、数据融合中心、Unity3D场景演示设备，每个计算机PCI槽插一块反射内存卡，每个计算机构成分布式控制节点，各节点通过光交换机互联，以星型结构方式组成反射内存网络。作战想定与人机接口模块、总体控制模块、数据融合中心、Unity3D场景演示设备在Windows环境下进行作战想定、总体控制、数据融合以及三维场景展示，干扰源产生模块、回波产生模块在RTX环境下进行干扰与回波数据产生、信号处理，Windows与RTX环境之间通过共享内存进行数据共享，各模块之间通过反射内存网络实现实时的数据传输、利用中断控制实现节拍同步，实现整个实时***的运转。
如图2所示，进一步的实施例中，所述作战想定与人机接口模块通过QT图形用户界面应用程序与Unity3D三维动画引擎联合实现，用户可在QT界面进行参数设置，包括设置场景类型：地对空、空对海或者空对地；设置干扰类型：压制式干扰(噪声调频等)，欺骗式干扰(拖曳式干扰等)等；设置雷达电子探测设备数目：导引头部数、雷达部数；设置探测设备波形参数：LFM模式、PD模式等。设置完成后点击“开始”按钮，数据通过共享内存传入总体控制模块，同时进入unity三维动画场景(在QT脚本中启动预先在unity中打包好的exe程序)，用户可单击unity三维动画UI界面的雷达、导引头、干扰机按钮，模型跟随鼠标移动，拖拽三维模型到指定位置，脚本程序通过共享内存将对应坐标传入总体控制模块，设置完毕，开始仿真。
进一步的实施例中，所述总体控制模块根据作战想定与人机接口模块传入的用户设置参数以及部分预设计好的参数开始计算各仿真子***需要的仿真信息：根据目标飞行轨迹、干扰轨迹、导引头通过制导律计算出来的下一节拍坐标、已知的雷达坐标，进行坐标转换到对应信号处理的坐标系下，譬如导引头信号处理是在弹目坐标系下进行的，总控需要将大地坐标系下导引头和目标坐标转换到弹目坐标系下，计算弹目坐标系下目标相对于导引头的距离、方位角、俯仰角、径向速度，连同导引头上一节拍的目标测量值、波形参数，一起通过反射内存网发送给回波产生模块，产生导引头回波数据；干扰同理。
进一步的实施例中，雷达和导引头接收总体控制模块合成的叠加了干扰的回波数据，在RTX环境下进行匹配滤波、MTD、CFAR处理、点迹凝聚、单脉冲测角等信号处理，采用多线程分核计算的方式压缩数据处理时间，利用RTX基于抢占式的线程调度机制将数据处理时间固定在一定阈值内，使得整个仿真体系实时地运转起来；
总体控制模块获取雷达和导引头的计算结果，传输给数据融合中心模块，数据融合中心利用不同探测设备从不同方位获取的目标测量信息或包含目标信息的回波数据，从数据级、信号级两个层面去进行数据融合处理，得到复杂干扰环境下真实的目标位置；总体控制模块获取到目标最终测量值后，连同导引头、目标、干扰机的真实位置，各雷达、导引头分别测得的目标位置信息，一起输入Unity3D中，Unity3D界面分设三个视角观察战场情况，全局视角总览场景中所有对象，导引头、目标飞机、干扰机飞行轨迹、导引头与雷达测得目标轨迹、数据融合中心分析得到的目标轨迹均用彩色实线绘制，导引头波束探测范围、干扰机干扰范围均用彩色波束绘出，导弹视角镜头跟随导引头移动，目标视角镜头跟随飞机移动，画面可以直观地看到协同抗干扰效果，动态地展示攻防态势变化。
进一步的实施例中，各分布式仿真节点在RTX***下进行实时的数据处理与线程调度，其中，需要进行大批量数据处理的回波产生模块、干扰产生模块、导引头与雷达模块均安排在RTX64环境下。本发明利用中断机制实现各模块节拍同步，将中断响应进程设为RTSS最高优先级进程，实时响应总体控制模块下达的指令，随即进行相关数据处理；RTX内核采用时间片轮转算法，线程切换时间约在2微秒以下，在RTX环境下进行多线程分核计算可以获得更高的时间收益，同时设置线程优先级级数，在不冲突的前提下保持当前线程处理周期的最高优先级，对于待处理数据量固定、程序时间复杂度固定的情况，信号处理的时间基本上是固定的，且可以优化到很小，本发明优化到了毫秒级。
进一步的实施例中，通过VMIC反射内存局域网进行各分布式仿真节点之间的高速数据传输。
具体地，反射内存网利用VMIC5565反射内存卡搭建，传输速度达174MB/s，响应时延低于400ns，本发明针对RTX64环境和Windows环境分别进行了驱动程序的开发，Windows***之间、RTX***之间、RTX与Windows***之间均可进行实时的数据交互，数据传输时间为毫秒级。
进一步的实施例中，利用Unity3D模拟真实战场环境进行场景搭建，从外部输入仿真过程参数，控制场景中对象运动轨迹，实时演示仿真情况。具体地，Unity3D软件脚本采用c#语言，而本发明采用的主开发语言是c++，这里利用共享内存机制实现了c#程序与c++程序之间的实时数据传输。
优选地，在Unity3D脚本程序中采用继承自MonoBehaviour类的FixedUpdate()函数进行帧刷新，默认固定每0.02秒更新一帧，比仿真运转时间小一个数量级，可以实时演示仿真情况，满足本发明实时可视化的要求。
本发明的工作过程为：作战想定与人机接口模块的Windows交互界面接收用户输入的设置参数，发送参数给总体控制模块，总体控制模块进行数据处理后发送指令给干扰产生模块和回波产生模块，两模块在RTX环境下接收指令产生信号数据并发送给导引头和雷达，雷达、导引头同样在RTX环境下接收回波数据计算目标信息并发送给总体控制模块，总体控制模块将数据传输给数据融合中心，完成数据融合之后将数据传递给总体控制模块进行数据汇总，Unity3D接收总体控制模块共享的各项数据进行场景更新与动画演示，至此，完成整个协同抗干扰过程的实时仿真。
本发明可以实现实时的单机信号处理与联机数据交互，响应低时延，逼近真实作战效果；可以实现多节点分布式处理，满足多雷达电子探测设备协同抗干扰的算法仿真需求；可以实时地将仿真情况反映在三维动画场景中，直观地显示现代化作战中攻防双方对抗的全过程，评估***协同抗干扰的能力。
Claims (6)
1.一种基于Unity3D、RTX和VMIC技术的实时可视化协同抗干扰仿真平台，其特征在于，包括：各自设置在一台计算机中的干扰源产生模块、回波产生模块、多部导引头以及多部雷达，设置在同一台计算机上的作战想定与人机接口模块、总体控制模块、数据融合中心、Unity3D场景演示设备，每个计算机PCI槽插一块反射内存卡，每个计算机构成分布式控制节点，各节点通过光交换机互联，以星型结构方式组成反射内存网络；其中，所述作战想定与人机接口模块、总体控制模块、数据融合中心、Unity3D场景演示设备在Windows环境下进行作战想定、总体控制、数据融合以及三维场景展示，干扰源产生模块、回波产生模块在RTX环境下进行干扰与回波数据产生、信号处理。
2.根据权利要求1所述的基于Unity3D、RTX和VMIC技术的实时可视化协同抗干扰仿真平台，其特征在于，所述作战想定与人机接口模块用语进行参数设置，包括设置场景类型：地对空、空对海或者空对地；设置干扰类型：压制式干扰、欺骗式干扰；设置雷达电子探测设备数目：导引头部数、雷达部数；设置探测设备波形参数：LFM模式、PD模式。
3.根据权利要求1所述的基于Unity3D、RTX和VMIC技术的实时可视化协同抗干扰仿真平台，其特征在于，所述总体控制模块用于根据作战想定与人机接口模块传入的参数以及预设计好的参数计算需要的仿真信息计算导引头回波数据、导引头干扰数据参数，并分别发送给回波产生模块、干扰源产生模块。
4.根据权利要求3所述的基于Unity3D、RTX和VMIC技术的实时可视化协同抗干扰仿真平台，其特征在于，所述总体控制模块用于对回波产生模块、干扰源产生模块产生的回波数据、干扰数据进行合成产生叠加了干扰的回波数据发送给雷达和导引头。
5.根据权利要求1所述的基于Unity3D、RTX和VMIC技术的实时可视化协同抗干扰仿真平台，其特征在于，所述数据融合中心根据从不同方位获取的目标测量信息或包含目标信息的回波数据，得到复杂干扰环境下真实的目标位置。
6.根据权利要求1所述的基于Unity3D、RTX和VMIC技术的实时可视化协同抗干扰仿真平台，其特征在于，所述雷达和导引头接收叠加了干扰的回波数据，在RTX环境下进行匹配滤波、MTD、CFAR处理、点迹凝聚、单脉冲测角，且采用多线程分核计算的方式，利用RTX基于抢占式的线程调度机制将数据处理时间固定在设定阈值内。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210312 |
|
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