前言：中文期刊網精心挑選了數學建模飛行管理問題范文供你參考和學習，希望我們的參考范文能激發你的文章創作靈感，歡迎閱讀。
數學建模飛行管理問題范文1
（裝甲兵工程學院，北京 100072）
摘要： 為了加強仿真系統的通用性和可管理性，提出了基于共享內存的裝備仿真系統結構。介紹了基于共享內存的模型結構；利用信號量的方法來解決各模塊對共享內存的訪問控制；詳細介紹了炮長節點裝備模型視鏡模型、數學模型、炮長終端模型對共享內存寫入的結構體內容。
關鍵詞 ： 仿真系統；體系結構；共享內存；進程間通信
中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）03-0206-03
作者簡介：王欽釗（1973-），男，山東文登人，教授，碩士生導師，主要研究方向為火控系統、系統仿真；黃釗（1991-），男，陜西山陽人，碩士研究生，主要研究方向為系統仿真；李小龍（1976-），男，山西代縣人，碩士，講師，主要研究方向為系統仿真。
0 引言
隨著分布交互式仿真技術的不斷發展，利用VC等軟件平臺，結合成熟的仿真引擎開發武器裝備仿真系統逐漸成為軍事訓練、試驗領域研究的熱點。但是鑒于軍事仿真中武器裝備結構復雜、功能繁多等特點，基于目前通行體系結構的仿真系統在實際的使用中逐漸暴露出了系統開發、維護困難，可拓展性差等問題。
本文在結合武器系統的特點，分析現有仿真系統的缺點的基礎上，提出基于共享內存的武器裝備仿真系統的體系結構。為了更直觀地闡述系統的結構和開發過程，本文將以坦克分隊模擬訓練中的炮長節點為例進行說明。
1 現有仿真系統的缺點
軍事仿真具有視景逼真、交互性強、仿真節點多的特點，現有的仿真系統通常是利用VC等開發平臺實現網絡通信、人機交互和三維圖形顯示等功能。
此種結構的仿真系統主要幾個方面的問題：①對系統開發人員要求過高；②系統的可讀性和可維護性差；③通用性較差。為了解決上述問題，本文提出基于共享內存機制的裝備仿真系統結構。將仿真系統的三維視景顯示和數學解算模型、網絡通信等相互分離形成獨立的進程，利用共享內存完成數據的交換和同步，組成仿真系統。
2 基于共享內存的仿真系統體系結構
2.1 共享內存的介紹 共享內存指在計算機中將同一塊物理內存映射到兩個或者多個進程各自的進程地址空間，各進程可以及時獲取其他進程對共享內存中數據的更新[1]。
在分布交互式仿真中，使用共享內存技術，具有如下優點[2]：
①系統的開發不再僅僅局限于仿真引擎中，系統模塊化程度更高，方便管理和改進，增強通用性和開發效率；
②可以選擇性地獲取仿真過程中的各種數據，方便其他進程使用和分析仿真結果；
③系統開銷小，有利于硬件資源的高效應用；
④通信效率較高，可以滿足仿真中數據交換高頻率、實時性要求。
2.2 仿真系統的結構 為了解決現有仿真系統所存在的問題，我們對仿真系統的結構進行了重新定義，將仿真系統按照功能進行模塊化劃分：在分布式仿真HLA/RTI結構的基礎上，使用RV引擎進行三維視景的模擬，利用Simulink等數學分析工具對仿真系統的各項數學模型進行建模，炮長終端等裝備部件采用C++獨立建模，各個模塊相互獨立運行，在基于共享內存的通信協議下實現仿真的同步和數據的交換。網絡通信模塊從共享內存中將本機各項仿真數據整合為聯邦盟員與網絡其他節點進行通信。如圖1所示。
在炮長節點的仿真計算機中，各個模塊的任務和功能大致如表1所示。
3 基于共享內存的進程間通信機制
基于共享內存的仿真系統體系結構中，共享內存作為數據存儲和交換的公共邏輯內存，是連接各個模塊組成仿真系統的紐帶，所以各模塊仿真進程間基于共享內存的通信協議是系統實現的關鍵。
3.1 共享內存的建立 兩個仿真進程之間共享虛擬內存大致步驟為[3]：①在一個應用程序中利用CreateFileMapping()函數創建一段有名稱標示的內存空間，并設置其大小和訪問權限；②調用MapViewOfFile()函數將該內存映射到本程序的地址空間中；③另一個應用程序可以直接或者通過通訊管理程序利用OpenFileMapping()函數訪問該內存對象，一旦訪問成功獲得其句柄，則該應用程序也將把該空間映射到自身地址空間中，這個內存空間就可以被當作共享內存來使用。
本文將共享內存進行分塊，根據數據寫入方的不同創建不同的結構體，并將共享內存自動返回的空類型LPVOID句柄轉化為變量結構體指針，利用該指針加上偏移量就可以訪問到具體變量對應的空間完成讀寫。
3.2 共享內存的訪問控制 由于多個進程共享一段內存，為了實現其訪問邏輯，本文采取信號量的方式來協調進程對共享內存中數據的讀寫操作。
如圖3所示，為實現裝甲車輛火控系統解算射擊提前量和方位角，需要三維視景仿真程序和火控系統數學模型進行通信。在RV引擎中獲取激光測距、火炮運動角速度、坦克傾斜角等數據，寫入共享內存而后發出信號量1；數學模型檢測到信號量1后利用這些數據解算得出射擊提前量和方位角并發送信號量2；視景引擎又根據解算的提前量和方位角驅動火炮運動。通過此訪問控制機制，保證了數據傳輸的邏輯順序。
4 應用實例
裝甲裝備模擬訓練中炮長節點的裝甲裝備模型結構在1.2中已經予以討論，下面就各部分的具體的建模方法和其對共享內存的讀寫內容及讀寫方法分別做以介紹。
4.1 三維視景模型 本文采用RV引擎建立視景模型。結合1.2中視景模型的任務，可以分析出在坦克射擊訓練過程中，視景模型的輸出數據主要有：坦克坐標、坦克運動速度和方向等。這些數據都可以通過簡單的編程獲取。RV引擎獲取的數據經過轉換，轉變為標準的C++數據類型寫入到共享內存中結構體的相應位置。如下是射擊時，結構體中用于解算射擊諸元所需的部分變量，數學模型獲取這些數據進行瞄準角和提前量的解算。
4.2 數學模型 火控計算機最主要的功能之一就是利用其EPROM中由各種彈藥的射表所逼近的彈道函數完成瞄準叫和方位修正量的計算。在實裝中通常需要求出瞄準角、飛行時間、橫風、藥溫、氣溫和初速減退量等與距離的函數關系。為了簡便起見，我們只對對射擊影響最大的瞄準角和飛行時間進行模擬。
一般情況下，彈道函數中瞄準角的計算公式為：
4.3 炮長終端仿真進程 在射擊訓練中炮長終端主要是負責部分信號量的發送和當前火炮武器系統狀態的顯示。
炮長終端對共享內存的寫入數據，大多是工況選擇、彈種選擇等信號量，提供給其他模塊。如下是其寫入共享內存的結構體內容。
4.4 網絡通信進程 就整個模擬訓練系統而言，目前多采用HLA/RTI的結構。HLA提供通用的技術框架和開發規范，而運行支撐平臺RTI是HLA接口規范的具體實現，目的在于將仿真應用、運行管理和底層通信等基本功能的分離，實現盟員間數據的有序和按需傳送。文獻[4]詳細介紹了基于分布式共享內存的RTI通信機制[4]，在此不再贅述。
5 結束語
圖3為炮長節點使用破甲彈對1180m外目標進行射擊的效果，各項數據采集、傳輸正常，彈道顯示正確，能夠較為準確地模擬坦克射擊的過程。
測試運行結果表明，基于共享內存的裝備模型建模可以滿足分布式交互仿真的實時性要求，提高了模型的開發效率和可維護性。此種仿真系統結構在軍事模擬訓練、試驗領域有較好的應用前景。
參考文獻：
[1]劉暢.分部交互仿真若干問題的研究[D].北京：北京郵電大學，2008.
[2]梁強，魯鶴松，杜君，等.仿真軟件多進程間數據交互實現研究[J].系統仿真學報，2013，25（S）：137-141.
