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試論虛擬雷達維修訓練系統的設計與實現工學論文
論文關鍵詞：虛擬現實 數據庫 雷達維修 系統設計
論文摘 要：如果將虛擬現實技術（VR）應用于裝備維修訓練，能使操作者通過虛擬模擬仿真訓練得到操作真實設備的訓練效果，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維修訓練的系統設計思路，以及總體結構、系統的組成和實現方法。
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，造成這個現象的主要原因就是技師的實踐經驗不多。由于雷達在運行時大部分都是高壓，一不小心就很容易燒壞設備，所以技師的維修訓練一般只能靠理論學習。因此迫切需要一個雷達維修的仿真模擬系統，用以解決技師的維修實際操作訓練。
1、軟件體系結構設計
為了滿足維修時協同操作的要求，同時考慮到系統的擴展，所以選擇使用HLA/RTL來構架該系統：HLA是為了將多個仿真應用集成起來而定義的一種軟件體系結構。HLA能將多個小的計算機仿真系統聯合成為一個大的仿真系統，同時還能幫助實現整個系統的擴展。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境HLA（High Level Architecture），提供通用的、相對獨立的支撐服務程序，將仿真應用同底層的支撐環境分開。所以該系統采用HLA/RTI的框架，這樣就可以很方便的對操作的技師數目進行增減，而且還可以減少機器負擔。
2、數據結構設計：
現實中的雷達維修，應該是首先測量幾個關鍵節點的數值，然后把這些數值跟正常時節點的數值進行比較，根據異常的節點數值來判斷故障的，而雷達工作狀態有兩種：高壓和低壓。所以該系統的數據庫應該有5個表，NorLoTable記錄在低電壓下無故障時各個節點的數據，ErLoTable記錄在低電壓下故障時數值改變的節點的數據，NorHiTable記錄在高電壓下無故障時各個節點的數據，ErLoTable記錄在低電壓下故障時數值改變的節點的數據，ErHiTable記錄在高電壓下故障時數值改變的節點的數據。ErPhTable記錄的是故障名、故障的現象、故障序號。
3、維修訓練模塊設計：
1、查看節點功能的實現：再虛擬維修中，一個重要功能就是查看虛擬設備的運作情況，包括機器各個元件的電流電壓等電氣情況以及虛擬儀器的數據。在本系統的訓練模塊中，要能實現使用者可以通過鼠標虛擬雷達中各個關鍵節點在高壓時或者低壓時的數據。
2、碰撞檢測功能的實現：
針對雷達機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，長方體的面與坐標軸平行，然后將長方體投影到每個坐標袖上，得到一個區間：分別對三個坐標軸上所有物體的投影區間排序，只有當兩個物體在三個坐標軸上的投影同時重疊時才有可能在空間發生碰撞。
3、裝配時拾取的實現：
模型拾取有多種方法，如采用構造的裝配樹狀結構模型，通過點擊節點進行檢索；采用名稱或識別號進行檢索；直接在三維裝配環境中通過鼠標點擊拾取物體模型。
使用鼠標點擊來拾取物體是最簡單、最直觀的方法之一，同時考慮到雷達觀通站裝備傳感手套不可能也不現實，所以這個系統使用鼠標點擊的方法來實現拾取功能，其過程是通過獲取鼠標在屏幕上的點擊點，經屏幕坐標轉換得到投影點，以視點為起點，經投影點構造一條垂直指向屏幕的射線，然后經投射變換、坐標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，因而只需判斷這條射線與場景中的哪些模型相交，經過選擇即可獲取所需模型。
4、評分功能的實現：維修的評分標準應該有4個：是否使用到高壓、維修時更換部件數目是否大于標準數目、維修時間、維修不成功的次數。維修控制臺管理員給出各項的加權值，從而可以實現評分功能。
4、故障診斷模塊設計：
目前故障診斷的實現方法大體上有：基于專家系統的智能故障診斷技術、基于神經網絡的智能故障診斷技術、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。
這些方法有自我學習能力，而且在故障案例庫中的信息比較全面的前提下準確率很高，但是它們都要求在輸入關鍵節點的信息（數值形式），這就要求技師在使用專家系統時，必須測量所有的故障案例庫中關鍵節點的信息，而且輸入不能是數值以外的信息，這就導致很多維修技師常用來判斷故障的依據不能輸入（比如某某器件過熱、波形異常等），而且當需要添加新的關鍵節點的時候，那么要對整個故障案例庫中的故障實例都添加該節點的數值，所以在擴展方面不是很好。
考慮到本系統的故障診斷模塊只作為維修時的參考信息，以及本系統的數據存儲形式，在這里采用最簡單的數據表ErPhTable進行檢索，匹配相似故障現象，然后列出所有的結果。維修人員可以輸入幾個故障的關鍵現象，然后通過模式匹配方法輸出結果集。比如維修人員輸入故障現象是“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%’
結束語
虛擬雷達維修系統是從系統工程的角度出發，采取虛擬現實技術、數據庫、故障診斷、圖形圖像技術、仿真、多媒體技術等高科技手段，以武器裝備的電氣信息、維修流程和歷史經驗等數據為基礎，建立起雷達維修的虛擬系統，實現雷達保障工作的訓練和維修的信息化。經研究，該系統具有開發周期短，實用性強，可擴展性好、易維護、資源占用小的特點。
參考文獻：
1。王劍， 陸國棟， 譚建榮 三維場景中圖形對象的拾取方法 機械 2004
2。劉玉海，俞康倫，張錫恩 基于虛擬現實的裝備維修仿真訓練系統研究 計算機仿真 2002
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4。陳雷，伊明，陳二雷 基于包圍盒的碰撞檢測算法研究 開發研究與設計技術 2007
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