[科普中国]-导弹模拟器

导弹模拟器（missile simulator）是指模拟导弹的一些控制程序和基本功能的模拟器。它是模拟筒弹系统在发射过程中通过发射控制系统检测的各项功能和工作状态电路的装置，是在没有筒弹系统时检测发射控制系统功能、进行发射控制系统训练的设备。

简介导弹模拟器（missile simulator）是指模拟导弹的一些控制程序和基本功能的模拟器。它是模拟筒弹系统在发射过程中通过发射控制系统检测的各项功能和工作状态电路的装置，是在没有筒弹系统时检测发射控制系统功能、进行发射控制系统训练的设备1。

功能根据导弹形式、发射方式、发射程序的不同，导弹模拟器所模拟的功能也不同。一般主要功能有：导弹在位离架信号、陀螺电源电压/相相序、发射指令信号、发射筒前盖抛出/在位信号、电池激活信号、发动机点火/点火故障信号和指令编码等。导弹模拟器的电路一般应与所模拟的筒弹系统的电路一致2。

分类导弹模拟器的研制主要有 2 种思路。

一种思路是研制基于虚拟现实技术的导弹模拟器，又称为导弹训练模拟器。此类模拟器采用虚拟现实技术，简称VR 技术，分为沉浸式VR 技术和非沉浸式VR 技术2 种类型。沉浸式VR 技术通过头盔立体显示器、图形眼镜等一整套外部设备来实现，美军“标枪”导弹模拟器就是基于该技术；非沉浸式VR 技术主要依赖软件技术来实现，通过对某型导弹的运动轨迹建模，按照其导引规律生成数据后导入导弹攻击的视景仿真中。视景仿真包括对导弹及敌我双方作战平台进行仿真。

另一种思路是研制基于嵌入式技术的导弹模拟器，简称嵌入式导弹模拟器。作为导弹武器系统的重要配套训练装备，用于检查武器发控系统或自动测试设备工作正常与否，亦可用于导弹日常的发射训练以及技术准备训练，节约训练成本。此类模拟器具有实弹的外形，但内部的结构及功能比实弹简单，采用通用元器件，价格低廉，资源丰富，研制生产和维护成本低，能够实现实弹用于检测和教学训练过程中的基本功能。模拟器内部嵌入数字信号处理器，可以根据教学训练需求模拟多种不同型号的导弹，智能化程度高，通用性强，能有效解决军队日常训练需求与装备供给之间的矛盾。

嵌入式导弹模拟器的研制根据用途不同一般分为2 类：用于武器发控系统的导弹模拟器和用于地面检测设备的导弹模拟器。武器发控系统及地面检测设备均属于导弹武器系统的组成部分。根据这2 个分系统对导弹的功能需求可知，用于替代导弹完成这2 个系统日常训练的导弹模拟器既有共性也有差异。

共性主要包括：

1) 都具有实弹外形(弹体)；

2)都是对导弹在各个系统中输入输出关系的模拟。

差异主要是用于发控系统的导弹模拟器在射前检查和发射控制过程中与雷达导引头、驾驶仪、高度表等装置联系不紧密，所以此类导弹模拟器一般只包括数字信号处理器及其外围电路，而用于地面检测设备的导弹模拟器则需要雷达导引头模拟器、驾驶仪模拟器等，才能完成技术准备训练3。

关键技术基于 VR 技术的导弹模拟器和基于嵌入式技术导弹模拟器的关键技术既有共性又有差异，这是由它们的结构及功能决定的。基于VR 技术的导弹模拟器关键技术主要是可视化技术及人机交互技术等，这2 种技术都是VR 技术的基础；基于嵌入式技术的导弹模拟器则以嵌入式技术为关键。而网络化、模块化和通用化技术则是这2 类导弹模拟器共同的关键技术。

（1）可视化技术

基于沉浸式 VR 技术的导弹模拟器需要提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟。而其中关于视觉方面的模拟，就依赖于计算机可视化技术。以某型地空导弹战斗场景可视化为例，实现防空战斗场景可视化通常分为2 个步骤：1) 利用3DMax软件建立武器系统各单元、空袭兵器和战场地形模型；2) 利用 Unity 3D 软件来驱动所建模型。在武器系统各单元 3 维建模方面，采用3DMax创建原始模型，再用Creator 软件进行简化、贴图，并构建出符合仿真需求的运动机制。

（2）人机交互技术

人机交互技术是受训者成功使用基于 VR 技术的导弹模拟器进行训练的关键。模拟器通过给受训者提供视觉、听觉、触觉等感官来实现人机交互，具体的实现技术包括广角立体显示技术、对受训者头、眼和手的跟踪技术、触觉/力觉反馈、立体声等。在模拟器中，采用广角立体显示技术，使受训者双眼看到的不同图像分别产生并显示在不同显示器上，这样的视差就会产生立体感；对受训者头、眼和手的跟踪则通过数据手套和数据衣等设备实现，将人的动作反馈给模拟器，使得模拟器作出相应调整；触觉/力觉反馈是通过在数据手套内层安装一些可振动的触点来实现；立体声效果则通过受训者左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现。

（3）嵌入式技术

嵌入式技术是嵌入式导弹模拟器的核心，而嵌入式技术的核心是数字信号处理器，简称DSP。嵌入式导弹模拟器要替代实弹在武器发控系统、检测设备中完成模拟发射或测试任务，就需要控制系统来实现模拟器、武器发控系统以及检测设备之间的信号交联和模拟器内部信号的处理，实现该功能的核心就是DSP 及其外围电路。

（4）网络化、模块化和通用化技术

模拟训练系统的发展趋势是网络化、模块化、通用化。通过网络化技术可以实现存储资源、数据资源的共享，获得更全面、准确的训练数据；通过模块化技术可以将复杂系统分解成多个独立又相互作用的组件，从而降低整体故障率；通过通用化技术可以最大限度地减少模拟训练系统各零部件在设计和制造过程中的重复劳动，降低维修成本3。

美军“标枪”导弹模拟器美军“标枪”导弹是一款反坦克导弹。为了降低导弹的训练成本，美军指定雷神公司和洛克希德公司共同研制出一款“标枪”导弹模拟器，名称是“‘标枪’基本技能练习器”。它可以为美军士兵提供反复操作“标枪”导弹的经验，属于基于沉浸式VR 技术的导弹模拟器。500 台“标枪”导弹模拟器正分布于美军各地的军事训练基地中。“标枪”导弹模拟器通过一套精密的计算机系统将虚拟敌情与现实图像融合，并通过头盔显示器和数据手套实现人机交互。受训士兵在模拟器的帮助下可以进行反复训练，获得操作“标枪”反坦克导弹系统的经验3。

美军“爱国者”导弹模拟器“爱国者”导弹是美军一款经典的防空导弹。2015 年美国陆军防空炮兵学校开始配备一定数量的“爱国者”防空导弹模拟器。该模拟器和“标枪”导弹模拟器同属于基于沉浸式VR 技术的导弹模拟器，由雷神公司研制，采用最新的Unity 3D 软件和Rift 头盔，可以构造一个虚拟的导弹操作环境。一套导弹模拟器可以同时训练15 名士兵，这些士兵均分为3 组，相互间通过手势信号和语音进行交流，并合作完成模拟器设定的特定任务，例如“爱国者”导弹着火后迅速移除霰弹筒并卸载发射器的任务。在训练过程中，模拟器会跟踪并纪录受训者每一个动作，判断是否按照固定程序安全操作，并最终给出成绩评定1。

美军“毒刺”导弹模拟器“毒刺”导弹是美军第二代便携式防空导弹，由通用动力公司生产。要获得“毒刺”导弹操作资格，美军士兵必须经过136h的“毒刺”导弹系统训练，采用实弹训练耗资巨大，为了降低训练成本，培训中使用“毒刺”导弹模拟器。该型导弹模拟器具有实弹的基本外形但没有实弹的红外搜寻弹头、制导系统、爆炸物及发射引擎等，其内部集成了以数字信号处理器为控制中心的功能电路，比如电源电路、时钟电路、总线电路等；因此，“毒刺”导弹模拟器属于基于嵌入式技术的导弹模拟器，用于导弹发控系统，能够实现实弹用于训练过程中的基本功能2。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所