摘 要：大型装备光电定向系统是一个光机电一体化的复杂系统，为达到良好的模拟效果，采用半实物仿真。本文主要介绍系统实现的方案、步进电机高精度细分控制系统的研制、仿真系统性能自动检测的实现以及多媒体技术在训练教学中的应用。
关键词：光电定向；半实物仿真；细分控制；性能检测；教学示范
引 言
为了实现对大型装备的高精度定位，采用了光电准直的半自动方案，系统由精密光学仪器、电子设备等十多台设备组成，规模大，涉及学科多，使用复杂。为了达到良好的仿真效果，在对原系统进行深入研究分析和简化的基础上，采用了一套新型的半实物仿真方案。本文不想对仿真系统的本身作全面的阐述，只就其中的几个主要问题加以介绍。
1 系统方案
大型装备光电定向半实物仿真系统如图1所示。定向棱镜安装在大型装备上，棱镜的法线方向即为大型装备要定位的方向，准直经纬仪发出的平行光束代表大型装备要定位的方向，并用它来与定向棱镜准直。当装备所处的方向与要定位的方向有偏差时，则准直经纬仪接收含有方位偏差信息的反射光信号，经光电转换后送至光电信号仪进行选频放大、检波处理。其输出电压和方位偏差的关系是：在敏区范围内是一条非单调曲线，在敏区范围之外输出信号为零，偏差情况用电表指示。根据电表指示情况，操纵人员操纵模拟控制台发出控制信号，经信号转接箱和A/D转换后，被主控计算机采集，计算机根据输入信号的大小，计算发出脉冲的数目和频率，经细分控制电路后，驱动步进电机，经传动机构使大型装备微步回转，直至到确定的方向上，其控制流程如图2所示。这里采用了可变细分控制，即方位偏差在敏区之外时，采用16细分，步进电机以比较快的速度回转；当进入敏区后，采用2048细分，以1.5″左右的微步距角作缓慢回转，以便完成大型装备的精确定位。
图1 光电定向半实物仿真系统原理框图 2 步进电机高精度细分控制系统的设计
图3 两种细分方法原理对比图 可调细分控制电路的原理框图如图4所示。在电路中采用了PWM功率驱动方式，并且为了解决温漂、提高电流稳定性的难题，采用了霍尔效应电流深度负反馈隔离放大技术，最终使细分后的微步距角达到了1.58″的高分辨率，从而确保了大型装备高精度定位的实现。 |
图4 可调细分控制电路原理框图 3 仿真系统性能自动检测与诊断 图5 自动检测系统原理框图 对于模拟系统中无法实施计算机自动检测的准直经纬仪等光学、机械设备，采用了专家系统进行分析与诊断，并结合计算机图形图象处理技术，实现了直观准确的故障定位。知识库中知识的表示采用IF-THEN产生式规划，并按分层次模块化管理策略将知识分成具有层次关系的独立模块。在多媒体库中，存放了大量能形象说明故障项事件的图形图象以及标注文字和各种符号，以便故障定位时使用。系统采用正向推理并按照启发式搜索方式，在知识库中寻找匹配规划，通过人机界面提供的附加信息，控制搜索路径，缩小搜索空间，最后确定故障的具体部位，并调用多媒体库中相应的图形图象和文字符号，形象直观地显示故障的部位。 |
| 4 多媒体教学示范系统 大型设备的光电定向是一项十分精细、又十分复杂的工作，操作人员技术水平的高低直接影响到光电定向的精度，对操作人员科学合理的训练是一项极其重要的工作。在以往的训练中，对操作人员的训练主要是利用实际的仪器设备进行的，虽然有其长处，但也有一些不足之处。例如，在进行准直经纬仪的操作时，操作人员的操作动作是可见的，教员可通过讲解和动作演示，对操作手进行培训。但是，经纬仪的内部视场只有操作手自身才能看见，其他人员是看不见的，并且，操作手的各种操作动作要时刻根据视场的变化而变化。这样，就给培训带来了一定的困难。同时，仪器设备总有一定的使用寿命、使用条件等要求，这就要求我们寻求解决这些困扰训练工作的难题。 计算机多媒体技术为解决这些难题提供了可能性，特别是它与训练仿真器的有机结合，对提高使用单位教学训练水平有着重要的作用。 多媒体教学示范系统的硬件组成有两个方面的含义，对于系统的研制开发阶段，主要由计算机、MF—1868声卡、DC30Plus视频采集回放卡、录像机、扫描仪、扬声器、摄像机、Epson7300投影设备等组成。对于研制成功后的系统，主要由计算机、MF—1868、扬声器、Epson7300投影设备等组成。 音频数据的采集、压缩与处理在计算机控制下，通过MF—1868卡对录象机、麦克风输入的音频信号进行采集、压缩，视频数据的采集、压缩与处理通过DC30Plus卡对录象机和摄像机输出的视频信号进行采集、压缩。对于静态图形图象，是通过扫描仪将这些图形图像录入计算机，存入硬盘中，然后在编辑软件Adobe Photoshop V4.0中进行初步的编辑，以TIF文件格式压缩，存放在硬盘中。在光电定向过程中，包括了各种仪器设备的状态显示，其中有的是设备内部的状态显示。我们采用计算机动画的形式，通过计算机动画模拟出这些状态的变化。 软件制作是在计算机上对从采集来的各种数据文件进行编辑。软件制作的操作平台是Adobe Premiere 4.0软件系统。制作完毕的应用软件包含有音频、视频信号，以AVI格式存放。AVI格式的文件占用的存贮空间非常巨大，在该系统中，仅仅是AVI文件就占用了近4GB的硬盘空间，由于该仿真系统要代替实装进行长时间的使用，计算机硬盘就必须长时间工作，这对于硬盘的工作可靠性、寿命是很不利的。为了提高系统工作的可靠性和使用寿命，我们将AVI格式的文件用VideoPACk V4.0视频转换工具软件转换成MPEG格式，使原来的数据量减小为500MB，然后，将这些数据文件刻写在一张光盘上，避免了计算机硬盘长时间连续工作。同时，由于在MPEG格式的文件播放时是软件解压、播放，不需要价格相对昂贵的DC30Plus视频卡，因此，在提高系统可靠性、延长使用寿命的同时还节约了经费。 当软件制作完毕后，包含有音频和视频信号，它们在Windows95环境中，在实时回放软件的管理下，通过媒体播放器播放出来。其中，音频信号由MF—1868驱动扬声器播放。视频信号的播放是由媒体播放器通过监视器或EPSON7300投影设备播放出来。
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图6 多媒体示教系统工作流程 5 结 论 作者单位：第二炮兵工程学院，西安710025 参考文献： |
