维普资讯 http://www.cqvip.com 第２３卷第３期 计算机仿真 ２００６年３月 文章编号：１００６－９３４８（２００６）０３—０２４０—０３ 基于ＨＬＡ的一体化水声对抗仿真系统研究 曹海旺，黄建国，王新晓 （西北工业大学航海学院，陕西西安７１００７２） 摘要：为解决水声对抗仿真过程中遇到的模型重用、仿真系统互操作等问题，提出了基于ＨＬＡ的一体化水声对抗仿真。通 过对水声对抗过程的分析，给出了联邦成员划分、系统总体结构以及Ｆ０Ｍ设计；然后应用逻辑分层软件结构实现了建模、实 验、分析一体化；最后对采用ＨＬＡ实现水声对抗仿真过程中遇到的水声信号交互、时间管理等几个关键问题进行了讨论。 该系统的实现有利于水声对抗技术及应用的深入研究，也为海、地、空、天联合信息对抗仿真的实现打下了基础。 关键词：水声对抗；高层体系结构；一体化仿真 中圈分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｃｏｎｆｒｏｎｔａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＨＬＡ ＣＡＯ Ｈａｉ—ｗａｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｊｉａｎ—ｇｕｏ，ＷＡＮＧ Ｘｉｎ—ｘｉａｏ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｒｉｎｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｘｉａ，ｎ Ｓｈａｎｘｉ ７１００７２，Ｃｈｉｎａ） ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｒｅｕｓａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｏｐｅｒｂａｉｌｉｔｙ ｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｃｏｎ・ ｆｒｏｎｔａｔｉｏｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｃｏｎｆｒｏｎｔａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＨＬ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙ－ ｓｉｅ ｏｆ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｃｏｎｆｒｏｎｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆ ｆｅｄｅｒａｔｅｓ，ｓｙｓｔｅｍ＇ｓ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＦＯＭ ｗｅｒｅ ｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｌｏｓｌ・ ｃａｌ ｌａｙｅｒｅｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｅｅｔ ｈｔｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｕｃｈ ａｓ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｉｇｎａｌ ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ．ｔｉｍｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｕｓｅｆｕｌ ｂｏｔｈ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｏｕｓｔｉｃ ｃｏｎｆｒｏｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｉｔｅｄ ａｎ－ ｄｅｒｗａｔｅｒ—ｔｅｒｒａ—ａｉｒ—ｓｐａｃｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｆｒｏｎｔａｔｉｏｎ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ：Ａｃｏｕｓｔｉｃ ｃｏｎｆｒｏｎｔａｔｉｏｎ；ＨＬＡ；Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ １ 引盲 ， 抗仿真系统能够与其它对抗仿真系统实现互操作。 仿真技术可以用于研究系统的动态过程及运行行为，在 高层体系结构（Ｈｉｇｈ Ｌｅｖｅｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ＨＬＡ）可以满足 水声对抗的研究中已经得到了广泛应用：文献［１］介绍了一 水声对抗仿真的这一要求，它是仿真技术发展的新阶段，提 个水下战仿真环境，用于潜艇和水面舰的水下防御研究，先 高了仿真模型的可重用性及仿真系统的互操作性，目前在军 进的对抗信号设计，水下航行器自导与制导算法设计和评估 用仿真领域已经得到了广泛应用。文献［４］： 绍了一个基于 等；文献［２］、［３］则对水声对抗中声诱饵仿真的总体设计、 ＨＬ 的大型战场仿真应用；文献［５］、［６］分别对基于ＨＬＡ 工作过程以及网络通信等问题进行了研究。这些工作都促 的对抗仿真环境及基于ＨＩＡ的导弹对抗仿真进行了研究。 进了水声对抗的深入研究，但仿真模型的重用与仿真系统问 这些研究验证了ＨＬＡ可以满足当前各项研究对仿真模型可 的互操作并未能得到解决。 重用性及仿真系统互操作性的要求，是仿真技术发展的方 仿真模型的重用与仿真系统的互操作对于水声对抗仿 向。 真是非常重要的。首先，水声对抗是一个复杂的动态过程， 在实现了基于ＤＩＳ的水声对抗仿真系统的基础上，进一 随着对这～过程认识的深入，不断有新的理论和技术出现， 步应用ＨＬ 技术构建了一体化水声对抗仿真系统，以实现 这需要仿真系统能够方便地重用各仿真模型，以使新理论与 仿真模型的重用及仿真系统间的互操作，并对在ＨＬＡ环境 新技术能够迅速地在仿真系统中得到应用，减少重复开发所 下如何进行水声信息交互、时间管理等内容进行了研究。本 需要的时间和成本；其次，水声对抗只是各种对抗形式的一 文给出了基于ＨＬ 的一体化水声对抗仿真系统的总体方 部分，为了研究其实际的使用效能与使用方法，需要水声对 案，并针对关键技术进行了讨论，为该仿真系统的最终实现 奠定了基础。 收稿日期：２００４—１１—０３ ２基于ＩｔＬＡ的水声对抗仿真系统设计 －————２４０－－－—— 维普资讯 http://www.cqvip.com 水声对抗根据被对抗的对象不同可以分为对抗水下航 行器和对抗声纳两种。由于对抗水下航行器是水声对抗的主 上，保证己方对水声信息的利用，以破坏或削弱敌方武器的 使用效能，减少己方损失。目前，水声对抗主要是针对从水 要形式，因此我们重点实现了各种工作方式下防御方和水下 航行器之间的水声对抗，并在此基础上继续完善与声纳对抗 声信号中提取真实目标信息的对抗与反对抗过程。这些水 声信号包括各种噪声、混响，真实信号以及干扰／诱骗信号， 它们在水下航行器、目标、海洋环境和对抗装备之间的交互 是整个水声对抗过程的主要形式，交互的媒介就是海洋环 境，因此水声对抗中各参与对抗的实体之间的水声信号交互 关系如图１所示。 ２．３联邦成员划分 的仿真。仿真针对一个任意给定的海区进行，该海区即作为 水声对抗行动发生的空间，对这一区域需要给出海况、海底 地形与声速梯度剖面等信息。 ２．１任务空间确定 尽管水声信息的交互是水声对抗的主要内容， 但是参与对抗的各实体也是水声对抗过程中的重要 组成部分，一方面它们是各种水声信息的信息源，另 一噪声．混响．目标回波， 干扰噪声，模拟回波 噪声 方面，它们的操作指令及状态也影响着水声对抗 的整个过程，因此在水声对抗仿真实现过程中需要 对这些实体的功能与状态转换进行建模与仿真。根 据对水声对抗过程的分析，我们将整个仿真系统划 圈１水声信号交互关系示意圈 在给定海区内，攻击方和防御方（至少一方在水下）分别 根据各自的策略巡航并搜索，攻击方发现防御方并确定其运 动特征后，根据攻击策略实施攻击；而防御方则会在发现攻 击方或者声纳报警后，按照一定的防御策略进行对抗，水声 分为攻击方，防御方，水下航行器，对抗装备，海洋环 境，演示和系统管理七个联邦成员和一个提供数据支持的数 据库。这种设计方案一方面考虑了实际系统的物理实现，使 仿真系统的建模能力及各实体的操作与实际系统相适应；另 一对抗将会持续进行，直到最后满足某一结束条件时仿真结 束。 ２．２水声对抗过程分析 方面使各联邦成员的规模大小相当，仿真系统总的网络通 信量降低；此外还方便了对仿真过程的管理以及仿真过程中 各种数据的观察与展示。各部分之间的关系如图２所示。 水声对抗的目的是在破坏敌方对水声信息利用的基础 囤２仿真系统总体关系 ２．４ ＦＯＭ设计 值； 水声对抗是一个信息对抗的过程，在仿真时除了需要进 控制交互类的成员变量包括：控制对象，控制量值。 ２．５仿真软件逻辑结构 为了提高仿真效率，仿真软件系统采用建模一实验一分 析一体化的形式已经成为了一种共识。我们通过将整个水 声对抗仿真软件在逻辑上划分为仿真应用层，框架层，数据 行水声信号的交互，还需要进行一些位置和状态信息，以及 外界控制的交换。其中，各实体位置与状态在整个水声对抗 过程中持续存在，因此将其作为对象类；外界的控制及水声 信号是对抗过程中某一时刻各实体之间的交互内容。作为交 互类。 层和ＲＴＩ层来实现一体化仿真环境。仿真应用层用于在实 验框架内应用建立的模型进行仿真实验，以获得仿真实验数 据，同时仿真应用层还提供各种分析功能；框架层包括实验 框架和模型框架，实验框架用于抽象描述仿真实验过程，为 位置对象类的成员变量包括：ｘ、Ｙ、ｚ坐标，航向角，俯仰 角，横滚角； 状态对象类的成员变量包括：当前工作状态，水平速度。 角速度。潜浮速度； 将各模型应用到仿真实验中提供各项服务如时间推进、信息 交互等，模型框架则用于同数据层的数据结合，构成模型参 一水声信号交互类的成员变量包括：信号类型，信号特征 ２４１— 维普资讯 http://www.cqvip.com 与仿真实验；数据层一方面为模型框架提供数据构成模型参 选择。 与仿真实验，另一方面记录仿真过程中产生的数据，用于仿 真数据分析；ＲＴＩ层则用于完成仿真节点间的信息交互。这 在网络上传送采样后的时域信号，由于时域信号是实际 中存在及处理的形式，便于仿真模型理解，也有利于仿真模 几个逻辑层次的关系如图３所示。 －…………一＿ Ｉ 仿真应用层 ０ ……＿● Ｉ 数据层 Ｉ Ｉ ： Ｒ＿ｒＩ层 ： …………一Ｉ 围３仿真软件逻辑结构 ３ 关键技术 仿真系统实现过程中的关键技术主要有如下几点： １）各模型的建立及其在仿真系统中的应用 模型的建立是进行仿真的前提，为了适应各种仿真目 的，需要建立不同粒度的模型，而在模型建立后，还需要仿真 系统能够灵活、高效的应用这些模型。 在水声对抗仿真中，重点要建立水声信号模型、海洋信 道模型和对抗效果评估模型。因为在整个仿真过程中，首先 要通过水声信号各实体间才能进行信息交互；其次水声信号 都要经过海洋环境这一传播媒介，而海洋环境对水声信号的 作用效果，直接影响着后续的信号处理和决策环节，关系着 仿真结果的可信度；最后为了使不同的态势、不同的对抗策 略所产生的仿真结果能够指导实际应用，需要评估模型能从 不同的侧面来反映对抗的整个过程，表明成败原因。 水声对抗仿真系统应具有灵活应用各种模型进行仿真 的能力。一方面是由于需要应用不同的模型进行水声对抗 研究，另一方面是由于真实系统的复杂性需要采用不同的模 型对其进行描述。此外针对不同的仿真目的也需要选择不 同粒度的模型，如对分析对抗过程需要选择准确性较高的模 型，而对对抗策略统计，则可以选择计算量较小的模型。 为使仿真系统具有应用不同模型进行仿真实验的能力， 提高仿真系统的灵活性和仿真运行效率，我们将整个仿真软 件在逻辑上划分为仿真应用层、框架层、数据层和ＲＴＩ层（见 图３），并明确各层之间的逻辑关系和数据接口。这种划分 方式符合模型与实验相分离、实验框架与仿真运行控制相分 离的要求，满足了水声对抗仿真系统在应用中灵活、高效的 要求。 ２）水声信号在仿真系统中的交互 水声对抗仿真中需要对大量的水声信号进行处理，而这 些信号到在达处理节点进行处理前需要经过其它节点的变 换，将相应的信息添加到信号中，因此需要将这些信号在多 个仿真节点间进行有效的传输，但是传输方式对仿真系统的 性能有着很大的影响，需要对水声信号的传输方式进行优化 ———２４２．．．．—— 型的重用性和仿真应用问的互操作性，但是这一方法产生的 数据量过大，不利于网络的传输，降低ＴＣＪｉ真效率。如果采 用专用设备传输这些信号，除了投资原因：外，最大的弊端是 直接影响了仿真应用问的互操作性，失去了ＨＬ～的技术优 势。 考虑到各种信号都有一定的特征，并且可以通过这些特 征进行重新生成，我们在实际仿真系统中：实现信号交互时， 只进行特征的传输即由信号产生的一方提取信号特征．而接 收方则根据信号特征生成信号后再进行处理。在实际中存 在的信号一般都比较复杂，数量有限的特征量并不能区别大 量的信号，因此需要信号的产生者和接收者有共同的语言用 于描述信号的特征，ＨＬＡ中的ＦＯＭ可以起到这一作用。这 样，既实现了ＨＬＡ所要达到的模型可重用与仿真应用的互 操作，又不会对仿真系统的运行效率产生太大的影响。 ３）仿真系统的时间管理 、 由于声波在海水中传播的速度比较慢，在各实体之间的 传输需要一定的时间，同时目标辐射噪声和回波具有很强的 方向性，如果不能实现仿真时间同步，各信号接收点接收到 的信号就会与实际有很大的差异，将直接影响仿真结果的有 效性。另一方面，由于仿真系统中信号的传输采用了先特征 提取再交互最后重构的方式，也需要各联邦成员间的仿真时 间严格同步。 基于ＨＬ～的仿真系统在联邦执行过程中，没有统一的 联邦时问，各联邦成员分别维护各自的仿真时间，由运 行支撑环境（Ｒｕｎ Ｔｉｍｅ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＲＴＩ）协调所有联邦成 员的时问推进。另一方面时间管理也会影响到仿真系统的 执行效率，这在进行蒙特一卡罗仿真时表现最为明显，因此 需要结合各联邦成员所仿真的实体的具体情况，充分灵活的 利用ＲＴＩ提供的各项时间服务，不同的仿真阶段使用不同的 时问管理策略，以满足实际仿真应用的要求。 ４）海洋地理环境信息的应用 海洋地理环境一方面影响水声信道，另一方面也影响攻 防双方的攻击和对抗策略，这二者都会对水声对抗的结果产 生决定性的影响，因此，有必要将海洋地理环境信息引入到 水声对抗仿真系统中。这不但可以使水声对抗仿真结果与 特定海区的实际对抗结果更加接近，另一方面也可对实际的 复杂环境中的水声对抗过程进行预演，提高训练水平与实战 效果。为实现这一目的，还需要对海洋环境信息表达等内容 进行深入地研究。 ４水声对抗仿真部分实现效果 应用Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋，ＳＱＬ Ｓｅｖｅｒ２０００，Ｏｐｅｎ ＧＶＳ，Ｍａｔｃｏｍ等 开发工具，我们已经在Ｗｉｎｄｏｗｓ ２Ｏ０Ｏ网络环境下实现了水声 对抗全过程仿真，其部分实现效果如图４、图５。 ｛下转第３０９页） 维普资讯 http://www.cqvip.com 较强，系统输出稳定，稳态误差小，便于在时间和工质量两个 指标上找到一个合理的平衡点。死区函数的设计，有效地抑 制了抖振，可以使系统较少振荡次数，满足精度指标并尽快 进入极限环。仿真结果表明，自适应变结构控制设计简单、 鲁棒性强、在工质量和时间两个指标上都可以满足要求，并 可以达到一个比较高的精度。 ［１］Ｇｕ Ｗｅｕｊｉｕ，Ｚｈａｎｇ Ｙｉｆｅｉ。Ｌｉ Ｃｈａｎｇｐｉｎｇ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｌｉｎ— ｅａｒ／Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｍｌ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，２００１，１４（１）：４９—５６ ［２］高为炳．变结构控制理论及设计方法［Ｍ］，北京：科学出版 社。１９９８． ［３］ 曾家有，陈洁，赵红超．自适应变结构控制的切换函数研究 ［Ｊ］，航天控制，２００４，２２（４）：５７—６１， ［４］ 程国采．航天飞行器最优控制理论与方法［Ｍ］，北京：国防工 业出版社，１９９９， …一＼ 一一 …… 一一． 一一一．一 一一一一…一 一４结论 本文在自适应变结构控制的基础上，设计了一种抑制抖 振的方法。将自适应变结构控制应用于弹道导弹中段姿态 嚣¨｜ 点≮ ￡薯 曩 ［５］胡寿松．自动控制原理［Ｍ］，北京：科学出版社，２００１． …… … …一≮ … … ［作者简介］ 控制中，给出了详尽的实现方法。仿真结果表明，该方法可 以满足时间和工质量两个指标且姿态稳定，实现了较高精度 的姿态控制。 参考文献 张晨光（１９８０．１２一），男（汉族），山西太谷人，在读 硕士，主要从事飞行器制导与控制。 （上接第２４２页） 盛 前位置，运动轨迹及总体态势；图５是一次仿真中一个视点 的三维显示，从该图可以直接看出各实体的运动状态、工作 状态和状态的变化。除了可以从直观上观察对抗过程外，仿 真系统还可以给出仿真过程中的各种数据，并支持对数据进 行各种分析。这样，仿真系统不但将实际中难以观察的运动 轨迹、运动状态、工作状态、对抗过程等以直观的形式表达出 来，而且能够给出各种数据用于进行分析处理，从而能够在 一个虚拟的时间、空间内应用不同的模型对水声对抗进行各 种研究。 ５结论 图４水声对抗仿真总体态势显示 本文对基于ＨＩＪＡ的水声对抗仿真进行了研究，通过对 水声对抗过程的分析，结合实际应用中的要求，给出了一体 化水声对抗仿真系统设计，对其总体结构、联邦成员划分、软 件逻辑结构进行了论述，讨论了仿真系统实现过程中涉及到 的建模、水声信号传输及时间管理等关键性的问题。 该仿真系统能够满足水声对抗仿真对仿真模型重用及 仿真系统互操作的要求，并可以实现建模、实验、分析一体 化，为水声对抗的研究工作提供了一个新的手段，可以应用 于水声对抗的深入研究包括试验、评价水声对抗新技术，也 可以用来演练发展水声对抗战术。同时，ＨＬＡ技术的应用使 该仿真系统可以实现与其它仿真系统的互操作，为实现更广 阔空间内的信息对抗仿真打下了基础。 图５水声对抗仿真三维立体显示 参考文献： ［１］Ｔｅｒｅｎｃｅ Ｒｏｂｉｎｓｏｎ．ＯＤＩＮ一８１，１ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｗａｒｆａｒｅ ｓｉｍｕｌｍｉｏｎ ｅｎ。 ｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［Ｃ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２００１ Ｗｉｎｔｅｒ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒ－ ｅｎｃｅ。２００１．６７２—６７９． －－－・——图４是一次对抗仿真的总体态势显示，在该图中给出了 对抗过程中的攻击方、防御方、水下航行器和对抗装备的当 ３０９・－－－—— 维普资讯 http://www.cqvip.com ［２］董阳泽，等．声诱饵仿真系统中的网络通信的实现［Ｊ］．计算 真。２００３。２０（１０）：２１—２３ 机仿真，２００２，１９（５）：２１～２４． ［作者简介］ ［３］孙仲阜．水声对抗系统中声诱饵仿真研究［Ｊ］．声学技术， 曹海旺（１９７６一），男（汉族），河北景县人，博士生， ２００３。２２（２）：１１３—１１６． 主要研究方向：系统建模与仿真，数据库技术； ［４］Ｌ Ｄ Ｂｕｄｇｅ，Ｒ Ａ Ｓｔｉｆｎｉ，Ｒ Ｗ Ｄｅｈｎｃｋｅ，Ｊ Ａ Ｈｕｎｔ．Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｒｈｅａ— 黄建国（１９４５一），男（汉族），湖南长沙人，教授，博 ｔｅｒ ｏｆ ｗａｓ ＳＴＯＷ ９７ Ｏｖｅｒｖｉｅｗ［ＤＢ］，ｈｕｐ：／／ｓｉｓｏ，ｓｃ．ｉｓｔ．ｕｃｆ．ｅｄｕ／ 士生导师，主要研究方向：现代信号处理，水下通信， ｓｉｗ／９８ｓｐｒｉｎｇ／ＶｉｅｗＰａｐｅｒ９８Ｓ．ｈｔｍ． 一水声对抗，阵列信号处理； ［５］ 戴剑伟，等．基于ＨＬＡ的武器对抗仿真系统开发研究［Ｊ］．计 王新晓（１９７７一）。男（汉族），河南舞钢人，博士生，主要研究方向 算机仿真，２００２，１９（２）：１０—１４． 系统仿真，水声对抗，信号与信息处理。 【６］吴义明。等．基于ＨＬＡ的导弹对抗计算机仿真［Ｊ］．计算机仿 （上接第２５２页） 速度修正可得到任意飞行状态下的声音模型数据。 和图７为５０００ｒ／ｒａｉｎ转速时发动机声音信号的时域图和频谱 图。 表２某型号飞机发动机５０００转速声音模型 声音 转子１ 转子２ 螺旋桨声 进气声 排气声 频率 ０．３０４ ０．３２０５ Ｏ．１Ｏ９６ ０．１１３８ 幅值 ０．８２３８ ０．９１６２ Ｏ＋ｌ３７４ Ｏ．２Ｏ６９ ０．３３２９ 其中，转子声、螺旋桨声和进气声均为谐波信号，应作为 确定性周期信号来处理的，可选用构造频谱并进行快速傅立 圈６ ５０００ｒ／ｒａｉｎ转速发动机声音信号时域图 叶反变换来生成时域的声音数据。 将发动机声音的确定性信号部分的频率计算并离散化 处理，可得到该转速下确定性声音信号频域数据，根据频谱 的对称性，以Ｆ ／２为对称轴最终可以构造出０一Ｆ 频率范围 内该转速下确定性声音信号的频谱，如图５。 对频谱数据进行快速傅立叶反变换，得出的复数序列的 实部就是所要的时域声音信号数据，存入确定性声音缓冲 圈７ ５０００ｒ／ｒａｉｎ转速发动机声音信号频谱圈 区 一曩 ｉ 黧 ６结束语 本文针对某飞行训练器的音响系统仿真，用ＤｉｒｅｃｔＳｏｕｎｄ 组件对不同音效分别采用声音建模合成方法和声源采样动 态调度的方法进行了仿真实现，既节省了存储空间，又能满 ｉ警口 足声音的自然平滑过渡和逼真度，得到较好的声音效果。 图５ ５０００ｒ／ｒａｉｎ转速下确定声音信号的频谱图 参考文献： 排气声为噪声信号，其幅值是发动机转速的函数，应作 ［Ｉ］ 李宁、彭晓源、马继峰、冯勤．虚拟作战战场环境的研究与实现 为随机信号处理。由于随机信号没有周期性，所以在创建时 ［Ｊ］．系统仿真学报．２００３．１５（７）：９６９—９７２． 域信号时不能使用上面的快速傅立叶反变换的方法得到。 ［２］李春洪、毛跃齐、陈贵来、钱自林．基于ＤｉｒｅｃｔＳｏｕｎｄ的声音实时 本文用舍选抽样法生成（０，１）高斯白噪声序列，用表２中排 仿真研究［Ｊ］．计算机仿真．２００１．１８（３）：４７—４９． 气声的模型控制其幅值，并根据频率范围设计带通滤波器。 ［３］ 壬行仁、贾荣珍、彭晓源、冯勤．飞行实时仿真系统及技术 让高斯白噪声信号通过带通滤波器，得到２００—５００Ｈｚ的噪 ［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，１９９８． 声信号，即为排气声的声音数据，存人随机信号声音缓冲器。 ［４］ 杨福生．随机信号分析［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９９０． 通过上述步骤已构造出５０００转速下的所有声音数据， ［５］宗孔德，胡广生．数字信号处理［Ｍ］．北京：清华大学出版社， 存于ＤｉｒｅｃｔＳｏｕｎｄ的两个声音缓冲区，将其在主缓冲区？昆音后 ｌ９９Ｏ． 送声卡播放，进行声音显示。得到该转速的仿真音效。图６ —３１０一
