军事模拟仿真概述

军事模拟仿真，是利用虚拟仿真技术进行模拟战局、战略、战术的方法。在实践中，军事模拟仿真对于军事作战的指挥有着重要的战略意义及经济效益。

仿真实验室组成

仿真实验室设有大屏幕显示系统、信号处理系统、音响扩声系统以及集中控制系统。其中大屏幕显示系统与信号处理系统用以实现大屏幕融合显示，集中控制系统可以控制房间内所有设备，包括各个子系统及各种设备电源的开关等等

仿真实验室的应用

l 部队训练仿真模拟

训练仿真模拟是一种物理模拟技术的应用。它主要是通过模拟实车、实兵或实战环境,如目前使用较多的驾驶模拟仿真系统、多用途复合激光作战仿真系统等,来培养单兵或小范围作战编组的作战技能。

l 作战仿真模拟

作战模拟可分为实地军事演习、现场实验、沙盘作业、图上作业、战争对策、计算机模拟等几种类型。采用虚拟现实技术不仅为研究战争提供了科学的方法,使研究的进程更加逼真、更加接近于实战,实现作战过程的仿真模拟,而且使研究的结果更加可信,从而有利于提高指挥艺术和作战技能。

l 指挥决策仿真模拟

虚拟现实技术运用于指挥决策模拟,主要是辅助指挥员进行决策和指挥作战。指挥员不仅能够在虚拟的战场上空飞行,视察传感设备对敌方兵力部署等敌情、战情的感知情况,而且还能看见位于敌方观察点的部队,通过多方位的观察,可以进一步了解敌人当前的意图,更清楚地展现我方智能搜索设备的盲区(如雷达盲区)、电台配置的具体细节、通信节点部署的实际地理环境特点等。

l 信息网络虚拟(欺骗)战

信息网络虚拟(欺骗)战是以计算机成像、电子显示、话音识别和合成、传感等技术为基础实施的信息欺骗。它通过信息网络某一节点,把己方计算机与对方联网,或战前通过各种途径将虚拟现实技术植入敌方的指挥控制信息系统中,把己方的虚拟信息即假情报、假决心、假部署传输给敌方,迷惑敌人,诱敌判断失误向敌指挥官和士兵发布敌方军官假命令,使敌听命是从,改变敌方指挥官的作战意图,使敌军事行动陷入混乱。

l 联合作战

在联合作战能力方面，军事模拟能够发挥出很大的作用。最新联合作战的定义中包括：信息优势、精确打击力量、作战识别、战区联合导弹防御、城区军事行动、联合战备、联合反布雷、电子战、信息战、生化战剂探测、实时后勤管理、防止大规模杀伤武器的扩散等总共12项。为了达到这个目的，我们可以把重点放在建模和仿真、数据融合、直观化技术、仿生技术、机电一体化技术等方面，而这些方面中建模和仿真是最重要的，而且是最基本的，尤其是通过先期的技术演示验证和先期概念技术演示验证把技术迅速转化成为联合作战的能力。

l 作战训练与人才培养

军事模拟也能够应用在作战训练与人才培养等方面。这些方面的应用主要体现在以下几个方面：首先是彻底检查部队的训练战略，更新传统的训练观念；其次是研讨发展趋势。另外还有在过去成功的作战模拟系统的基础上，继续向一体化的、联合作战的模拟系统发展；更多的包含作战模拟设施的作战演习。以检查部队的训练为例，现代化的科学技术已经允许军队以一种过去完全想象不到的方式来培训战术、战役和战略军官了。

仿真实验室功能实现

施工完成后，仿真实验室能够达到以下功能：

² 显示系统为正投三通道弧幕融合，投影幕宽11米，高2.4米，弧度为120°；

² 音响扩声系统满足会议对声压级的要求；

² 仿真实验室设备通过集中控制系统进行统一运行管理。
总体设计方案

l 系统组成

方案总体设计根据2.2章节工程建设目标，建设实施方案如下：

仿真实验室设备由以下4个部分组成，参见图1。

图1

仿真实验室设有大屏幕显示系统、信号处理系统、音响扩声系统以及集中控制系统。其中大屏幕显示系统与信号处理系统用以实现大屏幕融合显示，集中控制系统可以控制房间内所有设备，包括各个子系统及各种设备电源的开关等等

大屏幕显示系统

随着显示与控制技术的不断融合和发展，在高端显示领域，通过多台显示设备（投影机）拼接融合而成的大屏幕图像显示得到了广泛的应用，它所带来的超大画面、多屏显示以及清晰、逼真的显示效果使得监控、展览展示、会议、模拟仿真等领域的工作效率得到大幅改善，同时促进了这些行业技术水平的快速进步。

多投影图像无缝融合大屏幕显示系统就是采用多个投影系统（投影机）组合而成的多通道显示系统，它比普通的标准投影系统具备更大的显示尺寸、更宽的视野、更多的显示内容、更高的显示分辨率以及更具冲击力和沉浸感的视觉效果。

无缝拼接技术是一种特殊的、要求较高的投影显示应用，可以实现多屏图像融合在一起，并将拼接缝隙缩至最小以至于完全重合的拼接技术。无缝拼接技术不仅需要完整的超大幅屏幕，对投射出超大尺寸画面所用的投影也有特殊要求。目前，通过外置无缝融合处理器，均可实现超大幅画面的无缝融合。

从拼接效果上来说，无缝拼接技术也经历了三个发展阶段：硬边拼接、重叠拼接和软边融合拼接。硬边拼接有明显分割线(即物理拼缝)，无法实现全景的一体化显示；重叠拼接是指将两台投影机投出的图像在拼合处以叠加的方式重叠，但这种拼接显然存在着拼合处由于亮度叠加而出现过亮区域的弊病，影响到无缝效果的实现。软边融合拼接通过边缘融合技术的处理，既实现了两边的完全融合，又消除了重叠拼接引起的过亮区域，并且软边融合拼接可以适应平面、柱面、球面等各种曲面形状的拼接，具有更加广泛的适用性。

仿真实验室采用大屏幕边缘融合显示系统，根据用户需求利用高亮度、高分辨率3DLP三维主动立体投影机可以做成三通道或双通道弧形显示，投影角度为120°的金属正投弧幕，配合边缘融合处理器，将3台或2台投影机的画面融合成一个整体，用于显示视频、计算机（VGA/DVI/高清光纤信号）等多媒体信号,可支持多种显示模式。

l 系统特点:

² 采用高亮度、高分辨率的投影机，可以获得明亮、细腻的图像

² 可同时显示多路RGB信号和视频信号

² 可采集超高分辨率信号图像

² 通过对投影机和融合控制器的调整，获得良好的亮度、色彩、几何特性。

² 边缘融合控制器采用嵌纯硬件构架计，无需CPU内存和操作系统等计算机常规配件，处理速度极快，稳定性大大高于基于WINDOWS操作系统的“计算机＋板卡”方式的传统控制器。

² 边缘融合控制器支持对所有视频窗口进行任意缩放、任意漫游和任意叠加。

² 边缘融合控制器是硬件控制器，不需要操作系统支持，上电即可工作，启动迅速，稳定性高。

边缘融合拼接处理器

² Jointpublic系列边缘融合处理器简述

纯硬件嵌入式系统的投影多屏拼接带的边缘融合处理器, 采用现今国内外领先的边缘融合技术, 使拼接大屏幕系统成为一个具有超高分辩率的单一逻辑屏, 并且中间没有拼缝, 组成大屏幕系统的所有显示单元的分辨率之总和, 在大屏幕上能处理显示DVI信号、视频信号、RGB 信号,高清动静态图文信号, 可以在整个大屏上进行窗口漫游, 并且信号的显示完全实时, 视频信号支持PAL/NTSC/SECAM 制式。

能处理多路的实时的高清视频、DVI和RGB 信号, 采用基于最新的FPGA图形处理器的硬件结构体系, 输出信号可以是模拟的RGB 信号和DVI 的数字信号, 所有的网络图形窗口和实时的视频/RGB 显示窗口均可以开窗口漫游显示, 可以任意放大、缩小、拖拽、移动。

最大能支持8台投影机的拼接融合显示，并支持16路信号源输入模式， 包括复合视频（ DVD 或摄像头信号），电脑信号（VGA 和 DVI 信号）等。其中对复合视频，能做到NTSC/PAL制式自适应；对计算机视频信号，能支持目前几乎所有的常见显示分辨率；数字视频可支持 1080P 高清信号。多屏幕拼接控制器支持RGB（模拟）/DVI（数字）同时输出方式，支持所有常见的现实分辨率。对其中任意窗口操作时，画面流畅，不应有等待时间。

可以通过RGB(DVI) 处理模块接入标准的计算机RGB(DVI) 信号,RGB(DVI) 信号是指从计算机输出的标准HD-15(DVI)信号, 从640x480~1920X1200 分辨率的信号都可以通过RGB(DVI) 模块处理显示, 一个边缘融合处理器可以配置多达16路RGB(DVI) 输入的RGB(DVI) 输入模块。

可以通过标准的网络连接方式(RJ45) 与用户局域网络系统连接, 可以连接在一个以上的网段, 网络连接接口保证与网络工作站具有极快的通信与数据传输, 通过网络连接也可以远程控制大屏幕的资源和远程网络遥控操作大屏幕上的视频和RGB 信号。网络连接可以提供10/100/1000M 的接口, 并遵循TCP/IP 网络协议, 接口为标准的RJ45J 接口。

专为移动和恶劣环境设计，包括作战指挥中心、海军和空降控制台以及军用运输装置等。为了适应恶劣的环境条件，获得可靠的显示效果，它在结构上做了许多改进，包括加固机箱、增加空气过滤以及加强通风等，保证设备能够7x24小时工作。

系统的处理能力：应对各种输入信号具有相同的拼接能力，达到无缝拼接，并且拼接图形比例正确。

每路输入都可在屏幕上的任意位置进行大小调整和定位。显示方式几乎不受任何限制。支持实时、动态地移动窗口以及调整窗口大小。

² 边缘融合处理器的特性如下：

1、数据运算能力强大，总线宽度达到20G

主板采用拼接系统的巨量数据交换芯片技术， 20G/s多屏处理器高速宽带总线，解决融合处理器数据总线带宽低下引起的拼接系统显示速度慢且不稳定的瓶颈。

多屏处理器采用全交叉调度架构高速数据传输技术，底层数据传输采用数据调度芯片技术控制，为每路信号动态设置点对点的专线数据通道，每路 RGB、视频、网络等图像信号独享各自的专用通道进行传输、保证包括RGB信号的所有信号图像的完全实时显示，RGB信号显示速度达到60帧/秒。

2、强大高清图像处理能力，独特视频处理技术

全屏流畅播放720p、1080p高清数字视频，同时支持DirectX、OpenGL，能够在全屏幕拼接状态下运行3D动态画面，可实现高精度、高分辨率、3D立体图形显示输出效果，满足专业用户在3D场景显示、3D动画制作、3D CAD（计算机辅助设计）及其他3D软件应用领域图像显示的要求。

3、支持0.01像素几何校正

可支持最小0.01个像素点的几何校正，可以实现平面、曲面、球面、柱面等任意形状几何校正功能。

4、支持100%融合区域生成和边带羽化功能

融合区域可以达到100%投影机输出区域，同时支持自动边带羽化功能。

5、支持伽马调整、颜色调整和亮度调整功能

支持伽马调整功能，可以消除融合时，由于亮度叠加所产生的亮带；可以对每个通道的颜色、亮度进行调整。

6、支持16路高清信号格式输入和输出，具有输入信号特征记忆功能

可以支持多达16路RGB、DVI、YPbPr、NTSC/PAL格式信号输入，分辨率从640x480到1920x1200，刷新频率为60Hz；对每路输入信号采样都有特征记忆功能，在前级矩阵中可以任意切换输入信号，只要做过采样调整的信号再次输入，设备会自动配置记忆参数，无需二次采样调整。

7、RGB和Video窗口可任意漫游、叠加、缩放

RGB输入信号，NTSC/PAL/SECAM等全制式视频输入信号可以在拼接墙系统超高分辨率逻辑桌面上，以窗口的形式动态、实时地显示，RGB和视频信号窗口并可以任意跨屏漫游、放大、缩小及混合叠加。

8、板卡式热插拔结构、机箱集成度高，支持现场升级和维护

多屏处理器采用模块化板卡结构设计，系统电源、风扇、 RGB信号采集卡、视频信号采集卡、图形输出卡、系统控制板等模块支持带电热插拔，任一模块的故障或异常均不会影响整个系统的正常运行。

系统具有业务自动恢复功能，用户可以在系统运行的情况下直接更换信号采集卡、图形输出卡等，并能自动恢复换卡前的信号窗口正常显示。

支持现场升级与维护,不需要返厂才能进行系统升级。

9、软件设计先进，支持场景轮徇功能，可联控周边设备

采用先进的设计方法，并采用稳定性、可靠性及可扩展性好的实时操作系统。软件的更改和升级管理采用了软件工程的配置管理方法，保证升级版本的一致性和测试的规范性，通过软件加载方式实现软件升级。

软件还可同时控制矩阵切换器和大屏幕单元，方便实现矩阵的切换和大屏幕单元的开关机等参数设置。

10、支持网络控制

多屏处理器支持 TCP/IP网络协议，可接入 Windows、Linux等网络，无须改变现有网络环境，同时支持多个 Ethernet网络连接。可通过多种网络显示软件，实现网络上多个终端显示画面同时在高分辨率桌面上显示，显示窗口大小可根据需要任意调整。

11、纯硬件结构、无操作系统、电源冗余备份、稳定性高

全硬件结构，无操作系统，内部自建核心运算机制，无板卡式处理器死机、蓝屏和病毒的困扰。

全硬件构架，无CPU和操作系统，可全年持续工作，启动时间小于5秒。双备份冗余电源，支持电源热备份，保证无故障时间。

多屏处理器具有稳定的硬件设计架构，确保系统的高可靠性，支持7×24小时连续运行。

显示方式：

显示方式一

显示方式二

显示方式三

显示方式四

显示方式五

显示方式六

信号导调系统：

² 矩阵是仿真实验室的核心，其完成计算机信息、录像机、DVD等信号源的编辑自动切换及发送功能。

² 信号传输系统内部采用全数字高清信号处理，计算机信号切换采用光混合矩阵，信号长距离传输采用光链路。其中，大屏幕显示系统以画中画形式支持多路计算机信号及多路视频信号在大屏幕上的实时显示。

² 高清计算机信号和视频信号进入光混合矩阵，通过中控选切任意信号在大屏上显示。

² 信号输出满足投影显示要求，支持数据速率高达4.25Gbps。

² 通过切换矩阵及分配器进行切换、分配的视音频信号、计算机信号，应无任何信号损失，其中视频信号不变形、没有明显干扰波纹；设备满足7×24无故障连续工作。

光纤混合矩阵

高速数字切换为视频、音频和控制信号的路由提供了高达3.2Gbps的数字切换速率，清晰度高、格式多样，并有未经压缩处理的像素对像素的高吞吐量。这一级别的性能可以保证与高质量的信号源分辨率相兼容，包括RGB计算机视频和DVI信号。模块化、现场可升级－到128×128提供了出色的灵活性、可扩展性和经济性。用户可根据需要随时添加更多的输入/输出板，以便轻松、快捷的完成升级或扩展。用于了解光纤链路状态的LED指示灯－每个输入通道上的LED指示灯都能验证输入信号是否存在及光纤链路状态。安全冗余、热插拔双电源－实时电源故障检测，在不中断所有信号路由的情况下可对热拔插电源重新配置。查看输入/输出模式－通过前面板、RS-232或XPort以太网端口，用户可以轻松查看输入和输出通道的切换状态。前面板安全锁定－防止在不安全的环境下未经授权的使用。在安全锁定模式下，需要一个特殊的命令才能通过前面板来操作切换器。XPort以太网控制端口－网络端口可满足专业视听环境的需求，使用户能通过局域网、广域网或国际互联网并使用标准TCP/IP协议对主机进行主动控制。RS-232串行控制端口－使用串行命令时，可以通过附带的基于Windows或集成在第三方控制系统中的控制软件对主机进行控制和配置。该产品除支持Tricolor十六进制指令集外，还支持一组ASCII码指令集，可以让用户快速轻松的完成编程。

音响扩声系统：

仿真实验室配备音频扩声系统，用于语言、音乐信号和视频信号同期声的播放扩声，满足响度适中、声压均匀、声音清晰以及涵盖一定音乐动态范围的总体使用要求。同时为讨论、汇报、演示、剧院、小型演出等提供必要的会议讨论和发言环境。系统应具有自动混音和数字处理、调音等功能，操作简单，无啸叫反馈。

系统配置具有先进、科学、数字化以及操作简便、安全性高的特点，音频系统应满足以下功能的需要：

² 各种背景扩声的需求；

² 满足举行大中型研讨会议的功能；

² 具有实战中的单方命令下达、上传和多方命令的下达、上传功能；

² 具有实战分析、讨论功能；

² 具有远端高质量语言信号传输功能；

² 具有安全保密功能

² 本系统设计操作方便，稳定可靠，兼顾各种条件下使用的方便性；

该系统能同时满足多种用途和演示场合，在设计音频系统配置时，重点考虑了以下几个方面的措施：

² 选用国际知名品牌音箱；

² 采用多款音频处理设备；

² 增加设备电源控制器；

² 选用性能稳定可靠的专业功放；

² 传声器全部选用著名的品牌；

扩声系统增益大易产生反馈啸叫，严重影响扩声的质量。因此建议采取多种措施减少反馈现象：

采用数字音频媒体矩阵，最大减少模拟线路带来的线路干扰等问题，数字音频媒体矩阵内部集成均衡器、效果器、反馈抑制器、分频器等众多功能为一体，简化了信号链路节点，降低出现故障的几率；

音频处理系统:

音频处理系统采用AV矩阵，AV系列矩阵切换器是专门为音、视频信号的显示切换而设计的高性能智能矩阵开关设备, 用于将各路音视频输入信号同步或异步切换到音视频输出通道中的任一通道上, 主要应用于广播电视工程、多媒体会议厅、大屏幕显示工程、电视教学、指挥控制中心等场合。本产品带有断电现场保护、LCD液晶显示、音视频同步或分离切换等功能，并具备 RS232通讯接口，可以方便与个人电脑，遥控系统或各种远端控制设备配合使用。AV矩阵有同异步两种工作方式。系统工作在同步方式时，可进行音视频同步切换；系统工作在异步方式时，可进行音频和视频分别切换。通过串口、红外和按键均能够修改系统工作方式。系统由异步向同步工作方式切换时，以视频通道状态为主，音频通道随视频通道进行同步切换。

AV矩阵特点：

² 兼容复合视频、S－视频、分量视频、HDTV、RGsB

² 宽带技术设计，150M（－3dB）的满载视频带宽

² 采用液晶显示屏，可显示设备各通道的切换状态、输入信号特性等信息，方便切换控制

² 采用多种切换控制方式：红外遥控切换（客户自选）、键盘操作切换、RS232控制切换

² 可机架安装的标准机箱

² 多组全局预置，掉电自动保存

设备集中控制系统

中央控制系统（智能控制、中控系统）

智能集中控制系统（中控系统）是用来集中控制仿真实验室内单个或多个设备，包括各种子系统及各种设备电源的开关、现场灯光的调节、屏幕的升降、窗帘的开合，各种多媒体设备的操作等等。用户只需在一个彩色触摸屏上即可实现对所有系统设备的控制操作。

智能中央控制系统组成

中控系统的工作原理

中央控制系统采用多机通讯技术和系统集成技术，将被控设备按用户实际操作要求进行组合，再将其对每个设备的最终操作过程集成为简单的操作。总之，中央控制系统可以对投影机、电动屏幕、电动窗帘、录像机、影碟机、视频展台等设备进行集中控制。

中控系统的功能特点

² 电源控制：系统可集中控制多功能厅内各种电器设备的电源，室内灯光可分组控制。

² 远程遥控：指挥员可以通过红外遥控器远距离遥控正在使用的播放设备。

² 操作简便：大屏幕液晶显示、高亮度背光、轻触按键、各种设备的操作指示用中文及通用的电教设备操作符表示，一看既会，操作直观简便，也可同时使用触摸屏控制。

² 适应性强：系统对控制的媒体播放设备无任何限制，可充分利用学校原有的各种设备。

系统拓扑图