基于多源信息融合的作战数字仿真模型在环测试系统以及方法与流程

1.本发明属于混合现实(xr)交互与数字仿真模型领域，具体是一种基于扩展现实的对多源信息融合的虚拟单兵作战仿真模型测试系统以及方法。


背景技术：

2.在现代战争中，作战仿真模型是现代数字作战中的重要组成，通过单兵多源信息融合数字模型来对单兵作战能力进行模拟已是常识，但是对于单兵的多源信息融合数字模型的建立是一个比较困难的过程，所需的战场条件及设备损耗条件极高，很难大规模普及。随着虚拟现实以及增强现实技术的快速发展，目前逐步的将虚拟现实以及增强现实技术应用进单兵作战培训系统，尤其是在单兵的多源信息融合培训方面有很好的效果。
3.但是，在新技术进行应用的过程中，出现了新的问题，装备数字模型的真实度无法保证，在虚拟训练中出现了和真实训练差距较大的情况，如何将混合现实技术应用进单兵作战模型的建立是丞待解决的问题。通过对单兵作战仿真模型进行测试验证可以在极大程度上改善该问题。
4.目前，在结合混合现实手段进行测试的领域中公开了一些方法。专利申请“一种基于数字孪生虚实交互技术的人机共驾测试方法(cn112924185b)”提出了一种利用虚拟仿真场景和虚拟传感器为实车提供外在的虚拟测试场景的方法，实车的自动驾驶控制器能接收来自驾驶模拟舱驾驶员的控制指令，还能接受驾驶员行为监测模块传来的驾驶员行为信息。专利申请“基于混合现实的自动驾驶车辆的测试方法和装置(cn112819968a)”也公开了一种方法和装置，其提出了一种根据测试场景，确定目标场景要素，生成虚拟的目标场景要素，将虚拟的目标场景要素的状态信息输入自动驾驶车辆的决策控制系统，以使自动驾驶车辆根据虚拟的目标场景要素的状态信息在测试场景中行驶。
5.但是，以上方法还存在一些不足和缺陷，因此，需要开发一种新型的基于混合现实的单兵作战仿真模型测试方法，以克服现有技术的以上缺陷。


技术实现要素：

6.针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于多源信息融合的作战数字仿真模型在环测试系统以及方法，基于扩展现实，对多源信息融合，混合现实交互方法，通过在环测试来对数字仿真模型逐模块进行测试，验证装备数字仿真模型与真实系统的一致性，旨在解决现有的单兵作战仿真模型真实度缺陷，以及由此带来的虚拟训练与真实训练差距较大的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种基于多源信息融合的作战数字仿真模型在环测试系统，其由实物子系统和作战数字仿真模型组成，实物子系统包括完整的实物装置和实体传感器，实体传感器设置在实物装置设定的位置处，用于采集对应的参数，作战数字仿真模型包括虚拟传感器和虚拟仿真场景，虚拟传感器设置在对应的虚拟仿真场景处，用于
采集对应的虚拟仿真场景中的参数，
8.其用于对作战数字仿真模型进行验证，验证时，将实物子系统拆分成真实组块，对应将作战数字仿真模型拆分为多个作战数字仿真子模型，以真实组块替换对应的作战数字仿真子模型，分别验证所有的作战数字仿真子模型后，完成测试。
9.进一步的，对作战数字仿真模型进行验证时，将整个在环测试系统根据组件和功能两个层级进行拆分，组件层级的拆分针对完整的实物子系统，将其拆分为多个最小的真实组块，功能层级的拆分针对作战数字仿真模型，将其拆分为对应多个对应最小的真实组块的作战数字仿真子模型，每个作战数字仿真子模型对应一个真实组块。
10.进一步的，在细分获得多个作战数字仿真子模型后，将每个真实组块代替对应的作战数字仿真子模型，分别接入整个在环测试系统中进行测试，以验证对应的作战数字仿真子模型与对应的真实组块的一致性，
11.如果每个作战数字仿真子模型都与真实组块的一致性较好，则整个的作战数字仿真子模型与真实情况的一致性较好。
12.进一步的，对被测试的作战数字仿真子模型，其输入、输出接口与真实组块一致，运转在环测试系统，在输入相同时，检测被测试的作战数字仿真子模型的输出与真实组块的输出是否存在差异，不存在差异时表明被测试的作战仿真子模型与真实情况一致。
13.按照本发明的第二个方面，还提供如上所述的一种基于多源信息融合的作战数字仿真模型在环测试系统的测试方法，其包括如下步骤：
14.步骤一：对整个在环测试系统根据组件和功能两个层级进行拆分，分别将在环测试系统拆分至最小真实组块和最小功能模块，最小功能模块对应作战数字仿真子模型，
15.步骤二：按照最小功能模块，分别将每个数字仿真子模型对应的真实组块的输入和输出接入功能层级的作战数字仿真子模型中，通过使用真实组块来代替作战数字仿真子模型实现在环测试，
16.步骤三：将各个作战数字仿真子模型逐个进行在环测试，以逐个验证功能一致性，若所有的作战数字仿真子模型与实际情况一致，则认定整个作战数字仿真模型与实际情况一致，否则为不一致。
17.进一步的，步骤一中，一个最小功能模块对应一个最小作战数字仿真子模型，一个最小作战数字仿真子模型对应一个真实组块。
18.进一步的，步骤二中，运行在环测试系统，观测在环测试系统状态是否正常，在测试过程中，将增强现实和虚拟现实构成的混合现实交互手段应用于在环测试中。
19.进一步的，步骤二中，进行在环测试时，先搭建在环测试系统的场景，在环测试系统的场景构建包括功能场景、逻辑场景和具体场景，在环测试系统的场景将装备数据、行为数据、环境数据融合处理，采用这种由功能框架到逻辑布局再到具体构建的场景构建方式，用于将在环测试系统的场景中存在的装备数据、环境数据和行为数据的多元数据进行融合，为对作战数字仿真模型进行验证做支撑。
20.进一步的，步骤二中，按照最小功能模块的划分，分别将每个最小功能模块对应的真实组块的输入、输出接入进作战数字仿真模型中，通过使用各个真实组块来代替对应的作战数字仿真子模型，实现遍历测试，运行在环测试系统，观测在环测试系统状态是否正常，若正常，说明对应的作战数字仿真子模型与实际情况一致，否则为不一致。
21.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：本发明的基于混合现实的单兵作战仿真模型测试系统以及方法中，对单兵多源信息融合，通过结合增强现实和虚拟现实等形成的混合现实测试，对作战仿真模型进行分模块的在环测试，能较好的验证数字模型的一致性。
附图说明
22.图1是本发明实施例中基于多源信息融合的作战数字仿真模型的在环测试系统的组成示意图；
23.图2是本发明的基于多源信息融合的作战数字仿真模型的在环测试系统工作流程示意图；
24.图3为本发明实施例中单兵作战系统的作战数字仿真模型组件拆分示意图；
25.图4为本发明实施例中单兵作战系统的作战数字仿真模型功能拆分示意图；
26.图5是本发明实施例中单兵便携式防空导弹功能化拆分验证示意图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.目前，虚拟现实和增强现实在与数字模型交互方面有较大应用，通过虚拟现实设备和增强现实设备形成的混合现实(xr)交互方法，相比于传统数字模型交互方法更立体，沉浸度更高，交互效果更好。在数字仿真模型测试时，通过xr交互方法可以提供有效的测试方法。
29.本发明提出了一种基于多源信息融合的作战数字仿真模型的在环测试系统以及方法，该在环测试系统将作战数字仿真模型涵容在内，用于对作战数字仿真模型进行测试，验证作战数字仿真模型与真实情况的一致性。
30.图1是本发明实施例中基于多源信息融合的作战数字仿真模型的在环测试系统的组成示意图，由图1可知，在环测试系统由完整的实物子系统和完整的虚拟闭环子系统组成，完整的实物子系统包括完整的实物装置和实体传感器，实体传感器设置在实物装置设定的位置处，用于采集对应的参数，完整的虚拟闭环子系统即为作战数字仿真模型，其包括虚拟传感器和虚拟仿真场景，虚拟传感器设置在对应的虚拟仿真场景处，用于采集对应的虚拟仿真场景中的参数。
31.在对作战数字仿真模型进行机理验证的时候，将整个在环测试系统根据组件和功能两个层级进行拆分，组件层级的拆分针对完整的实物子系统，将其拆分为多个最小的真实组块，功能层级的拆分针对作战数字仿真模型，将其拆分为对应多个对应最小的真实组块的作战数字仿真子模型，每个作战数字仿真子模型对应一个真实组块。
32.在细分获得多个作战数字仿真子模型后，将每个真实组块代替对应的作战数字仿真子模型，分别接入整个在环测试系统中进行测试，以验证对应的作战数字仿真子模型与对应的真实组块的一致性。如果每个作战数字仿真子模型都与真实组块的一致性较好，则整个的作战数字仿真子模型与真实情况的一致性较好。
33.对被测试的作战数字仿真子模型，其输入、输出接口与真实组块一致，运转在环测试系统，检测在环测试系统是否正常运转，在输入相同时，检测被测试的作战数字仿真子模型的输出与真实组块的输出是否存在差异。
34.图2是本发明的基于多源信息融合的作战数字仿真模型的在环测试系统工作流程示意图，由图2可知，其主要包括如下步骤：
35.步骤一：对整个在环测试系统根据组件和功能两个层级进行拆分，分别将在环测试系统拆分至最小真实组块和最小功能模块，一个最小功能模块对应一个最小作战数字仿真子模型，一个最小作战数字仿真子模型对应一个真实组块。
36.步骤二：按照最小功能模块，分别将每个数字仿真子模型对应的真实组块的输入和输出接入功能层级的作战数字仿真子模型中，通过使用真实组块来代替作战数字仿真子模型实现在环测试，
37.运行在环测试系统，观测在环测试系统状态是否正常，在测试过程中，由于数字仿真模型的虚拟属性，交互效果难以真实感受。在工程实践中，可以基于增强现实和虚拟现实构成的混合现实交互手段，采用多模态融合交互方法，给受测者直观的感受效果。
38.同时，由于作战数字仿真模型的虚拟属性，测试是基于虚实融合环境进行的，为了达到虚实融合环境与真实环境的一致，使得虚实融合环境具有认知性和扩展性，能够带给受试者一种高沉浸的体感。
39.在环测试系统的场景建模基于三层级场景构建：功能场景、逻辑场景和具体场景，并在基于三层级场景构建时，将建模对象分为实体模型、行为模型、环境模型，能够达到在场景内将装备数据、行为数据、环境数据融合处理的效果。采用这种由功能框架到逻辑布局再到具体构建的场景构建方式，能够将场景中存在的装备数据、环境数据和行为数据的多元数据进行融合，为系统功能验证做支撑。
40.具体的，按照最小功能模块的划分，分别将每个最小功能模块对应的真实组块的输入输出接入进作战数字仿真模型中，通过使用真实组块来代替对应的作战数字仿真子模型，实现在环测试，运行在环测试系统，观测在环测试系统状态是否正常，若正常，说明对应的作战数字仿真子模型与实际情况一致，否则为不一致。
41.步骤三：将各个作战数字仿真子模型逐个进行在环测试，以逐个验证功能一致性，若所有的作战数字仿真子模型与实际情况一致，则认定整个作战数字仿真模型与实际情况一致，否则为不一致。
42.实施例
43.单兵作战系统是将防护、火力、电子信息等各作战板块相融合形成的综合性系统，对其作战数字仿真模型一致性进行测试为例，具体包括如下步骤：
44.步骤1：一方面，首先将单兵作战系统进行组件层面的拆分，图3为本发明实施例中单兵作战系统的作战数字仿真模型组件拆分示意图，如图3所示，单兵作战系统拆分为武器组块、装具组块、计算机组块、电台组块、防护组块和软件组块。其中，防护组块和软件组块没有在图中明确以文字示意出来。另一方面，图4为本发明实施例中单兵作战系统的作战数字仿真模型功能拆分示意图，如图4所示，将单兵作战系统对应的作战数字仿真模型按照其功能模块进行划分，其主要包括诸如防护功能模块、火力功能模块、电子信息功能模块、救护功能模块，分别对应为作战数字仿真防护功能子模型、作战数字仿真防护火力功能子模
型、作战数字仿真防护电子信息功能子模型以及作战数字仿真救护功能子模型。
45.第一层级的组件拆分在环测试是验证每一个真实组块对应的作战数字仿真子模型功能是否与原设备一致，注重个体装备本身的功能一致性验证。
46.第二层级功能拆分的在环测试是验证多源信息流在作战数字仿真模型中是否和真实情况是一致的，注重各功能模块直接的数据流通融合是否能够如真实情况一样，数据流的正常运转才能够支持单兵作战系统成为战场的信息节点，从而发挥出整个信息化体系的威力，通过信息、火力一体来最大限度的打击敌人。
47.步骤2：对拆分后的第一层级的真实组块代替对应的作战数字仿真子模型代替，进行在环测试，将作战数字仿真模型的输出与真实产生的效果进行对比，以验证作战数字仿真子模型与真实情况的一致性。对软件组块进行在环测试时，通过虚拟现实的方法，使测试者观察到对应的作战数字仿真子模型的输出，输出与真实情况一致，则认为软件组块对应的作战数字仿真子模型与实际情况一致。如便携式防空导弹，通过增强现实的方法，士兵在射击时看到的是作战数字仿真模型产生的效果。
48.下面以便携式防空导弹为例进行详细的实施方式描述，具体说明循环多轮验证的过程，循环多轮验证类似排列组合的过程，在进行每一轮的针对某一作战数字仿真子模型的验证时，会轮番将各个组件模块替代对应的作战数字仿真子模型，再与剩余的作战数字仿真子模型组合，进行一次验证，如此遍历所有的组件模块，遍历结束后，全部验证过程，与真实情况吻合，则认为该作战数字仿真子模型与真实一致。
49.图5是本发明实施例中单兵便携式防空导弹功能化拆分验证示意图，如图5所示，首先对单兵便携式防空导弹进行功能层级拆分，拆分为导引头探测对应的作战数字仿真子模型、目标跟踪对应的作战数字仿真子模型、惯导导弹轨迹对应的作战数字仿真子模型、导引弹道轨迹对应的作战数字仿真子模型、目标毁伤对应的作战数字仿真子模型。同样的，对单兵便携式防空导弹的实体同时进行组件拆分，同样分为导引头探测组块、目标跟踪组块、惯导导弹组块、导引弹道轨迹组块以及目标毁伤组块。
50.在完成功能层级和组件层级拆分后，按照不同测试功能点，将各个真实组块轮番替代对应的作战数字仿真子模型，接入整个作战数字仿真模型中，逐一进行验证。如对导引头探测功能测试时，接入真实的导引头探测组块，目标跟踪、惯导轨迹、导引轨迹、目标毁伤功能则为对应的作战数字仿真子模型。
51.在进行导引头探测功能一致性验证时，由于只有导引头探测为真实的，没有目标的场景，即此时需要应用增强现实(ar)方式，以真实的发射筒导引头显示器为三维注册对象，然后通过在虚拟场景中接入真实导引头的输入，并反馈输出到导引头和ar设备上，通过ar设备现实场景图像，使得操作人员可以通过ar设备看到导引头显示器上应呈现的画面。
52.在对目标跟踪进行功能一致性验证时，可通过将单兵便携式防空导弹中目标跟踪板卡这一真实组块接入进作战数字仿真模型中，测试人员可通过虚拟现实(vr)方式在虚拟场景中进行测试，通过vr设备观测到虚拟场景中的目标，并进行探测测量，然后，目标模板匹配锁定并跟踪，完成全发射过程，并进行数据比对。在目标模板匹配锁定并跟踪阶段，将虚拟场景中探测到的信息传输给目标跟踪板卡，经过真实板卡计算得出的数据再返回虚拟场景中并依照数据进行跟踪，完成目标跟踪功能的在环测试。
53.依次对惯导弹道轨迹、导引弹道轨迹、目标毁伤三种功能进行在环测试。如此遍历
一遍，对各个作战数字仿真子模型的一致性在环验证完成之后，再进行整体统计，完成对单兵便携式防空的作战数字仿真子模型的功能一致性验证。
54.步骤3，进行真实模块代替对应的作战数字仿真子模型以进行在环测试，如电子信息功能对应的数字作战仿真子模型，通过混合现实的手段，使测试人员将观测到的结果与实际情况进行对比，验证电子信息功能对应的数字作战仿真子模型的一致性。针对各个数字作战仿真子模型的在环测试是用于验证多源信息流在作战数字仿真模型中是否如真实一样正常运转。
55.以单兵电子信息模块为例，进行详细的实施方式描述。
56.首先，将真实单兵电子信息模块替换对应的作战数字仿真子模型，将真实单兵电子信息模块输入输出接入整个作战数字仿真子模型中，形成闭环测试场景。
57.接着，通过接收闭环测试场景中输入到单兵电子信息模块的信息，单兵电子信息模块应呈现出自身单兵传感器所反馈在单兵电子信息模块中的内容以及上级指挥所下发的指挥信息内容和战场态势，单兵电子信息模块将自身所采集到的多源融合信息向上级指挥所进行反馈，包括将自身的gps信息、多功能单目镜以及单兵雷达等信息进行态势融合。
58.最后，通过扩展现实的方式对在环测试结果进行验证，观测闭环测试场景中所发送的信息与单兵电子信息现实中显示的是否一致，融合后的信息是否与真实信息保持一致。
59.如此，遍历所有的组合，完成整个验证过程。
60.为了更详细的说明本发明的构思，最后补充说明遍历的过程，比如某一作战数字仿真模型具有5个最小的作战数字仿真子模型，分别为a、b、c、d和e，其完整的实物子系统根据组件层面拆分为5个真实组块，分别为a1、b1、c1、d1和e1，当验证a战数字仿真子模型时，将a1替换a，分别验证一遍a战数字仿真子模型，将b1替换b，再次验证a战数字仿真子模型，将c1替换c，又验证a战数字仿真子模型，将d1替换d，又验证a战数字仿真子模型，将e1替换e，又验证a战数字仿真子模型。同样的，当验证b作战数字仿真子模型时，也会验证五遍，以此类推，会总共进行25遍的验证，如果所有的验证均合同，则认为该作战数字仿真模型与真实情况一致。
61.本发明中，针对单兵多源信息融合作战数字仿真模型功能一致性验证问题，将数字仿真模型分为两个层级架构：组件层和功能层，分别对数字仿真模型的组件一致性验证和功能点一致性进行验证评估，保证数字模型功能一致性验证的完备性。
62.本发明中，在对单兵多源信息融合作战数字仿真模型功能一致性验证过程中，针对虚实融合交互难、交互显示效果不一致的问题，采用虚拟现实和混合现实等手段构成的混合现实测试方法，将数字仿真模型的输出以真实感受效果传递给受测者，以多模态融合交互的方法提升受测者与数字仿真模型的交互度，便于更好的验证评估。
63.本发明中，针对单兵多源信息融合作战数字仿真模型功能一致性验证涉及的虚拟模型与现实装备在空间上割裂的问题，采用装备在环测试的构思，基于组件层和功能层的架构，分层级、逐模块进行在环测试，通过将现实装备组件接入进虚拟装备系统中做替代，验证功能一致性。
64.本发明中，在对单兵多源信息融合作战数字仿真模型功能一致性验证过程中，所涉及的虚实结合的场景信息中包含装备数据、环境数据以及受测者的行为数据等，采用功
能——逻辑——具体的三级场景构建方法，建立具有认知性和扩展性的高沉浸虚实融合场景，能满足对场景中的多源信息融合处理。
65.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。