Open-DIS Python发送DIS实体状态PDU：实现坦克炮塔与主炮部件参数

一、前言

最近在进行 AFSIM、DIS、Open-DIS 以及 Wireshark 联调时，需要验证一个比较具体的问题：

如何使用 Python + Open-DIS 构造一个坦克 Entity State PDU，并在 DIS 数据中同时携带坦克炮塔和主炮的部件参数？

前面已经实现了普通 Entity State PDU 的发送，但是在 Wireshark 中只能看到坦克实体本身的信息，例如：

Entity ID
Entity Type
Position
Velocity
Orientation
Marking

而无法进一步验证坦克的：

炮塔方位角
主炮俯仰角
炮塔与主炮之间的附着关系

DIS 的 Entity State PDU 支持可变长度的 Articulation Parameters，可以用来描述实体上的可动部件。Open-DIS 的实现中，EntityStatePdu 维护一个 articulation parameter 列表，序列化时会自动根据列表长度写入参数数量。

本文记录整个实现过程。

二、DIS中的坦克部件如何表示

在 DIS 中，坦克本身是一个 Entity，而炮塔、主炮等可动部件通过 Articulated Parts 进行描述。

可以简单理解成：

text 复制代码

Tank Entity
│
├── Turret
│    └── Azimuth
│
└── Gun
     └── Elevation

例如：

text 复制代码

坦克
├── 炮塔
│    └── 方位角 45°
│
└── 主炮
     └── 俯仰角 5°

对应到 DIS 的 Articulated Parts：

text 复制代码

ArticulatedParts
├── changeIndicator
├── partAttachedTo
├── parameterType
└── parameterValue

Open-DIS Python 当前 dis7.py 中的 ArticulatedParts 正是按照这几个字段进行序列化的，其中 parameterType 是 32 位枚举，parameterValue 是 64 bit 字段。

三、`parameterType` 如何确定炮塔和主炮

这里是整个程序最关键的地方。

DIS 的标准示例中，坦克炮塔方位角使用：

text 复制代码

4096 + 11 = 4107

其中：

text 复制代码

4096 = Primary Turret
11   = Azimuth

因此：

text 复制代码

4107 = Primary Turret Azimuth

主炮俯仰角使用：

text 复制代码

4416 + 13 = 4429

其中：

text 复制代码

4416 = Primary Gun
13   = Elevation

因此：

text 复制代码

4429 = Primary Gun Elevation

DIS 官方枚举示例明确给出了这一计算方式：炮塔方位角为 4107，主炮俯仰角为 4429。

因此本文使用：

python 复制代码

parameterType=4107

表示：

text 复制代码

1号主炮塔方位角

使用：

python 复制代码

parameterType=4429

表示：

text 复制代码

1号主炮俯仰角

四、`partAttachedTo` 到底是什么意思

这个字段一开始比较容易理解错误。

它不是简单意义上的"部件编号"，而是：

当前可动部件附着在哪一个可动部件上。

DIS 标准规定：

text 复制代码

partAttachedTo = 0

表示：

该部件直接附着在实体本体上。

而 DIS 官方坦克示例中：

text 复制代码

炮塔 → 坦克
主炮 → 炮塔

因此：

text 复制代码

炮塔：
partAttachedTo = 0

主炮：
partAttachedTo = 1

这里的 1 表示炮塔这个 articulation part。

DIS 官方示例明确说明，炮塔直接连接坦克，因此 ID - Part Attached to = 0；主炮连接到炮塔，因此 ID - Part Attached to = 1。

因此可以理解为：

text 复制代码

                 Tank
                  │
          partAttachedTo = 0
                  │
               Turret
                  │
          Attachment ID = 1
                  │
               Gun
          partAttachedTo = 1

需要注意：

partAttachedTo = 1 是 DIS 坦克炮塔示例中的部件附着标识，并不是说 DIS 永远规定"炮塔编号就是1"。

五、`changeIndicator` 是干什么的

changeIndicator 用于表示可动部件参数的变化。

Open-DIS 对该字段的定义是：

text 复制代码

indicate the change of any parameter for any articulated part.
Starts at zero, incremented for each change

即：

text 复制代码

从0开始
参数发生变化时递增

例如炮塔初始状态：

text 复制代码

角度 = 45°
changeIndicator = 0

炮塔发生变化：

text 复制代码

角度 = 50°
changeIndicator = 1

继续变化：

text 复制代码

角度 = 60°
changeIndicator = 2

因此：

text 复制代码

PDU 1：
45°   CI=0

PDU 2：
45°   CI=0

PDU 3：
50°   CI=1

PDU 4：
60°   CI=2

它不是 PDU 的发送序号。

DIS 官方坦克示例也特别指出，不同 Articulation Parameter 记录的 Change Indicator 是相互独立的，可以不同。

六、为什么 `parameterValue` 需要特殊处理

本文使用的 Open-DIS Python 版本中：

python 复制代码

parameterValue

最终需要按照 DIS 的 64 bit Parameter Value 进行序列化。

当前 Open-DIS Python 的 ArticulatedParts.serialize() 中：

python 复制代码

outputStream.write_long(self.parameterValue)

也就是说，最终写入的是一个 64 bit 整数形式的数据。

但是对于炮塔角度这样的参数，DIS 参数值本质上是一个浮点值。

因此这里需要将：

text 复制代码

float32

放入：

text 复制代码

64 bit Parameter Value

的高 32 位，低 32 位补 0。

本文采用如下方法：

python 复制代码

def encode(value):
    b = struct.pack(">f", float(value)) + b"\0\0\0\0"
    n = struct.unpack(">Q", b)[0]

    return n - (1 << 64) if n >= (1 << 63) else n

这样，例如：

python 复制代码

encode(math.radians(45))

就可以得到 Open-DIS write_long() 可以接受的 64 bit 整数。

七、完整代码

下面是本次测试使用的完整程序。

python 复制代码

# -*- coding: utf-8 -*-
import socket
import time
import math
import struct
from io import BytesIO

from opendis.stream import DataOutputStream
from opendis.dis7 import EntityStatePdu, EntityIdentifier, EntityType, ArticulatedParts

# ============================================================
# UDP和发送频率
# ============================================================
IP = "127.0.0.1"
PORT = 3001
INTERVAL = 0.1       # 10 Hz

# ============================================================
# 将DIS部件参数编码为64 bit Parameter Value
# 高32位：IEEE754 float32，低32位：0
# 当前Open-DIS的write_long()要求传入int64
# ============================================================
def encode(value):
    b = struct.pack(">f", float(value)) + b"\0\0\0\0"
    n = struct.unpack(">Q", b)[0]
    return n - (1 << 64) if n >= (1 << 63) else n

# ============================================================
# Entity ID：Site=1、Application=1、Entity=1001
# ============================================================
eid = EntityIdentifier()
eid.simulationAddress.site = 1
eid.simulationAddress.application = 1
eid.entityNumber = 1001

# ============================================================
# 坦克实体类型
# ============================================================
etype = EntityType()
etype.entityKind = 1
etype.domain = 1
etype.country = 225
etype.category = 1
etype.subcategory = 1
etype.specific = 1
etype.extra = 0

# ============================================================
# 创建Entity State PDU
# ============================================================
pdu = EntityStatePdu(
    entityID=eid,
    forceId=1,
    entityType=etype
)

pdu.exerciseID = 1

# 坦克位置
pdu.entityLocation.x = 1000.0
pdu.entityLocation.y = 2000.0
pdu.entityLocation.z = 100.0

# 坦克速度
pdu.entityLinearVelocity.x = 10.0
pdu.entityLinearVelocity.y = 0.0
pdu.entityLinearVelocity.z = 0.0

# 坦克姿态：DIS使用弧度
pdu.entityOrientation.psi = math.radians(30)
pdu.entityOrientation.theta = 0.0
pdu.entityOrientation.phi = 0.0

pdu.marking.setString("TANK-1001")

# ============================================================
# 炮塔：4107 = Primary Turret Azimuth
# Part Attached To = 0，直接连接坦克实体
# ============================================================
turret = ArticulatedParts(
    changeIndicator=0,
    partAttachedTo=0,
    parameterType=4107,
    parameterValue=encode(math.radians(45))
)

# ============================================================
# 主炮：4429 = Primary Gun Elevation
# Part Attached To = 1，连接到炮塔
# ============================================================
gun = ArticulatedParts(
    changeIndicator=0,
    partAttachedTo=1,
    parameterType=4429,
    parameterValue=encode(math.radians(5))
)

# ============================================================
# 当前Open-DIS Python版本使用variableParameters
# 两个参数分别表示炮塔和主炮
# ============================================================
pdu.variableParameters = [turret, gun]

# ============================================================
# 序列化PDU
# ============================================================
buf = BytesIO()
pdu.serialize(DataOutputStream(buf))
data = buf.getvalue()

# ============================================================
# UDP循环发送
# ============================================================
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

print("PDU size:", len(data), "bytes")
print("Articulation Parameters:", len(pdu.variableParameters))
print("Sending to {}:{} ...".format(IP, PORT))

try:
    while True:
        sock.sendto(data, (IP, PORT))
        print("Send:", len(data), "bytes")
        time.sleep(INTERVAL)

except KeyboardInterrupt:
    print("Stopped.")

finally:
    sock.close()

---

# 八、程序的数据结构

程序最终构造出来的逻辑结构可以表示为：

```text
Entity State PDU
│
├── Entity ID
│    ├── Site = 1
│    ├── Application = 1
│    └── Entity = 1001
│
├── Entity Type
│    ├── Entity Kind
│    ├── Domain
│    ├── Country
│    ├── Category
│    ├── Subcategory
│    ├── Specific
│    └── Extra
│
├── Location
│
├── Velocity
│
├── Orientation
│
├── Marking
│
└── Variable Parameters
     │
     ├── Articulated Part #1
     │    ├── Change Indicator = 0
     │    ├── Part Attached To = 0
     │    ├── Parameter Type = 4107
     │    └── Parameter Value = 45°
     │
     └── Articulated Part #2
          ├── Change Indicator = 0
          ├── Part Attached To = 1
          ├── Parameter Type = 4429
          └── Parameter Value = 5°

Open-DIS 的 Entity State PDU 中，Articulation Parameters 本身就是一个可变长度列表，因此这里放入两个 ArticulatedParts 对象后，PDU 会携带两个部件参数。

九、两个部件之间的关系

最终可以理解成：

text 复制代码

                         Tank
                    Entity ID=1/1/1001
                           │
                           │
                     partAttachedTo=0
                           │
                     ┌─────▼─────┐
                     │   Turret  │
                     │           │
                     │ Parameter │
                     │   4107    │
                     │   45°     │
                     └─────┬─────┘
                           │
                     partAttachedTo=1
                           │
                     ┌─────▼─────┐
                     │    Gun    │
                     │           │
                     │ Parameter │
                     │   4429    │
                     │    5°     │
                     └───────────┘

其中：

text 复制代码

4107 = Primary Turret Azimuth
4429 = Primary Gun Elevation

DIS 官方示例采用的也是这种坦克炮塔---主炮层级关系。

十、Wireshark中应该重点检查什么

程序发送以后，可以使用 Wireshark 抓取：

text 复制代码

UDP
→ 3001

然后查看：

text 复制代码

DIS
└── Entity State PDU

首先检查：

text 复制代码

Entity ID

应该能够看到：

text 复制代码

Site ID        = 1
Application ID = 1
Entity ID      = 1001

然后重点检查：

text 复制代码

Articulation Parameters

数量应该为：

text 复制代码

因为我们添加了：

python 复制代码

pdu.variableParameters = [
    turret,
    gun
]

Open-DIS 在序列化 Entity State PDU 时，会根据 articulation parameter 列表的实际长度写入参数数量。

Open-DIS Python发送DIS实体状态PDU：实现坦克炮塔与主炮部件参数

一、前言

二、DIS中的坦克部件如何表示

三、parameterType 如何确定炮塔和主炮

四、partAttachedTo 到底是什么意思

五、changeIndicator 是干什么的

六、为什么 parameterValue 需要特殊处理

七、完整代码

九、两个部件之间的关系

十、Wireshark中应该重点检查什么

三、`parameterType` 如何确定炮塔和主炮

四、`partAttachedTo` 到底是什么意思

五、`changeIndicator` 是干什么的

六、为什么 `parameterValue` 需要特殊处理