基于高层体系结构的军事工程毁伤与防护仿真系统
时间：2021-05-24 08:01:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要:为满足军事工程毁伤分析、防护评估、防护训练等需要,提出一种基于
高层体系结构/运行支撑架构(HLA/RTI)的军事工程毁伤与防护仿真体系结构。在阐述仿真系统概念设计的基础上,确立了军事工程毁伤与防护仿真HLA总体架构,提出了系统功能逻辑结构;模型是HLA联邦开发的核心问题,确立了军事工程毁伤与防护仿真模型体系,遵从军事训练信息系统模型框架,设计了军事工程毁伤与防护模型;最后,给出了系统联邦工作流程,遵循联邦时间策略,以UML时序模型说明联邦成员行为设计。
关键词:高层体系结构;运行支撑架构;对象模型;接口规范说明;UML时序模型
中图分类号:TP391.9
文献标志码:A
0引言
军事工程,特别是指挥工程,是国家安全的重要物质基础,是军事威慑力量的重要组成部分,是巩固国防、抵御侵略的有效盾牌[1]。
处于当前信息化作战理论和武器装备急剧变革的时代,军事工程毁伤与防护问题域的一个突出问题是:难以用战争经验指导军事工程课题,理论研究属于定性研究,实验研究由于耗资巨大,且受到时空的严格限制,只能适度进行。
高层体系结构(HighLevelArchitecture,HLA)是一种支持可重用和互操作的分布式交互仿真标准[2-3],应用于军事工程毁伤与防护仿真领域,可以容纳各种武器系统及其仿真器的毁伤行为,可以容纳各种防护措施及其仿真器的防护行为。
军事工程毁伤与防护仿真系统,为军事工程毁伤与防护问题提供一个现代化的“作战实验室”。在这个实验室里,利用模拟的战场环境,构造军事工程仿真模型,选择发展前沿较为典型的弹药,设计打击方案,分析军事工程的易损性;设计防护策略和计划,进行防护策略和计划的实验评估,检验防护策略和计划的缺陷,预测防护策略和计划的防护效能,启发新的防护思想。
1仿真系统概念设计
仿真系统的设计与开发过程中涉众广泛,从目的、应用、类型、规模等角度对系统有着不同的理解,相互之间存在“通信难题”[3-4]。军事工程毁伤与防护仿真概念设计作为系统涉众之间的桥梁,是重要的可重用仿真资源,在系统实现中的作用极其重要。
军事工程毁伤与防护仿真系统概念设计,由外部层、环境层、核心层组成,如图1所示。其中,军事工程毁伤与防护仿真系统概念设计核心层包括模型、规则、数据、方法,驱动整个仿真系统的运行;环境层是仿真系统与核心层、外部层的接口,由核心层驱动,有功能逼真的虚拟战场环境和良好的人机接口,外部层实现对仿真系统的管理与控制,包括导调、参训人员、相应实物/半实物、应用软件等。
军事工程毁伤与防护仿真系统概念设计是仿真系统构建的基础,可根据不同的研究目的和应用范围,形成不同类型、不同规模的仿真系统。
2军事工程毁伤与防护仿真HLA总体设计
军事工程毁伤与防护仿真旨在基于HLA/RTI,构建一个涵盖各种任务需求的分布式虚拟战场环境,为论证和防护训练提供先进的技术途径和运作方式。
2.1军事工程毁伤与防护仿真系统体系结构
HLA主要由规则(Rules)、对象模型模板(ObjectModelTemple,OMT)和运行支撑架构(RunTimeInfrastructure,RTI)的接口规范说明(InterfaceSpecification,IS)三部分组成[2]。
运用HLA进行军事工程毁伤与防护仿真系统的开发,首先需要确定系统结构,见图2,仿真系统HLA框架由联邦支撑运行环境RTI、联邦成员、接口模块和通信支持系统四个主要部分组成。
图2描述了HLA框架内的联邦成员,按照接口规范所要求方式同RTI进行数据交换,通过网络数据库实现军事工程毁伤与防护分析等任务,通过网络拓扑结构数据与“军事训练信息系统”实施数据交互。
RTI作为联邦执行的核心,运行于仿真节点后台,完成仿真中联邦成员的服务支持,提供实验、专家支持、训练、模型和咨询等联邦服务。
2.2军事工程毁伤与防护仿真联邦成员设计
军事工程毁伤与防护仿真联邦成员主要包括系统控制、毁伤参训、防护指挥和防护控制等联邦成员。联邦成员设计,可根据联邦开发规模,细化联邦成员,拓展整个联邦。
系统控制联邦成员,用来负责联邦执行的创建,并完成仿真管理的任务规划、初始化设置及控制管理、控制联邦的启动、暂停和终止。
毁伤参训联邦成员,用来指挥、控制从弹药发射到命中、爆炸全过程,对军事工程实施打击。
防护指挥联邦成员,用来指挥、控制军事工程防护行动与资源调配;防护控制联邦成员,用来规范、控制其他防护联邦成员的行动,即准则约束。
工程防护联邦成员,用来控制军事工程的战前工程防护,诸如工程加固等防护措施;伪装防护联邦成员,用来控制伪装防护措施,致使攻击弹药致偏;抢修联邦成员,用来控制工程遭受袭击后的修复行动;机动控制联邦成员,接受防护指挥联邦成员的命令,组织、控制“转移”行动。
2.3仿真系统功能结构设计
军事工程毁伤与防护仿真系统在功能上主要分成以下几个模块:作战想定编辑系统、作战想定读取、防护方案作业和仿真控制等模块,其功能结构设计如图3。其中,军事工程毁伤与防护仿真系统相关功能模块依赖于仿真中心平台,如作战想定读取模块是读取作战想定作业系统中不同的作战想定,以及在不同作战想定条件下、不同作战阶段的相关数据,从中抽取出军事工程毁伤与防护系统所需要的信息。
作战想定读取模块,主要内容包括:军事工程配置地域、弹药攻击方案、不同阶段不同防护作战单元任务的转换与行动、毁伤攻击行动与防护作战行动的指挥控制组织方案等。
3军事工程毁伤与防护仿真模型设计
仿真的本质是利用模型的运行来分析和研究系统本身的运行特性和规律。模型对系统表达的准确性和合理性是仿真质量的关键。
因此,模型问题是HLA联邦开发的核心问题,设计和构建模型是军事工程毁伤与防护HLA联邦研究和开发的关键步骤[2,5]。
3.1军事工程毁伤与防护仿真模型体系
军事工程毁伤与防护仿真模型体系由相互联系、相互作用的军事工程毁伤与防护仿真模型科学、全面、系统、有机地联系在一起而形成的一个整体。
军事工程毁伤与防护仿真模型体系表示为军事概念模型一致性描述下的仿真模型组织结构如图4所示,仿真管理模型是仿真模型体系的控制环节,履行数据记录与仿真监控,对仿真进程实施控制的职能;分析与评估模型对仿真结果进行统计分析,对军事工程实施损毁预测、毁伤评估和防护能力评估等[6]。
图4中,军事工程毁伤与防护仿真模型体系核心,关注军事工程毁伤与防护行动和任务,描述实体(弹药实体、指挥防护工程实体和防护资源实体等)、行动与交互的模型表示,包括实体模型(弹药实体模型、军事工程实体模型和防护资源实体模型等)、行为与交互模型(毁伤行动模型、防护行动模型和抢修行动模型)等。
3.2军事工程毁伤与防护仿真模型设计
军事工程毁伤与防护模型设计在“全军军事训练信息系统”统一模型框架内研发,遵从军事训练建模与仿真技术规范。军事训练建模与仿真系模型框架设定了各模型系统开发的基本思想,规定了各模型实现交互的基本方式,是基于独立进程的作战模拟模型通用开发和运行框架。
模型通用仿真运行框架采用开源方式发布,解决模型开发过程中的模型间输入输出交互和时间推进等基本问题。
