摘要:仿真作為用以輔助分析、構(gòu)建聯(lián)系實際系統(tǒng)模型的重要輔助工具得到廣泛應(yīng)用。研究作戰(zhàn)仿真是一個理論分析與實際應(yīng)用作戰(zhàn)系統(tǒng)的過程,同時也在于密切結(jié)合最新的科技手段提升作戰(zhàn)仿真模擬的真實性。首先,從總體上分析作戰(zhàn)仿真的設(shè)計思想,設(shè)立合理的模塊及模塊流程;其次,緊密聯(lián)系當(dāng)前最新的科技水平,分析這項技術(shù)的研究與進(jìn)展,就設(shè)計的具體模塊建立合理的導(dǎo)彈作戰(zhàn)仿真模型。最后,綜合分析系統(tǒng),為下一步真實模擬戰(zhàn)場打下良好基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:作戰(zhàn)仿真 設(shè)計流程 導(dǎo)彈
中圖分類號:TJ01文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1672-3791(2012)09(b)-0186-02
作戰(zhàn)仿真是對軍事領(lǐng)域問題定量分析及優(yōu)化決策理論和方法的活動。以軍事運籌的實踐活動為研究對象,模擬研究選擇和使用模型進(jìn)行實驗,對作戰(zhàn)環(huán)境和過程進(jìn)行仿真。
在作戰(zhàn)分析應(yīng)用過程中,注重理論與實際結(jié)合探討算法合理性;在作戰(zhàn)建模過程中以指揮信息流圖為基礎(chǔ),合理構(gòu)建戰(zhàn)場各個環(huán)節(jié)模塊;在作戰(zhàn)仿真過程中,注重抽象化簡對象模型,產(chǎn)生出相應(yīng)軍事領(lǐng)域模型中一系列仿真應(yīng)用實體共同構(gòu)建成的體系結(jié)構(gòu),并以此為基礎(chǔ)組織和開發(fā)可復(fù)用資源?;诂F(xiàn)有作戰(zhàn)仿真理論,設(shè)計導(dǎo)彈作戰(zhàn)推演仿真系統(tǒng),初步驗證總體過程可信度。充分利用系統(tǒng)模型探討軍事規(guī)律,促進(jìn)作戰(zhàn)、訓(xùn)練和科研等任務(wù)完成。
1 系統(tǒng)構(gòu)成與功能設(shè)計
1.1 通用作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的組成模塊
作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)依托計算機(jī),力求構(gòu)造真實世界系統(tǒng)模型,開發(fā)相關(guān)模塊。系統(tǒng)搭建的復(fù)雜體系結(jié)構(gòu),通常由數(shù)據(jù)庫模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、視景仿真模塊、信息交互模塊、規(guī)則設(shè)定模塊、數(shù)據(jù)接口模塊、系統(tǒng)管理模塊組成。
數(shù)據(jù)庫模塊包括各種對象模型、對象模型數(shù)據(jù)、場景數(shù)據(jù)、場景數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),著重以優(yōu)化算法高速處理數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)處理模塊由各類算法作為核心處理軟件,依托不同優(yōu)勢硬件形成整體算法庫的功能;視景仿真模塊是顯示與控制的平臺,顯示并控制二維和三維態(tài)勢輸出來表示前兩個模塊的數(shù)據(jù);信息交互模塊即在RTI的基礎(chǔ)上,收發(fā)集成單兵與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),達(dá)到高速、實時、互通;規(guī)則設(shè)定模塊是以軍標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定各類規(guī)則,規(guī)范化處理各類數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)接口模塊由硬件和軟件兩部分組成,將規(guī)則設(shè)定產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以小丟包率的方式傳輸?shù)较到y(tǒng)管理模塊;系統(tǒng)管理模塊是在統(tǒng)一各種數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,有效管理算法達(dá)到計算的目的。作戰(zhàn)模塊構(gòu)成如圖1所示。
1.2 導(dǎo)彈作戰(zhàn)實體的功能概述
在已設(shè)定各個模塊功能的基礎(chǔ)上,仿真導(dǎo)彈作戰(zhàn)系統(tǒng)推演對抗,實現(xiàn)的功能有。
?。?)導(dǎo)彈攻擊防御模擬功能。
包括導(dǎo)彈參數(shù)預(yù)設(shè)和導(dǎo)彈攻擊防御實現(xiàn),是用戶預(yù)先對來襲導(dǎo)彈參數(shù)設(shè)置,對抗模擬系統(tǒng)實現(xiàn)。
?。?)導(dǎo)彈戰(zhàn)場環(huán)境仿真功能。
包括地理環(huán)境仿真和電磁環(huán)境仿真,結(jié)合二維和三維態(tài)勢深度建模分析。
?。?)輔助決策功能。
包括輔助決策裝備部署和輔助決策下作戰(zhàn)決心。常用的算法有層次分析法(AHP)、模糊綜合評價法(Fuzzy)、灰色綜合評價法(Gray)等。
2 作戰(zhàn)仿真的總體設(shè)計
作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的總體設(shè)計應(yīng)本著科學(xué)、合理,減少詳細(xì)設(shè)計工作量的態(tài)度,面向作戰(zhàn)對象實體設(shè)計開發(fā)。從初始階段起,完成不同精度作戰(zhàn)仿真和優(yōu)化試驗,為總體設(shè)計提供可靠的性能參數(shù)。過程中的軟硬件編程開發(fā)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的功能。
2.1 作戰(zhàn)系統(tǒng)的開發(fā)方式
作戰(zhàn)系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計遵循原則有模型驅(qū)動、數(shù)據(jù)流驅(qū)動等。其中,模型驅(qū)動(MDA)思想適用于系統(tǒng)建模與仿真領(lǐng)域。其架構(gòu)核心思想具體來說,就是在執(zhí)行過程中,注重迭代、增量的開發(fā),修正開發(fā)過程中的漏洞。MDA由一系列基礎(chǔ)構(gòu)件支持,可以讀取UML設(shè)計模型,通過普適的標(biāo)準(zhǔn)自動生成C++代碼、Java代碼、C#代碼、測試框架、整合代碼、Java對象、.Net對象、部署腳本甚至軟件文檔,而且可以映射到J2EE,.Net,CORBA等平臺。這些代碼的集成編寫,正逐步向面向?qū)ο蟮木幊淘O(shè)計發(fā)展,并根據(jù)對象特征需求選取合適編程語言。
2.2 數(shù)據(jù)庫常用算法
數(shù)據(jù)庫包含對象原型的大量各類數(shù)據(jù)。當(dāng)前采用數(shù)據(jù)挖掘合理的調(diào)度,適用數(shù)據(jù)挖掘的方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)和基于樹的分類方法。其中,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是受人腦原理啟發(fā)產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò),支持向量機(jī)在分類、回歸和聚類等應(yīng)用方面性能同前者相差無幾。總體來看,大規(guī)模的數(shù)據(jù)挖掘問題常采用這兩種方法。而樹的分類方法,采用將大數(shù)據(jù)集分割成小數(shù)據(jù)集,通過將訓(xùn)練集置于樹根,并在每個內(nèi)部結(jié)點提問,可以非常簡單的分析樹葉上的數(shù)據(jù)。
2.3 平臺界面
平臺界面同模擬推演緊密聯(lián)系在一起,是模擬推演的直觀交互。作戰(zhàn)系統(tǒng)的硬件界面設(shè)計要考慮人的心理、生理等人類工程學(xué)因素,圍繞提高處理速度設(shè)計。首先,構(gòu)建安全的駕駛指揮界面,包括高信息量的顯示,使指揮員能全面掌握作戰(zhàn)各個系統(tǒng);其次,一個友好并高效的界面,有助于減少指揮員的顧慮,提高工作效率。
界面設(shè)計分為軟件設(shè)計和硬件設(shè)計。首先,軟件設(shè)計定制通信協(xié)議;然后,根據(jù)硬件電路書寫硬件驅(qū)動程序。軟件交互界面中程序附帶包括報文格式的處理、串并口中斷、信道的查詢和連接及差錯控制等等。硬件交互界面包括信息顯示界面設(shè)計、控制界面設(shè)計、關(guān)于“手”的界面設(shè)計。設(shè)計采用主從結(jié)構(gòu):主CPU完成與群主機(jī)通信,從CPU完成與各指揮所、觀察所通信,再由主從CPU間并行總線的數(shù)據(jù)交換來完成主機(jī)與下屬計算機(jī)的通信。
提高效率上,常用數(shù)據(jù)處理電路DSP、FPGA。其中,F(xiàn)PGA能充分發(fā)揮硬件系統(tǒng)并行、高速處理數(shù)據(jù)的優(yōu)勢;DSP擅長處理算法復(fù)雜,數(shù)據(jù)處理量相對較小的高層算法。在控制界面和節(jié)點設(shè)計中,各取兩種電路所長優(yōu)勢互補(bǔ),提高系統(tǒng)的實時性。
2.4 作戰(zhàn)系統(tǒng)交互設(shè)計
作戰(zhàn)系統(tǒng)交互設(shè)計由高層體系結(jié)構(gòu)(HLA/RTI)依六大管理的特點構(gòu)成。具體布局是大量的單個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)成整體網(wǎng)絡(luò)通信。單個節(jié)點與整體網(wǎng)絡(luò)依靠單體武器裝備特性交換信息,充分依靠各種敏感/探測器的輸入信息、各種武器、裝備,發(fā)揮控制信息優(yōu)勢。
作戰(zhàn)系統(tǒng)交互設(shè)計是以信息交互模塊作為主體,地理信息系統(tǒng)部分功能為框架構(gòu)成二維和三維的交互顯示界面。不同節(jié)點仿真軟件之間的通信可通過地理信息系統(tǒng)的通信模塊間接調(diào)用實現(xiàn)。
就現(xiàn)階段作戰(zhàn)交互特點,對未來作出展望。
?。?)人機(jī)交互更接近同現(xiàn)實世界的交互操作。
(2)人機(jī)界面設(shè)計下一代是交互的集成方法。
?。?)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用。
3 導(dǎo)彈作戰(zhàn)仿真詳細(xì)設(shè)計過程
詳細(xì)開發(fā)過程遵循總體設(shè)計中的模塊的分類,細(xì)化細(xì)節(jié)流程的分析。流程如圖2所示。
3.1 導(dǎo)彈模型的建立
導(dǎo)彈模型,由模型描述、模型數(shù)據(jù)說明、模型算法和屬性描述、運用條件與限制說明、模型關(guān)系說明、模型接口描述、模型其他描述組成。
導(dǎo)彈模型建立的主要工作是模型算法和屬性描述,模型算法和屬性描述的工作在于闡述運算和確定運行屬性。工作過程中通常簡化研究地面坐標(biāo)系、彈體坐標(biāo)系、彈道坐標(biāo)系、速度坐標(biāo)系,并研究各個坐標(biāo)系的建立模式與相互轉(zhuǎn)化關(guān)系確定總體工作過程。
在編程中,注重建立對抗環(huán)境中導(dǎo)彈系統(tǒng)組成的交互性仿真模塊模型,通過構(gòu)建仿真平臺驅(qū)動模型仿真實驗,獲得導(dǎo)彈系統(tǒng)打擊各類目標(biāo)仿真值。對復(fù)雜導(dǎo)彈控制上,一般采用BTT方法建立對象仿真模型。
3.2 指揮控制環(huán)節(jié)
導(dǎo)彈指揮控制包括顯示情況與控制管理。實現(xiàn)該功能,依托視景開發(fā)二維、三維作戰(zhàn)仿真顯示與交互,努力推進(jìn)高逼真、強(qiáng)沉浸,提升指揮中心功能的高效性。
二維顯示與控制以地理信息系統(tǒng)GIS遙感的圖像為基底,基于MapX標(biāo)準(zhǔn)組件或相同地圖功能的MapInfoProfessional的圖形開發(fā);三維顯示與控制數(shù)據(jù)量較多,常由功能數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型構(gòu)建和模型渲染三部分組成。
二維與三維指揮與控制交互一體化調(diào)控的對象表現(xiàn)在:屬性,包括位置、標(biāo)圖等的一致性;二維查詢屬性可三維顯示目標(biāo)情況;當(dāng)選擇二維顯示范圍時候,可實時顯示該區(qū)域的三維場景;在控制方面,二維和三維的效果上存在的一致性。
3.3 關(guān)鍵技術(shù)研究前景
現(xiàn)階段,作戰(zhàn)仿真正在理論基礎(chǔ)上不斷完善,朝各個模塊統(tǒng)合到實際操作平臺發(fā)展??梢灶A(yù)見的是,作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的集成將實現(xiàn)從獨立集成模式、嵌入集成模式,到無縫集成模式三步走。更高層次的集成不僅有利于研究作戰(zhàn)仿真,同時也將在虛擬地理環(huán)境、數(shù)字地球等的研究上起到重要的作用。
基于總體科技水平,需要盡快解決以下幾項關(guān)鍵技術(shù)。
?。?)高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)的獲取與海量數(shù)據(jù)的存取技術(shù)。
?。?)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫與分布式計算技術(shù)。
?。?)空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)。
?。?)空間數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。
?。?)多種數(shù)據(jù)融合技術(shù)。
(6)精確三維模擬技術(shù)。
?。?)寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
4 結(jié)論與展望
作戰(zhàn)仿真技術(shù)是一項緊貼實戰(zhàn)的技術(shù)。這項技術(shù)的研究與進(jìn)展,緊密聯(lián)系于當(dāng)前最新的科技水平。在應(yīng)用中,緊緊抓住軟、硬件部分高效的設(shè)計方法,實現(xiàn)作戰(zhàn)系統(tǒng)的基本功能?,F(xiàn)階段,大量數(shù)據(jù)實時傳輸與精確打擊等技術(shù)方面存在較大的發(fā)展空間,幾方面的不斷發(fā)展提升作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)高效性。作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)良好的整體架構(gòu),是打贏未來作戰(zhàn)的良好基礎(chǔ)。
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