遲嘉寧 吳 華 程嗣怡 鄧 健 孟躍宇

（1.中國人民解放軍空軍工程大學(xué) 航空航天工程學(xué)院，陜西 西安710038；2.中國人民解放軍93116 部隊，遼寧 沈陽110114）

0 引言

近年來幾場著名戰(zhàn)爭表明：綜合電子戰(zhàn)技術(shù)的運用直接關(guān)系到戰(zhàn)爭的主動權(quán)和勝負，但現(xiàn)實的戰(zhàn)爭是不可重復(fù)和預(yù)見的，因此作戰(zhàn)過程的模擬仿真就成為人們研究戰(zhàn)爭的重要方法[1]。 目前國內(nèi)大多數(shù)雷達和電子戰(zhàn)仿真模型都是采用仿真語言或者高級語言編制的。受仿真語言和仿真體系結(jié)構(gòu)的局限，傳統(tǒng)的綜合電子戰(zhàn)仿真軟件難以適應(yīng)綜合電子戰(zhàn)系統(tǒng)和作戰(zhàn)樣式的多樣化和復(fù)雜化， 表現(xiàn)在可重用性差、用戶接口手段貧乏、模型參數(shù)與實驗參數(shù)混淆、模型層次不清、擴展性差等方面。

高層體系結(jié)構(gòu)仿真HLA(High Level Architecture)是在美國國防建模和仿真辦公室(DMSO) 的指導(dǎo)下建立的支持構(gòu)造仿真(Constructive Simulation)、 虛 擬 仿 真 (Virtual、Simulation) 和 實 況 仿 真(Reality Simulation)的綜合建模仿真環(huán)境，能提供一種集成各種仿真系統(tǒng)和功能模塊的接口標準和設(shè)計規(guī)范[2-3]。 HLA 是綜合電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的首選仿真體系。本文基于HLA 建立一套綜合電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)，進行攻防對抗演示驗證。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能

1.1.1 空空對抗環(huán)境構(gòu)建

系統(tǒng)能提供空戰(zhàn)環(huán)境，可以選擇雙擊或機群對抗模式，二維電子地圖和三維視景仿真場景能實時顯示戰(zhàn)場態(tài)勢，空戰(zhàn)戰(zhàn)場要素全面。

1.1.2 性能指標論證

裝備性能參數(shù)數(shù)據(jù)庫提供了人機接口， 可以方便地修改性能參數(shù)，系統(tǒng)通過與數(shù)據(jù)庫集成接口驗證各種性能參數(shù)，從而為性能指標論證提供依據(jù)，做到性能參數(shù)與戰(zhàn)術(shù)參數(shù)相結(jié)合、戰(zhàn)術(shù)參數(shù)確定性能參數(shù)的目的。

1.1.3 驗證綜合航電系統(tǒng)使用調(diào)度準則

仿真系統(tǒng)能夠提供綜合航電系統(tǒng)、機載武器系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)以及與戰(zhàn)場環(huán)境的閉環(huán)仿真環(huán)境，通過想定編輯和數(shù)據(jù)記錄，分析航電系統(tǒng)的調(diào)度策略和戰(zhàn)場使用準則。

在裝備性能參數(shù)確定的情況下，仿真系統(tǒng)通過與想定數(shù)據(jù)庫的接口加載想定進行航電系統(tǒng)使用策略仿真推演，記錄實時數(shù)據(jù)事后分析講評，確定多樣化作戰(zhàn)環(huán)境下航電系統(tǒng)使用準則。

1.2 系統(tǒng)原理及組成

基于HLA 的仿真系統(tǒng)框架如圖1 所示。 整個仿真系統(tǒng)構(gòu)成一個聯(lián)邦，聯(lián)邦中包含若干個聯(lián)邦成員，系統(tǒng)中完成獨立功能的各個仿真程序是以聯(lián)邦成員的形式存在的， 各個聯(lián)邦成員之間的交互通過HLA/RTI 進行[4]。

仿真管理成員負責(zé)仿真系統(tǒng)運行前的各種配置、仿真運行過程中視景系統(tǒng)顯示內(nèi)容的切換以及對仿真運行開始、暫停、繼續(xù)、停止等的控制；仿真管理器為用戶提供了一個交互界面，上面有菜單、對話框以及按鈕、編輯框等控件，用于接收用戶的各種輸入、響應(yīng)用戶的各種操作、將處理結(jié)果在界面上進行顯示并對仿真結(jié)果進行保存等，仿真管理器實現(xiàn)了對上述過程的統(tǒng)一管理。

圖1 基于HLA 的仿真系統(tǒng)框架

仿真建模成員完成各種仿真模型的構(gòu)建，仿真模型庫用于存儲建立的各種仿真模型，仿真數(shù)據(jù)庫用于存儲生成的各種仿真數(shù)據(jù)。 視景仿真成員根據(jù)接收到的仿真數(shù)據(jù)，實現(xiàn)仿真過程的三維實時顯示。 仿真結(jié)果分析評估成員是對仿真結(jié)果進行分析評估， 得出分析評估報告，并根據(jù)需要生成圖表和曲線等。HLA 接口是按照HLA 規(guī)則開發(fā)的實現(xiàn)各成員間數(shù)據(jù)交互的程序接口[5]。

在設(shè)計出基于HLA 的仿真系統(tǒng)框架后， 還要解決以下幾個問題（如：聯(lián)邦成員的開發(fā)流程和方法、HLA 接口的開發(fā)方法、視景仿真系統(tǒng)的開發(fā)方法等），這樣才能最終實現(xiàn)上述仿真系統(tǒng)的各項功能[6]。

2 系統(tǒng)開發(fā)流程

該綜合仿真系統(tǒng)為機載機電設(shè)備通用仿真平臺，它應(yīng)能進行不同型號飛機機電系統(tǒng)綜合仿真及同一型號飛機機電系統(tǒng)不同綜合控管策略的仿真試驗。 除系統(tǒng)想定庫外，各層駐留有相應(yīng)的機載機電系統(tǒng)基本模型庫，指令層駐留飛行狀態(tài)庫、靜態(tài)任務(wù)分配算法庫；協(xié)調(diào)管理層駐留子系統(tǒng)控制管理庫、動態(tài)任務(wù)調(diào)度算法庫；執(zhí)行層駐留子系統(tǒng)控制管理庫、子系統(tǒng)模型庫、子系統(tǒng)控制律算法庫以及實物信息數(shù)據(jù)庫。 各數(shù)據(jù)庫及其具體功能如下：

（1） 想定庫：：=<航線選擇><雷達使用策略><電子戰(zhàn)使用策略><機動策略>。

圖2 系統(tǒng)想定庫功能結(jié)構(gòu)圖

（2） 飛行狀態(tài)庫：：=<狀態(tài)選擇><狀態(tài)初值><狀態(tài)參數(shù)><全狀態(tài)>。

圖3 系統(tǒng)飛行狀態(tài)庫功能結(jié)構(gòu)圖

（3）任務(wù)分配算法庫提供典型的分布式系統(tǒng)靜、動態(tài)及混合任務(wù)分配算法，目的在于提供各種算法情況下的仿真結(jié)果，以確定實際系統(tǒng)最終調(diào)度方案。 指令層進行仿真初始算法設(shè)置，在仿真實例運行過程中調(diào)用其他層相應(yīng)的算法模塊。

任務(wù)分配算法庫：：=<算法選擇><任務(wù)><任務(wù)冗余度><任務(wù)優(yōu)先級><處理機數(shù)>。

圖4 系統(tǒng)任務(wù)分配算法庫功能結(jié)構(gòu)圖

（4）子系統(tǒng)控制管理庫：：=<子系統(tǒng)><子系統(tǒng)當前狀態(tài)><管理策略>

（5）子系統(tǒng)模型庫：：=<子系統(tǒng)><子系統(tǒng)當前狀態(tài)><飛行環(huán)境>

（6）子系統(tǒng)控制律算法庫：：=<子系統(tǒng)><控制律算法>

（7）實物信息數(shù)據(jù)庫：：=<數(shù)據(jù)庫路徑><數(shù)據(jù)庫名>

可針對不同型號飛機設(shè)計相應(yīng)的模型庫，即系統(tǒng)具有可擴展性和一定程度的開放性。子系統(tǒng)控制律、任務(wù)調(diào)度算法、故障診斷算法設(shè)計以及分布式數(shù)據(jù)庫管理是軟件設(shè)計的關(guān)鍵問題，需進行深入研究。

在基于HLA 的仿真聯(lián)邦中， 聯(lián)邦成員是實現(xiàn)仿真部件互操作和可重用的基本單位，因此必須弄清楚聯(lián)邦成員的開發(fā)過程。 在開發(fā)聯(lián)邦成員之前，首先要建立仿真系統(tǒng)的對象模型，在HLA 的OMT 中定義了兩類對象模型[7]：一類是描述仿真聯(lián)邦的聯(lián)邦對象模型FOM，它描述了仿真運行過程中將參與聯(lián)邦成員信息交換的對象類、對象類屬性、交互類、交互類參數(shù)的特性；另一類是描述單一聯(lián)邦成員的成員對象模型SOM，它描述了聯(lián)邦成員可以對外公布或需要訂購的對象類、對象類屬性、交互類、交互類參數(shù)的特性，這些特性反映了成員在參與聯(lián)邦運行時所具有的能力。 在HLA 中， 對象模型規(guī)定用統(tǒng)一的表格OMT 來進行規(guī)范化的描述。

圖5 聯(lián)邦成員開發(fā)過程

在仿真系統(tǒng)的對象模型建立之后， 便可以進行聯(lián)邦成員的開發(fā)，其開發(fā)過程如圖5 所示。 聯(lián)邦成員是通過調(diào)用LibRTI 接口函數(shù)庫中的函數(shù)，完成整個仿真過程。 聯(lián)邦成員的開發(fā)過程包括:定義并初始化成員數(shù)據(jù)；創(chuàng)建聯(lián)邦執(zhí)行；加入聯(lián)邦執(zhí)行；獲取對象類及其屬性句柄；獲取交互類及其參數(shù)句柄；聲明公布/定購關(guān)系；確定成員的時間推進策略；注冊對象實例；更新和反射對象屬性值；發(fā)送和接收交互；請求時間推進；刪除對象實例；退出并撤銷聯(lián)邦執(zhí)行等。

3 結(jié)語

基于HLA 的綜合電子戰(zhàn)仿真系統(tǒng)以經(jīng)濟性、靈活性、高度適應(yīng)性為綜合電子戰(zhàn)系統(tǒng)的設(shè)計驗證提供了支撐，能根據(jù)飛機在實戰(zhàn)中的作戰(zhàn)需求任務(wù)構(gòu)建仿真驗證環(huán)境，從而實現(xiàn)對綜合電子戰(zhàn)系統(tǒng)技術(shù)指標的驗證和作戰(zhàn)使用準則的建立和確認。本文設(shè)計了一種仿真系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)流程，對系統(tǒng)功能進行了仿真，并對結(jié)果作了進一步分析，為進行綜合電子戰(zhàn)仿真提供了一個有力工具。

［1］張宏軍，郝文寧，陳剛,等.作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)概論[M].北京：國防工業(yè)出版社，2012,9.

［2］Symington S，Morse K L，Petty K.IEEE Standard for Modeling and Simulation(M&S) High Level Architecture (HLA)-Federate Interface Specification (IEEE Std 1516-2000)[S].[s.1]:Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc，2001.

［3］張晨虓，王宜新，劉虎，等.作戰(zhàn)武器任務(wù)規(guī)劃仿真系統(tǒng)原型的開發(fā)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2010，22(11):2549-2553.

［4］周彥，戴劍偉. HLA 仿真程序設(shè)計[M].北京: 電子工業(yè)，2002.

［5］徐忠富，黃柯棣，王國玉，等. 基于HLA 的電子信息作戰(zhàn)訓(xùn)練仿真系統(tǒng)分析與設(shè)計[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報，2008，20(2):336-340.

［6］Xie X J，Wu Y Q.Robust model reference adaptive control with hybrid adaptive law[J]. Int J of Systems Science，2002，33(14):1109-1119.

［7］王雪松，肖順平，馮德軍，趙峰,等. 現(xiàn)代雷達電子戰(zhàn)系統(tǒng)建模與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.