文/衛(wèi)翔 范學(xué)滿 邵作浩

各類作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)往往都需要具備戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真功能，這也是提高作戰(zhàn)仿真效果的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。但由于目前不同系統(tǒng)中關(guān)于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真部分與系統(tǒng)本身緊密耦合在一起，因此設(shè)計(jì)一個(gè)與具體系統(tǒng)松耦合且易集成的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真系統(tǒng)久顯得尤為必要。按照模塊化、層次化和分布式設(shè)計(jì)思想，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于MAXSim 仿真平臺(tái)的，可用于各類作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的公共服務(wù)系統(tǒng)，可以為聯(lián)合作戰(zhàn)條件下裝備對(duì)抗仿真、人在環(huán)仿真推演、裝備效能評(píng)估等系統(tǒng)提供戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真或環(huán)境數(shù)據(jù)。

圖1：戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真子系統(tǒng)體系架構(gòu)

1 功能與架構(gòu)

戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真一般應(yīng)包括：地理環(huán)境、電磁環(huán)境、氣象環(huán)境、水聲環(huán)境等仿真功能的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真系統(tǒng)。MAXSim 仿真平臺(tái)主要通過(guò)GIS 接口實(shí)現(xiàn)對(duì)地形信息的讀取并與模型交互來(lái)反應(yīng)地理環(huán)境，同時(shí)可擴(kuò)展地物實(shí)體及地效Agent 以實(shí)現(xiàn)地理環(huán)境的仿真，電磁環(huán)境仿真主要通過(guò)全局或區(qū)域的電磁環(huán)境及電磁仿真模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。氣象環(huán)境主要通過(guò)全局及局部的氣象信息進(jìn)行設(shè)置。

為了保證戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可靠性，技術(shù)上應(yīng)采用組件化的設(shè)計(jì)模式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的仿真，這樣可以充分利用MAXSim 現(xiàn)有的仿真功能并根據(jù)項(xiàng)目需求進(jìn)行定制擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)與其他系統(tǒng)模塊的無(wú)縫集成。其體系架構(gòu)如圖1所示。

表1：環(huán)境實(shí)體描述符組成表

表2：高程網(wǎng)表結(jié)構(gòu)

表3：高程索引信息表結(jié)構(gòu)

表4：氣象條件表結(jié)構(gòu)

表5：電磁條件表結(jié)構(gòu)

2 系統(tǒng)組成

從功能上可以看出，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真系統(tǒng)主要提供環(huán)境數(shù)據(jù)及環(huán)境模型的仿真服務(wù)，其模塊組成如圖2所示。

2.1 地理與實(shí)體環(huán)境模型庫(kù)

地理與實(shí)體環(huán)境模型庫(kù)主要由綜合地理信息（數(shù)字地圖）、地物及軍事設(shè)施實(shí)體組成。綜合地理信息由各種標(biāo)準(zhǔn)格式的地理信息數(shù)據(jù)文件構(gòu)成，可表達(dá)經(jīng)緯度、高程、河流、行政界線等信息，這些信息由相應(yīng)的GIS 進(jìn)行讀取并可進(jìn)行相關(guān)的坡度、梯度、通視等計(jì)算。地物及軍事設(shè)施實(shí)體由MAXSim 平臺(tái)進(jìn)行實(shí)體建模以實(shí)現(xiàn)與其它模型的交互。

2.2 氣象信息庫(kù)

氣象信息庫(kù)主要由階段性的時(shí)序氣象信息為主，在進(jìn)行仿真時(shí)可由氣象信息處理Agent 讀取并處理，通過(guò)環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)體的相關(guān)描述符與其它模型進(jìn)行交互。

2.3 電磁信息庫(kù)

主要由全局基礎(chǔ)電磁信息背景及某區(qū)域的局部電磁信息構(gòu)成，可以進(jìn)行配置及選擇，仿真運(yùn)行時(shí)由電磁信息處理Agent 讀取并處理，通過(guò)環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)體的相關(guān)描述符與其它模型進(jìn)行交互。

2.4 環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)體

環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)體由MAXSim 平臺(tái)中進(jìn)行實(shí)體建模而來(lái)，主要用于承載環(huán)境數(shù)據(jù)信息（包含氣象、電磁等）并可根據(jù)應(yīng)用的需求進(jìn)行靈活擴(kuò)展，以表達(dá)更復(fù)雜的環(huán)境條件。

2.5 環(huán)境仿真計(jì)算

環(huán)境仿真計(jì)算可采用基于Agent 的思想設(shè)計(jì)，主要由GIS 檢索計(jì)算接口、氣象信息處理Agent、電磁信息處理Agent、電磁干擾仿真計(jì)算Agent、聲傳播計(jì)算Agent 組成，用于對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的仿真計(jì)算。

2.6 環(huán)境交互接口

主要用于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真子系統(tǒng)與仿真平臺(tái)引擎間的信息交互，從而實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)間的互連對(duì)接。

3 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真主要由環(huán)境交互模型通過(guò)環(huán)境仿真計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)綜合戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的模擬。環(huán)境交互模型主要通過(guò)環(huán)境實(shí)體來(lái)獲取環(huán)境仿真數(shù)據(jù)描述戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，并通過(guò)更新黑板描述符實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)中其它模型間的交互。部分環(huán)境模型的數(shù)據(jù)專用的模塊來(lái)處理，如地形數(shù)據(jù)。部分環(huán)境模型數(shù)據(jù)由環(huán)境交互模型獲取，如氣象、電磁處理模型。

3.1 環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)體

環(huán)境實(shí)體主要用于承載環(huán)境模型所提供的數(shù)據(jù)，通過(guò)所持有描述符及黑板與外部的模型仿真模型進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

為滿足與外部環(huán)境仿真模型的交互環(huán)境實(shí)體應(yīng)設(shè)計(jì)如表1所示的描述符以容載相應(yīng)的信息。

3.2 環(huán)境交互接口

環(huán)境交互模型主要用于環(huán)境實(shí)體與外部環(huán)境模型間的數(shù)據(jù)交互邏輯的處理（環(huán)境仿真計(jì)算），包括數(shù)據(jù)格式、制式轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)更新速度設(shè)置；仿真模型對(duì)環(huán)境的回饋控制等功能，其組成結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.3 外接環(huán)境信息

外接環(huán)境信息主要包括：地理、氣象、電磁等信息庫(kù)，其通常的表述及格式如下。

3.3.1 地理環(huán)境

地理環(huán)境信息是用網(wǎng)格化與矢量化相結(jié)合的方法來(lái)設(shè)計(jì)的一個(gè)分層模型，它以戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的分類為依據(jù)。戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)的分層模型如圖4所示。

基本網(wǎng)格信息里又分為地形高程屬性、地表材質(zhì)屬性、機(jī)動(dòng)力學(xué)屬性、電磁環(huán)境屬性、地貌通過(guò)性屬性?；揪W(wǎng)格以高程網(wǎng)格建立。如表2、表3所示。

對(duì)于地理環(huán)境信息可通過(guò)開(kāi)源的Gmap.net 組件來(lái)進(jìn)行處理，MAXSim 仿真平臺(tái)系統(tǒng)提供了相關(guān)的封裝接口及配置以實(shí)現(xiàn)其與特點(diǎn)的GIS 進(jìn)行集成交互。

3.3.2 氣象信息

氣象條件信息主要考慮到大氣溫度、風(fēng)力、風(fēng)向、天氣類型等，其信息結(jié)構(gòu)表如表4所示。

3.3.3 電磁環(huán)境信息

電磁環(huán)境包括電磁條件描述和（強(qiáng)）電磁源模型描述等，其信息結(jié)構(gòu)表如表5、表6所示。

4 結(jié)論

按照模塊化、層次化和分布式設(shè)計(jì)思想，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于MAXSim 仿真平臺(tái)的，與具體系統(tǒng)松耦合且易集成的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真系統(tǒng)。結(jié)合MAXSim 仿真平臺(tái)的其它仿真功能，可方便地為聯(lián)合作戰(zhàn)條件下裝備對(duì)抗仿真、人在環(huán)仿真推演、裝備效能評(píng)估等系統(tǒng)提供戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真服務(wù)，具有較好的適配性和通用性。

表6：電磁輻射源表結(jié)構(gòu)

圖2：戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境模塊組成

圖3：環(huán)境交互模型組成結(jié)構(gòu)

圖4：環(huán)境數(shù)據(jù)分層模型