基于HLA的編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉 鋼， 老松楊， 譚東風(fēng)

(國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)C4ISR技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙 410073)

0 引言

隨著遠(yuǎn)程精確制導(dǎo)武器和信息偵察裝備的高速發(fā)展，現(xiàn)代海上機(jī)動戰(zhàn)的作戰(zhàn)理論正在逐漸由傳統(tǒng)海上機(jī)動戰(zhàn)向現(xiàn)代海上火力機(jī)動戰(zhàn)轉(zhuǎn)變。海上火力機(jī)動戰(zhàn)理論牽引海軍武器裝備技術(shù)迅猛發(fā)展，作為提高反艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)能力的重要措施，航路規(guī)劃技術(shù)目前正逐漸被反艦導(dǎo)彈所應(yīng)用，使得反艦導(dǎo)彈具有越來越強(qiáng)的作戰(zhàn)能力。如何運(yùn)用航路規(guī)劃技術(shù)以充分發(fā)揮反艦導(dǎo)彈武器的作戰(zhàn)效能，已成為目前亟待解決的難題。而水面艦艇以編隊(duì)作戰(zhàn)為主要作戰(zhàn)模式，對航路規(guī)劃技術(shù)運(yùn)用的研究就必須要以水面艦艇編隊(duì)為背景來開展。

航路規(guī)劃技術(shù)的應(yīng)用推動了海上火力機(jī)動戰(zhàn)理論的發(fā)展，同時(shí)也給導(dǎo)彈使用人員帶來了許多難題，航路交叉就是其中一個重要的問題。為了解決這個難題，文獻(xiàn)［1］提出了單艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃功能區(qū)域的概念和編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃區(qū)域劃分的思想。這種新元素的加入將給傳統(tǒng)基于直航式反艦導(dǎo)彈的作戰(zhàn)流程帶來巨大影響，使傳統(tǒng)的艦艦導(dǎo)彈攻擊的兵力行動、戰(zhàn)法運(yùn)用等發(fā)生一系列的改變，從而使整個編隊(duì)導(dǎo)彈攻擊理論體系發(fā)生變化。文獻(xiàn)［1］基于這個新概念，進(jìn)一步提出了編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃的決策過程，確定了火力分配、區(qū)域劃分、航路規(guī)劃3種決策的先后順序。但三者不僅決策模型復(fù)雜，而且相互影響，在實(shí)際作戰(zhàn)中難以操作。

分布交互仿真(Distributed Interactive Simulation，DIS)通過網(wǎng)絡(luò)將分散在各地的仿真器、計(jì)算機(jī)生成兵力以及其他設(shè)備聯(lián)接為一個整體，形成一個可以在時(shí)間和空間上互相耦合的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境。目前，基于高層體系結(jié)構(gòu)(High Level Architecture，HLA)的分布仿真是仿真發(fā)展的主要方向［2］。HLA最重要的兩個特點(diǎn)就是支持基于組件(對象)的仿真應(yīng)用開發(fā)模式和將仿真功能與通用的支撐系統(tǒng)相分離的體系結(jié)構(gòu)［3］。相對于DIS標(biāo)準(zhǔn)，HLA具有靈活性、可擴(kuò)充性、網(wǎng)絡(luò)冗余數(shù)據(jù)少等優(yōu)點(diǎn)。本文基于HLA為編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃搭建一個仿真試驗(yàn)平臺，用以研究火力分配、區(qū)域劃分、航路規(guī)劃3種決策的交互關(guān)系，進(jìn)而制定相應(yīng)的作戰(zhàn)規(guī)則，來指導(dǎo)決策。

1 編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃過程及問題領(lǐng)域分析

水面艦艇編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃，是指在以裝備有航路規(guī)劃導(dǎo)彈的水面艦艇為核心的水面艦艇編隊(duì)進(jìn)行對海導(dǎo)彈攻擊中，在各種典型的隊(duì)形配置條件下，充分發(fā)揮航路規(guī)劃導(dǎo)彈的技術(shù)特點(diǎn)，根據(jù)當(dāng)時(shí)的作戰(zhàn)任務(wù)需要，進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋C(jī)動，充分考慮敵方目標(biāo)的有關(guān)因素(如周圍防御力量的水平)及海區(qū)自然環(huán)境，合理選擇攻擊目標(biāo)、制定火力分配方案以及確定攻擊航路，在技術(shù)及戰(zhàn)術(shù)許可的前提下，使各枚反艦導(dǎo)彈以適當(dāng)?shù)暮铰凤w行，達(dá)到最大限度發(fā)揮導(dǎo)彈攻擊效力的目的，從而提高艦艇編隊(duì)整體的對海作戰(zhàn)能力。

文獻(xiàn)［1］中提出了單艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃功能區(qū)域的概念和編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃區(qū)域劃分的思想，建立了模型并且進(jìn)行了工程實(shí)踐，檢驗(yàn)了模型的準(zhǔn)確性和方法的正確性。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃的特點(diǎn)，參考傳統(tǒng)編隊(duì)導(dǎo)彈攻擊的過程，得出編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃過程。從時(shí)間發(fā)展的角度看，編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃分為6個主要階段，包括:作戰(zhàn)籌劃、兵力部署、信息保障、火力分配、區(qū)域劃分、航路規(guī)劃，其中信息保障貫穿于整個過程當(dāng)中。區(qū)域劃分是指在確定導(dǎo)彈攻擊火力分配方案以后，在海圖上劃定編隊(duì)內(nèi)各單艦航路規(guī)劃橢圓區(qū)域，并且根據(jù)橢圓區(qū)域的重疊情況計(jì)算出編隊(duì)導(dǎo)彈攻擊航路規(guī)劃區(qū)域劃分參考線(在緊急或特殊情況下可人工劃定)，為各艦確定實(shí)際可用的導(dǎo)彈航路規(guī)劃區(qū)域［1］。編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃過程如圖1所示。

圖1反映了編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃過程中各個階段的先后順序，其中，編隊(duì)兵力協(xié)同機(jī)動的反饋過程體現(xiàn)了兵力機(jī)動應(yīng)服務(wù)及服從于整體航路規(guī)劃的思想。圖中可見，編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃過程中火力分配、區(qū)域劃分、航路規(guī)劃三者是動態(tài)交互的，交互的途徑就是通過編隊(duì)兵力協(xié)同機(jī)動。

圖1 編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃過程示意圖Fig.1 The process of surface ship formation missile path plan

編隊(duì)進(jìn)行對海導(dǎo)彈攻擊航路規(guī)劃時(shí)，一般來說，火力分配、區(qū)域劃分、航路規(guī)劃3個階段在執(zhí)行程序上具有先后順序關(guān)系。但是，由于航路規(guī)劃的復(fù)雜性，為了取得最大的攻擊效果，前者的決策必須考慮到后者的可操作性。因此，區(qū)域劃分制約著火力分配，航路規(guī)劃又制約著區(qū)域劃分，三者形成了互相制約、相互耦合的關(guān)系。為了提高編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃的整體操作性，在建立三者的解析模型時(shí)，必須全面考慮三者的相互影響以及其他影響因素對它們產(chǎn)生的作用，顯然這是非常困難的。在3個模型串行組合的情況下，前者的計(jì)算結(jié)果不一定滿足后者的計(jì)算條件，并且有些定性因素除非進(jìn)行一定假設(shè)，否則根本無法在模型中體現(xiàn)。這就使得編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃成為了一個非結(jié)構(gòu)化的問題［4］。因此，要想得到滿足一定條件的編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃方案，僅僅依靠解析模型是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有通過仿真，在不同的情況下，多次模擬編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃的過程，從而發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律，得出一套約束各個模型的規(guī)則，來指導(dǎo)決策。

根據(jù)編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃的功能需求可以確定4個活動者:編隊(duì)指揮所、情電指揮員、艦艇指揮所和導(dǎo)彈武器系統(tǒng)。其用例主要有:作戰(zhàn)籌劃、兵力部署、火力分配、區(qū)域劃分、航路規(guī)劃和方案評估等。其中，按照實(shí)施層次的不同，單枚導(dǎo)彈的航路規(guī)劃又分為航路設(shè)計(jì)和航路計(jì)算。在這里，航路設(shè)計(jì)是指艦艇指揮員根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢為導(dǎo)彈航路明確實(shí)時(shí)的約束條件;而航路計(jì)算是指導(dǎo)彈武器系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)約束條件和導(dǎo)彈自身的飛行約束條件解算出飛行航路。作者在文獻(xiàn)［1］中利用遺傳算法為航路計(jì)算提供了一種智能技術(shù)的決策支持。圖2所示為編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃的頂層用例圖。

圖2 編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃的頂層用例圖Fig.2 The top-level use-case diagram of surface ship formation missile path plan

2 編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃是一個分布式的系統(tǒng)，編隊(duì)、艦艇和導(dǎo)彈武器各個單元之間功能不同，決策模型也不同。編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃又是一個交互的過程，在編隊(duì)指揮所、艦艇指揮所、導(dǎo)彈武器系統(tǒng)之間存在多種信息的交互，包括狀態(tài)信息、位置信息和控制信息。尤其在火力分配、區(qū)域劃分和航路規(guī)劃三者之間存在著更為復(fù)雜的動態(tài)交互關(guān)系。為了逼真地展現(xiàn)這些關(guān)系，仿真系統(tǒng)必須滿足分布式和交互的要求。

本文所設(shè)計(jì)的編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)采用HLA/RTI規(guī)范為核心的技術(shù)框架，以仿真資源為核心，從系統(tǒng)仿真的角度對編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃的過程以及火力分配、區(qū)域劃分和航路規(guī)劃三者之間的交互進(jìn)行仿真。HLA的一個基本思想是將特定仿真中的功能與通用的支撐服務(wù)相分離，聯(lián)邦成員通過調(diào)用RTI提供的服務(wù)進(jìn)行交互，交互信息基于HLA的公布/訂購機(jī)制［5］。根據(jù)對編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃過程的分析，參考聯(lián)邦開發(fā)和執(zhí)行過程模型FEDEP(Federation Development Execution Process)，確定編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)的總體邏輯結(jié)構(gòu)和聯(lián)邦組成如圖3所示。

圖3 編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)總體邏輯結(jié)構(gòu)Fig.3 The general logic structure of surface ship formation missile path plan simulation system

3 編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)的面向?qū)ο蠓治?/h2>

HLA按照面向?qū)ο蟮乃枷牒头椒▉順?gòu)建仿真系統(tǒng)，它是在面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上劃分仿真成員，構(gòu)建仿真聯(lián)邦的技術(shù)［2］。面向?qū)ο蠓治龅哪康氖钱a(chǎn)生一個符合用戶需求并能夠反映問題域和系統(tǒng)責(zé)任的概念模型及其詳細(xì)說明。

統(tǒng)一建模語言(Unified Modeling Language，UML)作為面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)中的一種標(biāo)準(zhǔn)建模工具，融合了當(dāng)前一些面向?qū)ο蟮闹饕拍詈图夹g(shù)，提供了豐富的基于面向?qū)ο蟾拍畹哪Ｐ驮丶捌鋱D形表示元素，能夠直接將問題域結(jié)構(gòu)反映到系統(tǒng)模型中，適應(yīng)需求的變化［6］。UML描述了一個系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)和動態(tài)行為，將系統(tǒng)描述為一些離散的相互作用的對象并最終為外部用戶提供一定功能的模型結(jié)構(gòu)。靜態(tài)結(jié)構(gòu)定義系統(tǒng)中的重要對象的屬性和操作以及這些對象之間的相互關(guān)系，動態(tài)行為定義對象的時(shí)間特性和對象為完成目標(biāo)而相互進(jìn)行通信的機(jī)制［7］。

3.1 編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型

識別出一組概念或?qū)ο笫敲嫦驅(qū)ο笙到y(tǒng)分析的核心。建立靜態(tài)結(jié)構(gòu)模型就是根據(jù)功能需求和問題領(lǐng)域分析，找出編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)中概念性的類及它們之間的相互關(guān)系，并確定類的屬性和主要操作，以此為基礎(chǔ)建立類圖(Class Diagram)。類圖提供系統(tǒng)組件及其相互關(guān)系的靜態(tài)行為。圖4以UML類圖的形式給出了編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)中的主要類及各個類之間的關(guān)系。

如圖4所示，編隊(duì)指揮所、單艦指揮所都是能夠進(jìn)行指揮控制的實(shí)體，因此抽象出指揮控制中心作為這兩個類的超類，讓它們從指揮控制中心派生。圖中長方形框表示類，分上、中、下3個區(qū)域，上部放類名，中部和下部分別為類的屬性和操作。框之間的連線表示類與類之間的關(guān)系，實(shí)心菱形表示從屬關(guān)系，空心箭頭表示泛化(繼承)關(guān)系。

3.2 編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)的動態(tài)行為模型

僅僅了解系統(tǒng)的靜態(tài)邏輯結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部各種類及對象之間的靜態(tài)關(guān)系是不全面的，為了表現(xiàn)系統(tǒng)中對象的交互過程，需建立系統(tǒng)的動態(tài)行為模型，以便分析系統(tǒng)的行為，印證和修改系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。在對編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃體系進(jìn)行動態(tài)建模時(shí)，可根據(jù)用例圖和類圖建立時(shí)序圖，從每一個用例的角色出發(fā)，找到與其交互的對象及其之間的消息傳遞。圖5給出了描述編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)的時(shí)序圖。

圖4 編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)的類圖Fig.4 The class diagram of surface ship formation missile path plan simulation system

圖5 編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)的時(shí)序圖Fig.5 The sequence chart of surface ship formation missile path plan simulation system

這里需要說明，若單艦級導(dǎo)彈航路規(guī)劃方案評估結(jié)果為能夠滿足要求時(shí)，則向編隊(duì)指揮所輸出航路參數(shù);否則，重新進(jìn)行航路設(shè)計(jì)(圖5中虛線箭頭所示)。對于編隊(duì)層次而言，各艦上報(bào)航路規(guī)劃方案后，經(jīng)過方案評估，若作戰(zhàn)效果能夠滿足作戰(zhàn)要求時(shí)，則輸出航路參數(shù)，仿真結(jié)束;否則，返回到配置初始態(tài)勢，重新修改補(bǔ)充參數(shù)。編隊(duì)級和單艦級的兩級方案評估是個迭代增量式的過程，驅(qū)動火力分配、區(qū)域劃分和航路規(guī)劃3個模型之間的動態(tài)交互。

4 編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1 仿真聯(lián)邦的SOM描述

仿真對象模型(Simulation Object Model，SOM)是單一聯(lián)邦成員的對象模型，它描述各個仿真在參與聯(lián)邦運(yùn)行時(shí)能提供給聯(lián)邦的數(shù)據(jù)交換的本質(zhì)能力。從圖3可知，編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真聯(lián)邦包括9個聯(lián)邦成員，各成員功能如下。

仿真系統(tǒng)總控成員主要實(shí)現(xiàn)仿真方案管理和系統(tǒng)管理。負(fù)責(zé)仿真聯(lián)邦方案數(shù)據(jù)的初始化及仿真初始設(shè)置，負(fù)責(zé)構(gòu)建編隊(duì)艦艇和目標(biāo)的初始位置狀態(tài)、設(shè)置障礙物的位置。完成聯(lián)邦運(yùn)行控制，在初始化階段向各聯(lián)邦成員發(fā)送初始化命令及成員初始化信息;當(dāng)接收到所有成員初始化成功信息后，向各成員發(fā)送仿真開始控制命令;在仿真結(jié)束時(shí)，向各成員發(fā)送仿真結(jié)束控制命令。

編隊(duì)指揮所成員負(fù)責(zé)完成火力分配、區(qū)域劃分，確定導(dǎo)彈的攻擊進(jìn)入方向，針對當(dāng)前編隊(duì)級的方案進(jìn)行實(shí)時(shí)評估。

艦艇指揮所成員負(fù)責(zé)仿真本艦艇機(jī)動，公布本艦艇實(shí)時(shí)位置和狀態(tài)參數(shù)，確定導(dǎo)彈自導(dǎo)作用距離，進(jìn)行本艦航路設(shè)計(jì)，針對當(dāng)前單艦級的方案進(jìn)行實(shí)時(shí)評估。

導(dǎo)彈武器系統(tǒng)成員負(fù)責(zé)完成航路計(jì)算，公布反艦導(dǎo)彈的自身航路約束參數(shù)。

目標(biāo)艦艇成員負(fù)責(zé)仿真目標(biāo)艦艇機(jī)動，公布目標(biāo)艦艇的實(shí)時(shí)位置和狀態(tài)參數(shù)。

仿真模型庫成員是系統(tǒng)中各類實(shí)體行動多粒度仿真模型集成，實(shí)現(xiàn)編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃過程仿真及方案評估。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析成員負(fù)責(zé)記錄仿真運(yùn)行過程中所有交互的數(shù)據(jù)及信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，顯示并評估仿真效果，最終目的是發(fā)現(xiàn)作戰(zhàn)決策規(guī)則。

戰(zhàn)場作戰(zhàn)環(huán)境成員主要完成氣象環(huán)境、電磁環(huán)境、海情環(huán)境以及障礙物和威脅區(qū)的設(shè)置，為編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃提供可設(shè)定的復(fù)雜仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

態(tài)勢顯示成員基于電子海圖實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)運(yùn)行過程中的各個子方案以及最終方案的動態(tài)顯示，包括顯示編隊(duì)艦艇、目標(biāo)艦艇、障礙物和威脅區(qū)的空間幾何關(guān)系，火力分配方案、單艦導(dǎo)彈航路規(guī)劃橢圓功能區(qū)域及其重疊情況，區(qū)域劃分方案，以及各枚導(dǎo)彈的最終航路等。

4.2 仿真聯(lián)邦的FOM/SOM設(shè)計(jì)

FOM(Federation Object Model，F(xiàn)OM)的主要目的是提供聯(lián)邦成員之間以公共的、標(biāo)準(zhǔn)化的格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的規(guī)范，它描述了在仿真運(yùn)行過程中將參與聯(lián)邦信息交換的所有對象類、對象屬性、交互類、交互參數(shù)的特性［5］。

在上述分析的基礎(chǔ)上，可以確定聯(lián)邦中的對象類主要包括:AC(系統(tǒng)總控)、FC(編隊(duì)指揮所)、SC(艦艇指揮所)、MWS(導(dǎo)彈武器系統(tǒng))、TS(目標(biāo)艦艇)、STSM(反艦導(dǎo)彈)、MCS(導(dǎo)彈火控系統(tǒng))、CE(戰(zhàn)場作戰(zhàn)環(huán)境)。交互類主要包括:SetScenario(初始態(tài)勢設(shè)置)、SetTarget(目標(biāo)態(tài)勢設(shè)置)、SetBarrier(障礙物、威脅區(qū)分布設(shè)置)、DistributeFire(火力分配)、DivideArea(區(qū)域劃分)、SelectBearing(攻擊進(jìn)入方向選擇)、SetSelfguide(自導(dǎo)作用距離設(shè)置)、DesignPath(航路設(shè)計(jì))、CalculatePath(航路計(jì)算)、PlanPath(單艦航路規(guī)劃)、EvaluateScheme_Formation(編隊(duì)級方案評估)、EvaluateScheme_Ship(單艦級方案評估)。表1是從編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)的FOM設(shè)計(jì)文檔中截取的部分對象類/交互類結(jié)構(gòu)表。

表1 編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)的FOM/SOMTable 1 The FOM/SOM of surface ship formation missile path plan simulation system

在仿真開始執(zhí)行前，總控聯(lián)邦成員通過交互 SetScenario來構(gòu)建編隊(duì)各艦艇的初始態(tài)勢，交互SetScenario的訂購者是編隊(duì)指揮所聯(lián)邦成員和艦艇指揮所聯(lián)邦成員;總控聯(lián)邦成員通過交互SetTarget來構(gòu)建目標(biāo)編隊(duì)的初始態(tài)勢，交互SetTarget的訂購者是編隊(duì)指揮所聯(lián)邦成員和目標(biāo)艦艇聯(lián)邦成員;總控聯(lián)邦成員通過交互SetBarrier來構(gòu)建障礙物和威脅區(qū)的位置分布，交互SetBarrier的訂購者是編隊(duì)指揮所聯(lián)邦成員、艦艇指揮所聯(lián)邦成員和導(dǎo)彈武器系統(tǒng)聯(lián)邦成員。在仿真過程中，編隊(duì)指揮所聯(lián)邦成員根據(jù)交互SetScenario，SetTarget和SetBarrier推算導(dǎo)彈發(fā)射點(diǎn)和目標(biāo)提前點(diǎn)位置，進(jìn)行火力分配和區(qū)域劃分，并以交互DistributeFire、DivideArea的形式公布結(jié)果，以交互Select-Bearing的形式公布導(dǎo)彈攻擊進(jìn)入方向;艦艇指揮所聯(lián)邦成員訂購交互 DistributeFire、DivideArea和 Select-Bearing，在此基礎(chǔ)上公布交互 SetSelfguide和 Design-Path;導(dǎo)彈武器系統(tǒng)聯(lián)邦成員訂購交互SelectBearing，SetSelfguide和DesignPath，并以此進(jìn)行航路計(jì)算，以交互CalculatePath的形式公布結(jié)果。艦艇指揮所聯(lián)邦成員訂購本艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)聯(lián)邦成員所公布的交互CalculatePath，據(jù)此進(jìn)行本艦方案評估，以交互Evaluate-Scheme_Ship的形式公布評估結(jié)果，以交互PlanPath的形式公布本艦航路規(guī)劃結(jié)果;編隊(duì)指揮所聯(lián)邦成員訂購所有艦艇指揮所聯(lián)邦成員所公布的交互PlanPath，據(jù)此進(jìn)行編隊(duì)級方案評估，以交互EvaluateScheme_Formation的形式公布評估結(jié)果。SOM的公布(P)和訂購(S)關(guān)系如表2所示。

表2 SOM公布和訂購關(guān)系表Table 2 The relationship of publish and subscription of SOM

5 聯(lián)邦成員實(shí)現(xiàn)和時(shí)間管理

聯(lián)邦成員模型的內(nèi)容主要包括3個部分:聯(lián)邦成員實(shí)體模型、交互模型和運(yùn)行邏輯。實(shí)體模型直接描述實(shí)體自身的行為特征，或者是一組動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)方程，或者是一組事件流，可以運(yùn)用傳統(tǒng)的連續(xù)系統(tǒng)和離散事件系統(tǒng)仿真方法建立實(shí)體模型。主執(zhí)行邏輯是實(shí)體模型的執(zhí)行體，交互模型描述系統(tǒng)中各實(shí)體間的交互作用，它基于 HLA/OMT的 FOM，SOM表，按照HLA/RTI的接口規(guī)范進(jìn)行說明。這3部分有機(jī)地結(jié)合在一起，組成一個聯(lián)邦成員，完成特定的仿真任務(wù)［8］。

以導(dǎo)彈武器系統(tǒng)聯(lián)邦成員為例，它通過調(diào)用提供的RTI的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)RTI-Ambassador，完成加入聯(lián)邦、設(shè)置時(shí)間管理方式、發(fā)布和預(yù)定對象類和交互類、進(jìn)行時(shí)間推進(jìn)等工作，它的主要實(shí)體特征通過航路計(jì)算模型程序來描述實(shí)現(xiàn)。它通過調(diào)用RTI-Ambassador來更新反艦導(dǎo)彈對象類的數(shù)據(jù)，在特定的時(shí)刻發(fā)送如CalculatePath交互類信息。同時(shí)，RTI又通過回調(diào)Federate-Ambassador的接口將導(dǎo)彈武器系統(tǒng)聯(lián)邦成員訂購的其他屬性傳遞給導(dǎo)彈武器系統(tǒng)聯(lián)邦成員。其中發(fā)布和訂購的對象類和交互類屬性如表1所示。自身的行為特征和與其他成員間的信息交互按照一定的邏輯運(yùn)行，構(gòu)成了該聯(lián)邦成員的仿真模型。

聯(lián)邦運(yùn)行過程中主要包括如下事件:火力分配、區(qū)域劃分、航路設(shè)計(jì)、航路計(jì)算和方案評估，具有很強(qiáng)的離散事件仿真特征，而離散事件仿真的核心問題就是時(shí)間管理，時(shí)間是分布仿真中的核心概念。在編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)中，總控成員、編隊(duì)指揮所成員、艦艇指揮所成員、導(dǎo)彈武器系統(tǒng)成員、目標(biāo)艦艇成員、仿真模型庫成員和戰(zhàn)場環(huán)境成員之間在時(shí)間推進(jìn)上是互相影響的，因此，它們采用既“時(shí)間控制”又“時(shí)間受限”的時(shí)間管理策略。例如:艦艇指揮所成員在收到“導(dǎo)彈攻擊進(jìn)入方向”消息后才能進(jìn)行“確定導(dǎo)彈自導(dǎo)作用距離”的仿真動作，并且只有當(dāng)其發(fā)送“航路設(shè)計(jì)”消息給導(dǎo)彈武器系統(tǒng)成員后，后者才能進(jìn)行自身的仿真動作。對于態(tài)勢顯示成員和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析成員，它們的時(shí)間推進(jìn)受其他成員的影響而不影響其他成員的時(shí)間推進(jìn)，因此設(shè)為僅“時(shí)間受限”。

聯(lián)邦中成員的邏輯時(shí)間推進(jìn)是在RTI的協(xié)調(diào)下完成的，采用協(xié)商的基于步長的時(shí)間推進(jìn)方式。系統(tǒng)中各個聯(lián)邦成員的邏輯時(shí)間是以時(shí)間步長為單位向前推進(jìn)的，在推進(jìn)過程中聯(lián)邦成員將收到并處理所有時(shí)間戳值在下一時(shí)間點(diǎn)(當(dāng)前時(shí)間+時(shí)間步長)前的TSO事件以及所有的RO事件，且聯(lián)邦成員在時(shí)間推進(jìn)完成前不能發(fā)送新的時(shí)間。聯(lián)邦成員通過timeAdvanceRequest()服務(wù)請求進(jìn)行時(shí)間推進(jìn)，在調(diào)用該服務(wù)時(shí)聯(lián)邦成員必須指明其希望推進(jìn)到的邏輯時(shí)間值(當(dāng)前時(shí)間+時(shí)間步長)。該服務(wù)將釋放聯(lián)邦成員事件隊(duì)列中的所有RO事件以及所有時(shí)戳值在聯(lián)邦成員當(dāng)前邏輯時(shí)間和請求時(shí)間之間的TSO事件。當(dāng)RTI將所有時(shí)戳值小于或等于指定請求時(shí)間的TSO事件全部傳遞給聯(lián)邦成員之后，將用回調(diào)函數(shù)timeAdvanceGrant()通知聯(lián)邦成員其時(shí)間推進(jìn)請求已經(jīng)許可，RTI已經(jīng)完成了當(dāng)前的邏輯時(shí)間推進(jìn)服務(wù)，聯(lián)邦成員可以開始其下一個時(shí)間推進(jìn)過程。對于消息傳遞機(jī)制，考慮到系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要傳遞的消息多，并且少量消息的丟失不會對仿真結(jié)果產(chǎn)生太大的影響，為了減小傳輸時(shí)延，采用“快速”方式。另外，“時(shí)戳”順序保證所有消息按照時(shí)戳順序傳遞到成員［2］，為了保證消息有序傳遞，采用“時(shí)戳”順序。

6 結(jié)束語

本文針對航路規(guī)劃技術(shù)在艦艇編隊(duì)導(dǎo)彈攻擊中的應(yīng)用，給出了編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃的過程和描述其問題領(lǐng)域的用例圖，并據(jù)此提出了基于HLA的編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。運(yùn)用UML的類圖和時(shí)序圖對編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行了可視化的描述。在此基礎(chǔ)上，定義和設(shè)計(jì)了仿真系統(tǒng)中的聯(lián)邦/仿真對象模型，并分析了聯(lián)邦成員間的交互關(guān)系。最后闡述了聯(lián)邦成員的實(shí)現(xiàn)過程和時(shí)間管理機(jī)制。編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃仿真系統(tǒng)是一個由各聯(lián)邦成員和RTI共同構(gòu)成的開放的分布式仿真系統(tǒng)，整個系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，它的實(shí)現(xiàn)為編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用研究、論證提供了技術(shù)途徑和試驗(yàn)平臺，從而為編隊(duì)導(dǎo)彈航路規(guī)劃決策支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)以及火力分配、區(qū)域劃分和航路規(guī)劃的交互決策提供依據(jù)。

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