空地導(dǎo)彈模擬訓(xùn)練仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

賴貴旺 肖樹臣

（中國(guó)人民解放軍空軍航空大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春130022）

0 引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，空地導(dǎo)彈往往發(fā)揮著決定性作用。例如在2011年發(fā)生的利比亞戰(zhàn)爭(zhēng)中，多國(guó)部隊(duì)利用空地導(dǎo)彈對(duì)卡扎菲政府軍目標(biāo)進(jìn)行持續(xù)打擊，直接引導(dǎo)著戰(zhàn)爭(zhēng)局勢(shì)的走向，取得了顯著效果。戰(zhàn)時(shí)的高效完成任務(wù)，取決于平時(shí)的大量訓(xùn)練。而在日常訓(xùn)練中，空地導(dǎo)彈裝備受費(fèi)用、壽命、數(shù)量等因素制約，難以快速提升戰(zhàn)斗力。為了解決訓(xùn)練量與裝備壽命等的矛盾，可采用現(xiàn)代仿真技術(shù)開發(fā)出相應(yīng)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，以較低的成本和較高的仿真度來滿足空地導(dǎo)彈的日常訓(xùn)練需求[1]。

在當(dāng)前仿真技術(shù)中，HLA以其良好的仿真應(yīng)用的互操作性和仿真資源的可重用性已成為開發(fā)分布式仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的首選方案，是當(dāng)前大型仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。據(jù)此本文采用基于HLA技術(shù)進(jìn)行某型空地導(dǎo)彈模擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開發(fā)研究。

1 高層體系結(jié)構(gòu)HLA

高層體系結(jié)構(gòu)HLA由美國(guó)國(guó)防部提出，主要目的是促進(jìn)仿真應(yīng)用的互操作性和仿真資源的可重用性。HLA將實(shí)現(xiàn)某種特定仿真目的的仿真系統(tǒng)稱為聯(lián)邦。聯(lián)邦由聯(lián)邦對(duì)象模型、若干聯(lián)邦成員和運(yùn)行時(shí)間支撐系統(tǒng)RTI構(gòu)成。

HLA顯著的特點(diǎn)是通過RTI將仿真應(yīng)用層同底層支撐環(huán)境功能分離開，即將具體的仿真功能實(shí)現(xiàn)、仿真運(yùn)行管理和底層傳輸三者分離，隱蔽各自的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，從而使開發(fā)具有相對(duì)獨(dú)立性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的即插即用。因此，利用RTI作為仿真支撐系統(tǒng)軟件，進(jìn)行多領(lǐng)域建模及基于HLA的分布式協(xié)同仿真運(yùn)行，解決了空地導(dǎo)彈這樣復(fù)雜系統(tǒng)綜合仿真要求的仿真應(yīng)用互操作性、可重用性、可擴(kuò)展性和實(shí)時(shí)性等，能夠達(dá)到很好的效果。

2 仿真系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

仿真訓(xùn)練系統(tǒng)主要目的在于提供一個(gè)能夠滿足部隊(duì)人員進(jìn)行空地導(dǎo)彈模擬訓(xùn)練的仿真環(huán)境，該系統(tǒng)基于HLA框架，能夠?qū)Ω鱾€(gè)部分進(jìn)行相對(duì)獨(dú)立的開發(fā)研究。系統(tǒng)以飛機(jī)、空地導(dǎo)彈和目標(biāo)為仿真對(duì)象，模擬導(dǎo)彈加載任務(wù)規(guī)劃、飛機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈、電視導(dǎo)引頭開機(jī)并回傳圖像、識(shí)別并跟蹤目標(biāo)以及摧毀目標(biāo)等過程。下面開始進(jìn)行聯(lián)邦設(shè)計(jì)。

2.1 設(shè)計(jì)聯(lián)邦、確定聯(lián)邦成員

聯(lián)邦設(shè)計(jì)是在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，并不需要將每一個(gè)仿真實(shí)體都作為一個(gè)聯(lián)邦成員，根據(jù)仿真的目的和應(yīng)用，每個(gè)聯(lián)邦成員可以包含若干個(gè)仿真實(shí)體。據(jù)此系統(tǒng)可劃分成以下幾個(gè)聯(lián)邦成員：仿真控制邦員、模型管理邦員、飛機(jī)邦員、空地導(dǎo)彈邦員、數(shù)據(jù)記錄邦員以及視景仿真邦員等，其主要組成如圖1所示。

其中，主要邦員所要完成的功能如下：

1）模型管理邦員：負(fù)責(zé)制定仿真過程中的各種模型，使得仿真以模型驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)行，增加仿真的逼真程度，提高模擬訓(xùn)練的效果。

2）仿真控制邦員：負(fù)責(zé)推進(jìn)仿真運(yùn)行，以及各聯(lián)邦成員之間的同步控制。

3）指控邦員：用戶與系統(tǒng)的接口，用戶通過指控邦員進(jìn)行模擬訓(xùn)練，主要有航跡規(guī)劃，發(fā)射控制導(dǎo)彈，控制導(dǎo)引頭截獲目標(biāo)，引導(dǎo)導(dǎo)彈打擊目標(biāo)等。

4）飛機(jī)邦員：在模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中用于模擬某型空地導(dǎo)彈系統(tǒng)的指揮控制樞紐，規(guī)劃導(dǎo)彈的航跡，控制導(dǎo)彈的發(fā)射，接收導(dǎo)彈回傳的信息及視頻信號(hào)。

5）空地導(dǎo)彈邦員：模擬導(dǎo)彈的各種工作情況，模擬導(dǎo)彈型號(hào)，接收飛機(jī)邦員信息并反饋，發(fā)送“導(dǎo)彈準(zhǔn)備好”信息，回傳末制導(dǎo)視頻，識(shí)別目標(biāo)并跟蹤，摧毀目標(biāo)。

6）視景仿真邦員：虛擬飛機(jī)座艙、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、目標(biāo)等。

圖1 系統(tǒng)仿真平臺(tái)聯(lián)邦結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)FOM/SOM開發(fā)設(shè)計(jì)

聯(lián)邦對(duì)象模型（FOM）和仿真對(duì)象模型（SOM）由仿真設(shè)計(jì)人員制定并頒布。設(shè)計(jì)對(duì)象類和交互類是FOM/SOM設(shè)計(jì)的最重要內(nèi)容，通過它們可實(shí)現(xiàn)聯(lián)邦成員之間的信息交換和互操作。通過設(shè)計(jì)對(duì)象類和交互類，從而確定各個(gè)聯(lián)邦成員之間的數(shù)據(jù)流和控制流。系統(tǒng)根據(jù)功能需求，設(shè)計(jì)了目標(biāo)、導(dǎo)彈、飛機(jī)、環(huán)境、干擾和指揮等幾個(gè)對(duì)象類，控制仿真、指控信息、以及空地導(dǎo)彈四個(gè)交互類。對(duì)象類的基本屬性、屬性標(biāo)識(shí)以及數(shù)據(jù)類型等具體如表1所示，交互類的參數(shù)、參數(shù)標(biāo)識(shí)以及數(shù)據(jù)類型等具體如表2所示。

表1 對(duì)象類基本屬性

表2 交互類

2.3 發(fā)布與訂購(gòu)

在HLA中，系統(tǒng)通過每個(gè)邦員公布計(jì)劃產(chǎn)生的對(duì)象類和交互類，并訂購(gòu)感興趣的對(duì)象類和交互類，以此實(shí)現(xiàn)各個(gè)邦員之間的信息交換和互操作。模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中各個(gè)邦員與對(duì)象類交互類的發(fā)布訂購(gòu)關(guān)系如表3所示：

表3 FOM/SOM發(fā)布與訂購(gòu)關(guān)系（P：發(fā)布；S：訂購(gòu)）

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)采用Windows XP操作系統(tǒng)，以協(xié)同仿真平臺(tái)的高層建筑BH RTI 2.0軟件為建模環(huán)境，利用VC++6.0編程軟件，搭建一個(gè)集空地導(dǎo)彈通信指揮、發(fā)射控制、操作流程及系統(tǒng)教學(xué)為一體的仿真模擬訓(xùn)練平臺(tái)。

3.2 仿真執(zhí)行過程

仿真執(zhí)行的具體步驟如下：

1）仿真開始運(yùn)行，系統(tǒng)調(diào)用InitializeFederation()初始化各個(gè)數(shù)據(jù)，調(diào)用Fed.CreateFederation()創(chuàng)建空地導(dǎo)彈模擬訓(xùn)練系統(tǒng)聯(lián)邦，調(diào)用Fed.JoinFederation()使總控、指控、發(fā)控、導(dǎo)彈、數(shù)據(jù)記錄等邦員加入聯(lián)邦；

2）系統(tǒng)調(diào)用Fed.InitRTI()獲取導(dǎo)彈、控制平臺(tái)等對(duì)象類及其屬性，仿真控制、指控、發(fā)控、導(dǎo)彈等交互類及其參數(shù)的句柄值；

3）調(diào)用Fed.PublishAndSubscribe()聲明對(duì)象類、交互類以及各個(gè)邦員之間的發(fā)布/訂購(gòu)關(guān)系；

4）調(diào)用Fed.InitializeTimeManagement()聲明本訓(xùn)練系統(tǒng)時(shí)間推進(jìn)策略；

5）調(diào)用CreateFederation()類下的派生類，注冊(cè)對(duì)象類；

6）判斷仿真是否結(jié)束，如果條件不滿足，則進(jìn)入循環(huán)，繼續(xù)仿真；如果滿足條件，則進(jìn)入下一步驟；

7）調(diào)用 Fed.ResignFederationExecution()和 Fed.DestroyFederation Execution()退出并注銷聯(lián)邦，模擬訓(xùn)練仿真過程結(jié)束。

4 總結(jié)

本文首先簡(jiǎn)要講述了高層體系結(jié)構(gòu)HLA原理，并重點(diǎn)研究了某型空地導(dǎo)彈模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)開發(fā)過程。研究表明，對(duì)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)聯(lián)邦的各個(gè)成員的定義及對(duì)象類、交互類的設(shè)計(jì)，是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，在整個(gè)設(shè)計(jì)中具有決定性作用。由于本系統(tǒng)基于HLA開發(fā)，具有較高的兼容性及可擴(kuò)展性，可以在后續(xù)工作中繼續(xù)進(jìn)行空空導(dǎo)彈、火箭彈以及航空炸彈模塊的開發(fā)，也可以嵌入或者加載其它仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，構(gòu)成龐大的仿真訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)于未來空地導(dǎo)彈模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的進(jìn)一步開發(fā)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

［1］王利,趙振南,張亮.基于 HLA 的導(dǎo)彈仿真系統(tǒng)[J].信息技術(shù),2013(6)：152-156.

［2］陳蕾,姜允東.某型電視制導(dǎo)空地導(dǎo)彈仿真研究[J].系統(tǒng)仿真技術(shù),2012,8(3)：192-196.

［3］馬瀟瀟,李青,耿廣龍,等.基于HLA的空地制導(dǎo)武器仿真訓(xùn)練系統(tǒng)研究[J].艦船電子工程,2012(6)：4-7.