一種分布式結(jié)構(gòu)的電子裝備仿真驗(yàn)證平臺構(gòu)建方法

文/劉榮 張鳳偉 蔡臻祥

一種分布式結(jié)構(gòu)的電子裝備仿真驗(yàn)證平臺構(gòu)建方法

文/劉榮 張鳳偉 蔡臻祥

本文從電子裝備驗(yàn)證檢驗(yàn)過程中的實(shí)際使用需求出發(fā)，介紹了一種分布式結(jié)構(gòu)仿真驗(yàn)證平臺的構(gòu)建方法。首先通過分析平臺的用途，確定了平臺需具備的功能。進(jìn)而從邏輯結(jié)構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)兩個方面提出了平臺的總體結(jié)構(gòu)，并給出了平臺各子系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)描述了各子系統(tǒng)的具體功能及組成模塊，最后給出了仿真平臺的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

電子裝備 仿真驗(yàn)證 過程推演

1 引言

電子裝備在研制過程中，對其性能和技術(shù)指標(biāo)的驗(yàn)證往往需要使用大量裝備設(shè)備的配合，用以設(shè)置使用場景和構(gòu)建使用環(huán)境。若全部用真實(shí)裝備搭建驗(yàn)證環(huán)境首先耗資巨大，時間周期長、實(shí)施難度大，并且對于具有毀傷性能的電子裝備，有的使用場景無法全部使用真實(shí)裝備和設(shè)備來構(gòu)建。通過仿真技術(shù)能夠很好地解決上述難題，因此，仿真平臺在電子裝備的論證、研制和檢驗(yàn)過程中具有重要的作用。

2 平臺主要功能

2.1 場景想定分析設(shè)計(jì)功能

可實(shí)現(xiàn)車載、機(jī)載電子裝備運(yùn)動軌跡設(shè)計(jì)，可在二維和三維電子地圖上設(shè)置電子裝備的布署位置，設(shè)置使用場景中的地理、氣象環(huán)境。

2.2 驗(yàn)證過程仿真與控制功能

可根據(jù)場景設(shè)計(jì)自動仿真推演驗(yàn)證過程，并能進(jìn)行人工干預(yù)?？捎抿?yàn)證過程仿真數(shù)據(jù)實(shí)時驅(qū)動視景仿真模型，對仿真過程進(jìn)行二維和三維的視景演示。

2.3 使用環(huán)境分析功能

可根據(jù)裝備數(shù)量、部署位置、交互態(tài)勢等，分析驗(yàn)證過程中雙方對抗裝備所形成的電磁態(tài)勢。

2.4 裝備效能評估功能

可提供效能評估分析與計(jì)算工具，輔助完成裝備作戰(zhàn)效能評估。

3 平臺總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)平臺的主要功能，可將該平臺從邏輯上劃分為場景想定設(shè)計(jì)、驗(yàn)證過程推演、裝備性能評估三個應(yīng)用子系統(tǒng)和建模與仿真、公共支撐兩個基礎(chǔ)子系統(tǒng)。邏輯結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1：電子裝備仿真驗(yàn)證平臺邏輯結(jié)構(gòu)圖

3.2 技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

平臺從技術(shù)層面可分為驗(yàn)證應(yīng)用、仿真系統(tǒng)、仿真模型、數(shù)據(jù)資源、基礎(chǔ)設(shè)施五層架構(gòu)，如圖2所示。

圖2：電子裝備仿真驗(yàn)證平臺體系結(jié)構(gòu)圖

4 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 場景想定設(shè)計(jì)子系統(tǒng)

主要完成電子裝備模擬、使用環(huán)境模擬、虛擬對抗布署等，構(gòu)建對抗雙方的攻防態(tài)勢。包括裝備載體運(yùn)動軌跡設(shè)計(jì)等4個功能模塊，如圖3所示。

圖3：場景想定設(shè)計(jì)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）裝備載體運(yùn)動軌跡設(shè)計(jì)模塊主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)動軌跡生成，可設(shè)置關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)生成軌跡曲線，也可直接繪制軌跡。

（2）驗(yàn)證環(huán)境設(shè)計(jì)模塊主要完成氣象和地理環(huán)境部署，并通過部署相關(guān)電子裝備構(gòu)建電磁環(huán)境。

（3）裝備布局設(shè)計(jì)模塊主要實(shí)現(xiàn)所有參與驗(yàn)證仿真過程的裝備在電子地圖上的位置部署，設(shè)計(jì)驗(yàn)證場景的布局。

（4）電磁環(huán)境分析模塊主要計(jì)算被驗(yàn)證電子裝備與驗(yàn)證檢驗(yàn)環(huán)境中其他電子裝備的相關(guān)度，并在推演中統(tǒng)計(jì)電磁環(huán)境參數(shù)，完成電磁環(huán)境評估。

4.2 仿真控制與推演子系統(tǒng)

主要對驗(yàn)證檢驗(yàn)過程進(jìn)行仿真推演與視景演示。包括仿真參數(shù)初始配置等6個功能模塊，如圖4所示。

圖4：仿真控制與推演子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）仿真參數(shù)初始配置模塊主要進(jìn)行仿真基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置，完成仿真運(yùn)行的初始化。

（2）時統(tǒng)控制模塊為各子系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時間步進(jìn)?？筛鶕?jù)不同仿真粒度需要，更改時間步進(jìn)。

（3）仿真進(jìn)程控制模塊主要是在推演過程中，實(shí)現(xiàn)交互對抗雙方裝備在驗(yàn)證檢驗(yàn)中的交互過程控制。

（4）參考坐標(biāo)系設(shè)置模塊用于設(shè)置基礎(chǔ)坐標(biāo)系，并提供坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)。

（5）二維與三維可視化模塊主要實(shí)現(xiàn)裝備、環(huán)境、場景的可視化仿真。

（6）三維模型動作特效模塊主要實(shí)現(xiàn)輻射、打擊、毀傷等動作效果的可視化仿真。

4.3 模型構(gòu)建與管理子系統(tǒng)

完成系統(tǒng)各類仿真模型建設(shè)，并對模型的調(diào)用、存儲、修改等進(jìn)行管理與控制。包括組件建模工具等4個模塊，如圖5所示。

圖5：模型構(gòu)建與管理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）組件建模工具模塊主要完成裝備模型組件（如天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)等組件）建模。

（2）模型裝配模塊主要是提供裝備組件模型的自由選擇功能，并能將選出的多個裝備組件模型組裝成完整的裝備模型。

（3）模型數(shù)據(jù)管理模塊主要是對單個模型的參數(shù)和模型整體進(jìn)行管理，提供參數(shù)的存儲、更改、刪除等操作。

（4）模型編譯模塊通過調(diào)用不同的編譯器完成對裝備模型的編譯功能。

4.4 裝備效能評估子系統(tǒng)

裝備效能評估子系統(tǒng)對交互過程的推演結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與效能評估。包括評估指標(biāo)體系構(gòu)建等5個模塊，如圖6所示。

圖6：裝備效能評估子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（1）評估指標(biāo)體系構(gòu)建模塊的主要是根據(jù)指標(biāo)間的相關(guān)度，分層次建立效能、性能、定量化、定性化等指標(biāo)構(gòu)成的指標(biāo)體系。

（2）非同源驗(yàn)證數(shù)據(jù)綜合處理模塊主要是將不同來源的驗(yàn)證檢驗(yàn)數(shù)據(jù)按照其相關(guān)性，轉(zhuǎn)換為能夠直接用于評估指標(biāo)解算的數(shù)據(jù)形式。

（3）評估方法模型構(gòu)建主要是為用戶提供評估方法模型建模向?qū)Вo助建立評估方法模型。

（4）評估算法模塊的主要是提供通用評估算法工具，支持用戶自定義評估算子，并提供算子構(gòu)建工具。

（5）顯示與輸出模塊主要是以圖形、文檔、表格等形式存儲、顯示和輸出評估結(jié)果。

4.5 數(shù)據(jù)庫與公共支撐子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫與公共支撐子系統(tǒng)一是為平臺提供數(shù)據(jù)庫服務(wù)，二是提供平臺運(yùn)行的硬件環(huán)境和應(yīng)用軟件的開發(fā)運(yùn)行環(huán)境。由硬件平臺、軟件平臺、數(shù)據(jù)庫3部分組成，如圖7所示。

圖7：數(shù)據(jù)庫與公共支撐子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5 平臺硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)平臺功能和總體結(jié)構(gòu)，其硬件部分可選擇由計(jì)算服務(wù)器、圖形工作站、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、投影顯示設(shè)備和終端計(jì)算機(jī)等構(gòu)成，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖8所示。

圖8：平臺硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

（1）計(jì)算服務(wù)器用于系統(tǒng)的運(yùn)算與處理，以及時統(tǒng)控制、仿真管控、數(shù)據(jù)庫服務(wù)。

（2）圖形工作站主要用于驗(yàn)證檢驗(yàn)過程的視景演示開發(fā)、管理和運(yùn)行。

（3）終端計(jì)算機(jī)用于各分系統(tǒng)的開發(fā)與運(yùn)行。

（4）網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)用于系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)交互。

（5）投影顯示設(shè)備用于仿真運(yùn)行過程中圖形、圖像與數(shù)據(jù)的綜合顯示。

6 結(jié)束語

仿真系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)方法多種多樣，本文通過一種模塊化的設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)組件化的平臺體系結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面采用HLA協(xié)議建立分布式仿真結(jié)構(gòu)，使平臺兼?zhèn)溟_放性、和擴(kuò)展性。使用者可通過功能模塊重組快速構(gòu)建不同的數(shù)字化驗(yàn)證檢驗(yàn)場景，對電子裝備整系統(tǒng)、整建制的使用進(jìn)行全數(shù)字仿真驗(yàn)證檢驗(yàn)。

[1]楊雪生,關(guān)永,張昕等著.聯(lián)合作戰(zhàn)仿真引擎分析與設(shè)計(jì)初探[J].軍事運(yùn)籌與系統(tǒng)工程,2008,22(03):8-11.

[2]溫昱.軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社,2015.

[3]楊峰,王維平等著.武器裝備作戰(zhàn)效能仿真與評估[M].北京：電子工業(yè)出版社,2010.

作者單位河南洛陽電子裝備試驗(yàn)中心 河南省洛陽市471003

劉榮（1978-），女，甘肅省白銀市人。碩士學(xué)位。主要研究方向?yàn)殡娮訉瓜到y(tǒng)試驗(yàn)與仿真。