The Design and Implementation of HLA-Based Missile-Combat Simulation System
湖南商學(xué)院信息系 萬敏WANMIN；國防科大計算機(jī)學(xué)院 吳家鑄WU JIAZHU
摘要:基于HLA建立仿真應(yīng)用系統(tǒng)是提高作戰(zhàn)仿真活動效率的有效途徑。分析了導(dǎo)彈攻防仿真系統(tǒng)的功能,并依據(jù)HLA的基本概念、方法和原理對分布式導(dǎo)彈攻防仿真系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計,建立了系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),介紹了聯(lián)邦成員的分類及具體的聯(lián)邦成員,并給出了FOM/SOM的設(shè)計和仿真系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)。
關(guān)鍵詞:HLA/RTI;FOM/SOM;導(dǎo)彈攻防仿真
中圖分類號:TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識:AAbstract: The HLA-based simulation application system is an efficient approach to increase the efficiency of the combat simulation. The function of Missile-Combat Simulation system are analyzed. According to the basic concept, method and principle of HLA, thesystem design of the distributed missile-combat simulation system is carried on.On this foundation,system structure of the system isbuilt, and the realization method of federation members’classification and the design of FOM/S0M and the program implementationof the missile-combat simulation system are provided.
Key words: HLA/RTI,FOM/SOM, Missile-Combat Simulation
文章編號:1008-0570(2008)01-1-0212-02引言隨著現(xiàn)代作戰(zhàn)中武器系統(tǒng)、指揮系統(tǒng)等的日益復(fù)雜,采用分布式仿真和提高作戰(zhàn)仿真活動的效率成為仿真技術(shù)能否在國防領(lǐng)域中成功應(yīng)用的關(guān)鍵。未來大規(guī)模分布式仿真需要集成多個部門開發(fā)的不同類型的仿真應(yīng)用,因而提高仿真效率的主要途徑是提高系統(tǒng)內(nèi)各仿真應(yīng)用間的互操作性和可重用性。高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)是美國國防部建模與仿真辦公室(DMSO)于1995年提出的一個全新的仿真技術(shù)框架,相對于DIS標(biāo)準(zhǔn),HLA解決了靈活性,可擴(kuò)充性,減少網(wǎng)絡(luò)冗余數(shù)據(jù)等問題。基于HLA的仿真系統(tǒng)開發(fā)是當(dāng)前一個重要的研究方向。導(dǎo)彈的進(jìn)攻和防御是一個十分復(fù)雜的過程,沒有一套完整的解析方法對它進(jìn)行全面的分析,同時由于政治、經(jīng)費(fèi)等原因,實戰(zhàn)演習(xí)比較困難,因此導(dǎo)彈攻防仿真系統(tǒng)是研究導(dǎo)彈進(jìn)攻與防御的有效手段。
1系統(tǒng)功能導(dǎo)彈攻防仿真系統(tǒng)主要研究在攻防對抗條件下,導(dǎo)彈對典型作戰(zhàn)對象預(yù)警探測、硬抗擊和軟對抗等防御手段的突防過程的仿真技術(shù)應(yīng)用,為導(dǎo)彈突防研究提供有效的技術(shù)支持。其主要功能為:(1)實現(xiàn)導(dǎo)彈突防的仿真研究與演示:(2)對導(dǎo)彈突防效果進(jìn)行系統(tǒng)的評估。
2基于HLA的仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)導(dǎo)彈攻防仿真系統(tǒng)采用HLA為核心的技術(shù)框架,以仿真資源為中心,建立包含聯(lián)邦開發(fā)、運(yùn)行支撐、演示、控制管理、分析評估的仿真環(huán)境,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
3仿真系統(tǒng)的實現(xiàn)
3.1建立聯(lián)邦成員基于HLA的成員分三類:導(dǎo)演方成員組、紅方成員組、藍(lán)方成員組。
1)導(dǎo)演方成員組:
(1)仿真管理器成員:根據(jù)仿真用戶的要求,對仿真進(jìn)行管理、控制和監(jiān)視;對武器系統(tǒng)的性能參數(shù)進(jìn)行修改;對演示內(nèi)容進(jìn)行控制的成員。
(2)評估方成員:根據(jù)導(dǎo)彈攻防仿真系統(tǒng)的仿真結(jié)果,利用相關(guān)指標(biāo)體系(如用目標(biāo)殺傷概率和達(dá)到指定殺傷概率所需導(dǎo)彈數(shù)指標(biāo)、復(fù)合干擾下導(dǎo)引頭對抗性能評估指標(biāo)等),采用相應(yīng)評估方法對導(dǎo)彈毀傷效果、命中精度、抗干擾能力等進(jìn)行評估
(3)數(shù)據(jù)庫成員:由數(shù)據(jù)收集工具(DCT)采集的FOM中定義的成員交互的數(shù)據(jù),并將其在數(shù)據(jù)庫中存檔;由成員自己記錄的成員內(nèi)部的私有數(shù)據(jù)。
(4)三維視景顯示成員:以三維動畫方式演示戰(zhàn)場狀態(tài),實現(xiàn)仿真的可視化,演示仿真的過程。
2)紅藍(lán)方成員組
(1)進(jìn)攻彈成員:主要完成進(jìn)攻彈的飛行彈道計算,輸出位置、速度、姿態(tài)等彈道參數(shù)。藍(lán)方:
(2)雷達(dá)成員。包括預(yù)警雷達(dá)和制導(dǎo)雷達(dá),進(jìn)行進(jìn)攻彈的探測信息計算。
(3)衛(wèi)星成員。包括高軌衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星,進(jìn)行進(jìn)攻彈的探測信息計算。
(4)攔截彈成員。將攔截彈、指控中心和目標(biāo)模型合為一個成員,完成攔截彈的發(fā)射諸元和飛行、攔截彈道的計算,以及目標(biāo)運(yùn)動狀態(tài)的計算輸出。
3.2 FOM/SOM設(shè)計表1給出對象類的定義。交互類有攔截評估、毀傷評估、運(yùn)行管理,由評估方成員根據(jù)進(jìn)攻彈、攔截彈和目標(biāo)的參數(shù)進(jìn)行評估,仿真管理器成員進(jìn)行仿真的運(yùn)行管理。
導(dǎo)彈攻防仿真系統(tǒng)的SOM設(shè)計如下表所示:
3.3仿真系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)RTI軟件主要包含三個組件:RtiExec、FedExec和libRTI,它們運(yùn)行在單獨(dú)的一臺工作站或任意復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)上。進(jìn)程RtiExec管理聯(lián)邦的創(chuàng)建和撤消,并指示成員加入正確的聯(lián)邦執(zhí)行。FedExec管理聯(lián)邦中成員的加入和退出,每一運(yùn)行的聯(lián)邦對應(yīng)一個 FedExec進(jìn)程。LibRTI是一個C++庫,為成員開發(fā)者提供了HLA接口規(guī)范定義的一系列的服務(wù)。成員通過libRTI調(diào)用HLA的服務(wù)同 RtiExec、FedExec以及其它成員進(jìn)行通信。
仿真系統(tǒng)的主仿真線程流程圖如下:
主仿真線程代碼:
UINT simulation(LPVOID pParam)
{//仿真初始化
Fed.createFederation();//創(chuàng)建聯(lián)邦
Fed.joinFederation();//加入聯(lián)邦
Fed.enableAttributeRelavanceAdvisorySwitch();
Fed.InitRTI();//把成員所包含的對象和屬性數(shù)據(jù)設(shè)置為RTI指定的值Fed.PublishAndSubscribe();//公布對象和交互
Fed.initializeTimeManagement();//設(shè)置時間管理策略Fed.enableAsynchronousDelivery();//打開異步傳輸開關(guān)
Fed.Register();//注冊對象實例
//事件循環(huán)開始
//1)獲得當(dāng)前時間、設(shè)置時間戳,設(shè)置下一步時間
//2)計算對象實體的當(dāng)前狀態(tài),//更新對象實例屬性,發(fā)送交互
//3)時間推進(jìn)
Fed.advanceTimeRequest(Fed.m_NextTime);
//4)線程休眠
//5)重復(fù)上述過程,仿真結(jié)束
//注銷對象實例
Fed.DeleteObjInst();//退出聯(lián)邦執(zhí)行
Fed.resignFederationExecution();//撤銷聯(lián)邦執(zhí)行Fed.destroyFederationExecution();}
首先啟動RTI即打開一個全局的RtiExec進(jìn)程,再依次運(yùn)行各個邦元,聯(lián)邦由仿真管理器成員創(chuàng)建。仿真管理器對仿真的開始、暫停等控制采用定義同步點(diǎn)的方式實現(xiàn)。實踐證明,基于HLA開發(fā)導(dǎo)彈攻防仿真系統(tǒng)可以大大減少系統(tǒng)開發(fā)的工作量,降低其復(fù)雜性,提高可靠性。在完整開發(fā)FOM/SOM基礎(chǔ)上,應(yīng)用系統(tǒng)可以即插即用,提高了可重用性。
結(jié)論
HLA作為新一代的分布式仿真體系結(jié)構(gòu),具有可重構(gòu)性和互操作性,時空一致性,可以增強(qiáng)作戰(zhàn)仿真的逼真度,提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和運(yùn)行效率,滿足復(fù)雜大系統(tǒng)對靈活性和可擴(kuò)充性的需求,成為今后分布式仿真技術(shù)的發(fā)展方向。本文利用HLA開發(fā)了導(dǎo)彈攻防仿真系統(tǒng),利用此系統(tǒng)實現(xiàn)導(dǎo)彈突防的仿真研究與演示,及對導(dǎo)彈突防效果進(jìn)行系統(tǒng)的評估,為部隊?wèi)?zhàn)法研究、武器概念設(shè)計、武器性能驗證等提供了有效的方法與途徑。本文作者創(chuàng)新點(diǎn):利用HLA開發(fā)了導(dǎo)彈攻防仿真系統(tǒng),利用此系統(tǒng)實現(xiàn)導(dǎo)彈突防的仿真研究與演示,及對導(dǎo)彈突防效果進(jìn)行系統(tǒng)的評估。
參考文獻(xiàn)
[1]IEEE Std 1516-2000.IEEE Standard for Modeling and Simula-tion(M&S)High Level Architecture(HLA).Federate InterfaceSpecification.2000;
[2]IEEE Std 1516-2000.IEEE Standard for Modeling and Simula-tion(M&S)High Level Architecture(HLA).Object Model Template(OMT)Specification;
