初 劍，謝燕軍

(南京電子技術(shù)研究所， 南京210039)

0 引言

目前，世界各軍事強國均十分重視預(yù)警探測系統(tǒng)的建設(shè)，美、俄等軍事強國已建立起由海、陸、空、天等手段組成的全方位一體化的預(yù)警探測系統(tǒng)，為導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)及空間攻防作戰(zhàn)提供信息支持［1］。我國的預(yù)警探測系統(tǒng)尚處于起步階段，由于體系復(fù)雜、各分系統(tǒng)之間的交互緊密等多方面原因，在開展大規(guī)模的預(yù)警探測系統(tǒng)建設(shè)前，需要開發(fā)預(yù)警探測仿真系統(tǒng)對戰(zhàn)略預(yù)警體系、關(guān)鍵技術(shù)等進行驗證與完善。

國內(nèi)外學(xué)者都十分重視預(yù)警探測仿真系統(tǒng)的研究:文獻［2］中通過構(gòu)建基于高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)的分布式反導(dǎo)預(yù)警仿真系統(tǒng)，用于分析反導(dǎo)預(yù)警仿真系統(tǒng)中的仿真實體間的交互關(guān)系;文獻［3］中分析了基于HLA的反導(dǎo)作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的對象模型設(shè)計;文獻［4］中研究了一種HLA/CORBA互聯(lián)模式，以增強系統(tǒng)的分布交互能力;文獻［5］中對導(dǎo)彈防御進行了研究。

在上述研究中，大多采用基于HLA的仿真體系結(jié)構(gòu)來構(gòu)建仿真系統(tǒng)，但隨著仿真應(yīng)用的逐步深入，HLA本身的缺陷也同時呈現(xiàn)出來，如建立的模型可重用性差、系統(tǒng)可擴展性差、不同廠商的運行支撐環(huán)境(Run-Time Infrastructor，RTI)之間交互有限、與一些通用的中間件標(biāo)準(zhǔn)(CORBA、DDS等)脫節(jié)。針對HLA在應(yīng)用領(lǐng)域的以上缺陷，美軍發(fā)起了可擴展建模與仿真框架(Extensible Modeling and Simulation Framework，XMSF)項目，嘗試?yán)肳eb技術(shù)實現(xiàn)作戰(zhàn)建模與仿真的通用框架，以提高各仿真應(yīng)用在高度分布的網(wǎng)絡(luò)上的互操作，支持模型組件組合和重用。

為有效利用Web技術(shù)，本文研究了基于XMSF的預(yù)警探測仿真系統(tǒng)，討論了XMSF對仿真系統(tǒng)的擴充方法，介紹了仿真系統(tǒng)的組成、軟件體系結(jié)構(gòu)、仿真模型設(shè)計等方面的內(nèi)容。

1 可擴展建模與仿真框架

XMSF是為建模與仿真定義的一組基于Web的標(biāo)準(zhǔn)、描述和實踐指南的集合［6］。同時，XMSF也是針對具體技術(shù)解決方案的一組標(biāo)準(zhǔn)。實現(xiàn)XMSF的關(guān)鍵技術(shù)來自以下四個核心領(lǐng)域:Web/XML、Internet/網(wǎng)絡(luò)、建模與仿真、仿真組件與作戰(zhàn)系統(tǒng)集成。各技術(shù)領(lǐng)域之間并沒有嚴(yán)格的劃分界限。

XMSF的提出并不是用來取代HLA的，而是針對HLA的不足，進行擴展與補充。在文獻［6-7］中介紹了多種利用Web技術(shù)對HLA進行擴展的方法，但總體來說，都集中在以下兩個方面:

1)利用橋接代理進行擴展，在HLA聯(lián)邦中增加代理成員，代理成員與其他應(yīng)用之間通過Web進行通信連接，該方法思路簡潔，但針對不同的系統(tǒng)，需定制相應(yīng)的傳輸消息的XML格式;

2)利用Web服務(wù)對聯(lián)邦運行支撐環(huán)境RTI進行改造，該方法不但支持HLA提供的狀態(tài)共享、時間管理、同步等服務(wù)，也支持跨平臺及廣域通信。

比較而言，前者的應(yīng)用結(jié)構(gòu)相對簡單，后者比前者更具有靈活性及使用性，但對現(xiàn)有HLA系統(tǒng)的改動大。

2 預(yù)警探測仿真系統(tǒng)組成

預(yù)警探測仿真系統(tǒng)主要目的是為戰(zhàn)略預(yù)警體系、關(guān)鍵技術(shù)研究、模擬訓(xùn)練等提供驗證的平臺。通過對仿真系統(tǒng)的不斷建設(shè)與完善，來支持對預(yù)警探測系統(tǒng)的研究。該仿真系統(tǒng)應(yīng)包含以下功能模塊:作戰(zhàn)實體的仿真，想定編輯功能，導(dǎo)演控制功能、錄取、回放及評定功能，仿真數(shù)據(jù)庫。

1)作戰(zhàn)實體的仿真

需要仿真的作戰(zhàn)實體主要包括預(yù)警探測系統(tǒng)及相關(guān)輔助實體組成。預(yù)警探測系統(tǒng)主要包含天基傳感器、地基傳感器、?；鶄鞲衅?、空基傳感器、情報處理中心、指揮控制中心等;輔助實體包含各型號的飛機、導(dǎo)彈、艦船、巡航導(dǎo)彈等探測目標(biāo)，自然環(huán)境、電磁環(huán)境等戰(zhàn)場環(huán)境以及武器系統(tǒng)。仿真系統(tǒng)需支持后續(xù)新型號裝備的仿真。

2)想定編輯功能

想定編輯主要是描述各作戰(zhàn)實體及其相應(yīng)位置、活動路線等信息。

在預(yù)警探測仿真系統(tǒng)中，想定編輯的內(nèi)容如下:紅藍雙方的設(shè)定、作戰(zhàn)環(huán)境的設(shè)定、傳感器等作戰(zhàn)裝備的設(shè)定、探測目標(biāo)的運動特征設(shè)定等。仿真總控人員可根據(jù)不同的作戰(zhàn)想定要求，利用想定編輯功能編輯相應(yīng)的想定，供各仿真分系統(tǒng)使用。

3)導(dǎo)演控制功能

作為仿真的調(diào)控方，導(dǎo)演控制管理與監(jiān)控著整個仿真過程的運行。在仿真準(zhǔn)備階段負(fù)責(zé)想定的分發(fā)、部署作戰(zhàn)實體到相關(guān)席位;在仿真運行階段，負(fù)責(zé)仿真運行控制、作戰(zhàn)實體模型之間的數(shù)據(jù)交互控制、仿真時間控制;在仿真結(jié)束階段，負(fù)責(zé)仿真數(shù)據(jù)的入庫，結(jié)束各仿真系統(tǒng)的運行。同時，在仿真過程中可根據(jù)需要對戰(zhàn)場態(tài)勢進行調(diào)整，如探測目標(biāo)的航線、發(fā)射導(dǎo)彈等。

4)錄取、回放及評定功能

錄取、回放及評定功能是仿真系統(tǒng)的重要組成部分。它的主要功能包括錄取仿真過程中產(chǎn)生和接收的各種數(shù)據(jù)，并保存到指定數(shù)據(jù)庫中;能夠在仿真結(jié)束后對仿真過程進行回放，可對回放過程進行控制;能夠結(jié)合產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，利用專業(yè)的評估體系及指標(biāo)數(shù)學(xué)模型對仿真過程進行評估，可根據(jù)評估結(jié)果對想定部署等進行優(yōu)化處理。

5)仿真數(shù)據(jù)庫

仿真數(shù)據(jù)庫主要實現(xiàn)對資源的有效存儲和管理，包括想定數(shù)據(jù)庫、裝備性能數(shù)據(jù)庫、仿真模型庫、回放數(shù)據(jù)庫、二維和三維軍標(biāo)庫等。

3 系統(tǒng)設(shè)計分析

為實現(xiàn)預(yù)警探測系統(tǒng)的以上功能，同時利用現(xiàn)有的Web技術(shù)，本文提出了基于XMSF的預(yù)警探測仿真系統(tǒng)，其功能框架圖如圖1所示。

圖1 基于XMSF的預(yù)警探測仿真系統(tǒng)功能框架圖

通常XMSF多應(yīng)用于廣域網(wǎng)上對數(shù)據(jù)交互性能要求不高的分布式系統(tǒng)［8］，因而在設(shè)計中，將數(shù)據(jù)交互性能要求高的仿真成員如目標(biāo)類仿真、傳感器類仿真、武器類仿真、導(dǎo)演控制等置于基于數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)(DDS)的運行框架范圍內(nèi);通過橋接代理，獲取運行框架內(nèi)的數(shù)據(jù)，以供Web服務(wù)器端發(fā)布數(shù)據(jù)使用;各評估分析、態(tài)勢顯示等作為Web客戶端程序，結(jié)合本地的評估模型、態(tài)勢顯示模型，服務(wù)器端提供數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)，以實現(xiàn)對仿真過程的分析與顯示。下文中將重點分析仿真模型設(shè)計、基于DDS的運行支撐框架、橋接代理、基于Web服務(wù)的擴展等方面的設(shè)計。

3.1 仿真模型設(shè)計

在預(yù)警探測仿真系統(tǒng)中，需建立的預(yù)警裝備、戰(zhàn)場環(huán)境、評估分析等模型的種類眾多，模型之間的關(guān)系比較復(fù)雜，為解決模型的可重用與可組合，采用組件化技術(shù)對模型進行建模。通過選擇不同的組件組合，以形成滿足用戶需要的模型。

在設(shè)計的系統(tǒng)中，需要開發(fā)的組件模型類型包含平臺組件、裝備組件、行為組件、指標(biāo)分析組件等。其中，平臺組件模型模擬了作戰(zhàn)實體的基本工作流程，約束了作戰(zhàn)實體的物理組成結(jié)構(gòu)，規(guī)定了實體可具備的目標(biāo)屬性包括作戰(zhàn)飛機平臺、艦船平臺、衛(wèi)星平臺、導(dǎo)彈平臺、雷達站平臺等;裝備組件模擬了各類裝備的固有物理屬性和作戰(zhàn)能力，包括機動組件、通信組件、干擾組件、武器組件、傳感器組件等;行為組件模擬了作戰(zhàn)實體在作戰(zhàn)過程中的認(rèn)知行為，包括戰(zhàn)術(shù)任務(wù)組件、戰(zhàn)術(shù)規(guī)則組件等;指標(biāo)分析組件模型包含了多種預(yù)警探測評估指標(biāo)，如覆蓋系數(shù)、重疊系數(shù)等。

通過上述模型的組件化設(shè)計，組合不同的組件并配置相應(yīng)的戰(zhàn)技指標(biāo)，可形成預(yù)警探測仿真系統(tǒng)中所需要的各類模型，如遠程預(yù)警相控陣?yán)走_模型、多功能地基雷達模型、天波超視距雷達模型、紅外預(yù)警衛(wèi)星模型、預(yù)警機模型、彈道導(dǎo)彈模型等。具體來說，預(yù)警機模型可由預(yù)警機平臺組件、預(yù)警機機動組件、傳感器組件、通信組件、行為組件等組合，并配置型號預(yù)警機的戰(zhàn)技參數(shù)。

3.2 基于DDS的運行支撐框架

由于HLA支持實時仿真的效果不好，本文提出了基于DDS的運行支撐框架，該運行支撐框架可對仿真成員間數(shù)據(jù)交互、時間推進等進行控制。仿真成員之間通過訂閱與發(fā)布機制交互信息。

3.3 橋接代理

橋接代理的主要作用是加入到DDS運行支撐框架中，獲取并解析需要的數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到Web服務(wù)器中。主要含有以下兩個方面功能:

1)數(shù)據(jù)采集

根據(jù)仿真的需求，可選擇需要訂購的信息類型，利用該信息對橋接代理進行初始化工作;在仿真過程中，橋接代理會根據(jù)選擇訂購的信息類型收集相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。

2)數(shù)據(jù)解析

對收集的數(shù)據(jù)信息進行解析，并以需要的格式傳送到Web服務(wù)器中。

針對不同的仿真系統(tǒng)可配置多個橋接成員進行數(shù)據(jù)的采集與解析。

3.4 基于Web服務(wù)的擴展

在本文設(shè)計的預(yù)警探測仿真系統(tǒng)中，利用Web服務(wù)對預(yù)警探測仿真系統(tǒng)進行了擴展，使得用戶可以通過Web服務(wù)的方式在遠程異地調(diào)用所需的功能。Web服務(wù)的發(fā)布采用B/S結(jié)構(gòu)，含Web客戶端和Web服務(wù)器端兩部分。

在預(yù)警探測仿真系統(tǒng)中，Web客戶端應(yīng)用程序含評估分析、態(tài)勢顯示等。客戶端應(yīng)用程序為瀏覽器界面，可分布在Internet上。用戶可通過瀏覽器界面從Web服務(wù)器端調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)組件和數(shù)據(jù)。

Web服務(wù)器端主要提供地圖組件、數(shù)據(jù)發(fā)布器等，各模塊之間相互協(xié)調(diào)提供服務(wù)。在地圖組件中含有基礎(chǔ)戰(zhàn)場信息;數(shù)據(jù)發(fā)布器用于從數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)，并構(gòu)建數(shù)據(jù)服務(wù)，為客戶端提供數(shù)據(jù)支持。如評估分析席位，利用本席位上評估分析模型調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)來對仿真結(jié)果進行分析。態(tài)勢顯示席位利用本地的軍標(biāo)庫、三維模型庫等調(diào)用基礎(chǔ)地圖信息服務(wù)及態(tài)勢數(shù)據(jù)服務(wù)產(chǎn)生二維和三維的場景。

4 結(jié)束語

本文提出了基于XMSF的預(yù)警探測仿真系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的組成及系統(tǒng)實現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)。通過上文的研究可得出以下結(jié)論:基于XMSF的預(yù)警探測仿真系統(tǒng)可以實現(xiàn)跨地域的仿真，是今后預(yù)警探測系統(tǒng)仿真發(fā)展的方向;后續(xù)可進一步擴展到預(yù)警探測的各系統(tǒng)之間的聯(lián)合模擬訓(xùn)練等應(yīng)用。

［1］ 梁 劍.預(yù)警探測系統(tǒng)及其雷達技術(shù)研究綜述［J］.現(xiàn)代雷達，2009，31(5):11-14.Liang Jian.A review of early warning surveillance systems and their radar technology［J］.Modern Radar，2009，31(5):11-14.

［2］ 尹康銀，楊兆民，楊吉明，等.一種基于HLA的反導(dǎo)預(yù)警系統(tǒng)仿真研究［J］.空軍預(yù)警學(xué)院學(xué)報，2013，27(5):366-369.Yin Kangyin，Yang Zhaomin，Yang Jiming，et al.Research and simulation of anti-missile early warning system based on HLA［J］.Journal of Air Force Radar Academy，2013，27(5):366-369.

［3］ 陳烺中，李為民，周 燕.HLA的天基信息支援下反導(dǎo)作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)OM設(shè)計［J］.火力與指揮控制，2007，32(5):31-33，36.Chen Langzhong，Li Weiming，Zhou Yan，Design of object model of ATBM simulation system under the satellite support based on HLA［J］.Fire Control and Command Control，2007，32(5):31-33，36.

［4］ 王 琰，蔣 旭，劉正堂.某預(yù)警雷達對抗推演系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36(17):23-26.Wang Yan，Jiang Xu，Liu Zhengtang.Design and development of war-gaming system for early-warning radar countermeasure［J］.Modern Electronics Technique，2013，36(17):23-26.

［5］ 王愛華，劉 仁，郭桂志.基于HLA的防空反導(dǎo)作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)研究［J］.微計算機信息，2009，25(6):197-199.Wang Aihua，Liu Ren ，Guo Guizhi.Research missile defence and air defense simulation system based on HLA［J］.Microcomputer Information，2009，25(6):197-199.

［6］ 何德宇，張仁波.基于XMSF的作戰(zhàn)仿真模型集成設(shè)計［J］. 兵工自動化，2013，32(5):28-30，35.He Deyu，Zhang Renbo.Integrating design of operation simulation models based on XMSF［J］.Ordnance Industry Automation，2013，32(5):28-30，35.

［7］ 馬良荔，劉桂峰，孫煜飛，等.基于XMSF的艦船全數(shù)字仿真系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計［J］.計算機與數(shù)字工程，2013，41(3):488-491，507.Ma Liangli，Liu Guifeng，Sun Yufei，et al.Framework design of ship full digital simulation system based on XMSF［J］.Computer＆ Digital Engineering，2013，41(3):488-491，507.

［8］ 鐘 蔚，龔建興，郝建國，等.Web Enabling HLA:XMSF下Web-RTI的研究與開發(fā)［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報，2009，21(18):5749-5753.Zhong Wei，Gong Jianxing，Hao Jianguo，et al.Web Enabling HLA:research and developing of Web-RTI on XMSF［J］.Journal of System Simulation，2009，21(18):5749-5753.