劉 帥，張宏江

(1. 航天工程大學(xué)研究生院，北京 101416；2. 陸軍裝甲兵學(xué)院演訓(xùn)中心，北京 100072)

1 引言

裝備體系作戰(zhàn)試驗(yàn)是以聯(lián)合作戰(zhàn)為背景，以檢驗(yàn)裝備體系作戰(zhàn)效能與作戰(zhàn)適用性，發(fā)現(xiàn)裝備體系短板弱項(xiàng)，強(qiáng)化裝備體系實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用，推動(dòng)裝備體系建設(shè)為目的，涉及多領(lǐng)域的成建制、成體系的裝備試驗(yàn)鑒定活動(dòng)，具有實(shí)兵對(duì)抗組織難、藍(lán)軍裝備模擬難、實(shí)裝試驗(yàn)樣本少等特點(diǎn)，需要建立有效的仿真系統(tǒng)，為開(kāi)展想定編輯、作戰(zhàn)仿真、運(yùn)行管控、分析評(píng)估等提供手段和平臺(tái)。本文基于MAXSim通用仿真平臺(tái)，以陸軍輕型高機(jī)動(dòng)步兵營(yíng)裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)為背景，研究裝備體系作戰(zhàn)試驗(yàn)仿真系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，對(duì)系統(tǒng)主要功能、技術(shù)體系結(jié)構(gòu)、運(yùn)行流程等進(jìn)行了設(shè)計(jì)，可為裝備體系作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供參考借鑒。

2 系統(tǒng)組成

裝備體系作戰(zhàn)試驗(yàn)具有實(shí)體多、行為復(fù)雜等特點(diǎn)，MAXSim平臺(tái)是一個(gè)以通用黑板(GBB)技術(shù)為交互基礎(chǔ)，基于多Agent建模思想開(kāi)發(fā)出的一個(gè)具有開(kāi)放性的分布式仿真平臺(tái)系統(tǒng)，具有二次開(kāi)發(fā)性好、模型資源豐富、戰(zhàn)法編輯方便、仿真實(shí)體負(fù)載量大等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足裝備體系作戰(zhàn)試驗(yàn)仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)需求。以陸軍輕型高機(jī)動(dòng)步兵營(yíng)裝備作戰(zhàn)試驗(yàn)為例，基于MAXSim平臺(tái)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)仿真系統(tǒng)組成如圖1所示，主要包括紅藍(lán)兵力及戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真模型系統(tǒng)、試驗(yàn)運(yùn)行、態(tài)勢(shì)顯示、運(yùn)行管控和統(tǒng)計(jì)分析功能子系統(tǒng)/單元，在MAXSim仿真引擎及已有基礎(chǔ)模型，裝備性能、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境等數(shù)據(jù)庫(kù)的支撐下，完成試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)管控、試驗(yàn)運(yùn)行和試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析。

圖1 輕型高機(jī)動(dòng)步兵營(yíng)裝備體系作戰(zhàn)試驗(yàn)仿真系統(tǒng)組成

3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主要功能框架如圖2所示。其中，仿真模型系統(tǒng)主要是根據(jù)仿真試驗(yàn)需要實(shí)現(xiàn)相關(guān)環(huán)境、裝備及行為模型調(diào)度管理，支持實(shí)時(shí)推演及實(shí)驗(yàn)運(yùn)行模式，模型系統(tǒng)按試驗(yàn)要求進(jìn)行重用或開(kāi)發(fā)；試驗(yàn)運(yùn)行子系統(tǒng)主要是進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、試驗(yàn)想定制作、試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與運(yùn)行、記錄仿真過(guò)程和結(jié)果數(shù)據(jù)等；態(tài)勢(shì)顯示子系統(tǒng)主要是為系統(tǒng)提供綜合態(tài)勢(shì)顯示功能，對(duì)兵力實(shí)體狀態(tài)、交戰(zhàn)關(guān)系、指揮關(guān)系、通信鏈路等信息進(jìn)行顯示與查詢等。運(yùn)行管控子系統(tǒng)主要是對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行方式、運(yùn)行模式進(jìn)行管理設(shè)置(集中式、分布式運(yùn)行配置)，能觀察系統(tǒng)仿真模型運(yùn)行占用資源情況；分析評(píng)估子系統(tǒng)主要針對(duì)試驗(yàn)運(yùn)行子系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)不同的評(píng)估目的確定評(píng)估方案，主要包括確定數(shù)據(jù)、建立評(píng)估指標(biāo)體系、確定評(píng)估模型、進(jìn)行分析評(píng)估并形成評(píng)估報(bào)告，具備仿真運(yùn)行回放功能。

圖2 仿真系統(tǒng)功能體系架構(gòu)

3.1 模型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模型體系涉及陸、海、空等軍種機(jī)動(dòng)、探測(cè)、打擊、毀傷等各種物理及行為模型，可通過(guò)行為規(guī)則編輯來(lái)表達(dá)復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)行動(dòng)。根據(jù)裝備體系作戰(zhàn)試驗(yàn)需求，本著立足現(xiàn)有、適度擴(kuò)展的原則對(duì)系統(tǒng)模型體系進(jìn)行設(shè)計(jì)。裝備體系作戰(zhàn)試驗(yàn)仿真系統(tǒng)主要通過(guò)四類模型來(lái)表現(xiàn)計(jì)算機(jī)生成兵力及其之間的復(fù)雜行為與交互，四類模型間的具體關(guān)系如圖3所示。

圖3 模型間的關(guān)系

1)行為控制類模型

由一個(gè)行為控制模型來(lái)控制實(shí)體的行為，模型按照建模人員定義的“規(guī)則”，根據(jù)實(shí)體所處的狀態(tài)及仿真環(huán)境來(lái)決定實(shí)體的具體行為。行為控制模型將這些行為的邏輯指令發(fā)送給邏輯控制類模型。即行為控制模型對(duì)行為進(jìn)行“解析”并將這一行為需要進(jìn)行的具體動(dòng)作指令發(fā)送給邏輯控制類模型，進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

2)邏輯控制類模型

邏輯控制類模型主要負(fù)責(zé)將行為控制模型傳遞過(guò)來(lái)的邏輯指令轉(zhuǎn)換成一系列簡(jiǎn)單的實(shí)際指令發(fā)送給具體的物理執(zhí)行類模型。比如：機(jī)動(dòng)控制模型將“按導(dǎo)航計(jì)劃飛行”這邏輯指令轉(zhuǎn)換成順序到達(dá)一系列目標(biāo)位置點(diǎn)的實(shí)際機(jī)動(dòng)指令發(fā)送給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行模型。機(jī)動(dòng)控制模型監(jiān)測(cè)實(shí)體的位置，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一目標(biāo)點(diǎn)后再發(fā)送下一目標(biāo)點(diǎn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行模型。

3)物理執(zhí)行類模型

物理執(zhí)行模型抽象地仿真實(shí)際裝備的基本動(dòng)作，為上一層的邏輯控制模型提供基本動(dòng)作的調(diào)用接口，主要負(fù)責(zé)計(jì)算具體動(dòng)作的執(zhí)行結(jié)果。比如：飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)執(zhí)行模型從邏輯控制模型得到目標(biāo)點(diǎn)信息后，根據(jù)飛機(jī)的當(dāng)前位置及機(jī)動(dòng)參數(shù)來(lái)計(jì)算飛機(jī)在下一任意時(shí)間的位置。

4)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境類模型

環(huán)境仿真主要由戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真系統(tǒng)或其他專業(yè)環(huán)境仿真系統(tǒng)負(fù)責(zé)模擬，計(jì)算機(jī)生成兵力系統(tǒng)的環(huán)境交互模型主要通過(guò)環(huán)境實(shí)體來(lái)獲取環(huán)境仿真數(shù)據(jù)描述戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，并通過(guò)更新黑板描述符實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)中其它模型間的交互。部分環(huán)境模型的數(shù)據(jù)直接由計(jì)算機(jī)生成兵力系統(tǒng)的仿真引擎管理，如地形數(shù)據(jù)。部分環(huán)境模型數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)生成兵力系統(tǒng)的環(huán)境交互模型獲取，如電磁環(huán)境模型。

3.2 試驗(yàn)運(yùn)行子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)運(yùn)行子系統(tǒng)主要用于仿真試驗(yàn)的準(zhǔn)備、運(yùn)行及記錄，是進(jìn)行仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)及運(yùn)行，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)的核心子系統(tǒng)。仿真試驗(yàn)準(zhǔn)備主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)及想定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備；仿真試驗(yàn)運(yùn)行在仿真平臺(tái)引擎及模型系統(tǒng)的支持下根據(jù)運(yùn)行管理系統(tǒng)的配置及控制進(jìn)行仿真試驗(yàn)；仿真運(yùn)行的記錄及回放可實(shí)現(xiàn)仿真運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集存儲(chǔ)及試驗(yàn)的回放分析。試驗(yàn)運(yùn)行子系統(tǒng)的體系架構(gòu)如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)運(yùn)行子系統(tǒng)功能架構(gòu)

3.3 態(tài)勢(shì)顯示子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

態(tài)勢(shì)顯示子系統(tǒng)主要包括信息顯示規(guī)則管理服務(wù)、角色管理、過(guò)濾控制、標(biāo)號(hào)管理、信息顯示管理等模塊。由通信管理模塊負(fù)責(zé)接收訂購(gòu)信息和對(duì)訂購(gòu)信息的提交，數(shù)據(jù)接口模塊主要用于解析數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。面對(duì)不同通信方式提交的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)接口模塊將數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成態(tài)勢(shì)工具內(nèi)部使用的串行網(wǎng)絡(luò)適配器(SNA)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。將數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存中通過(guò)獲取數(shù)據(jù)的接口提供給數(shù)據(jù)管理模塊調(diào)用。數(shù)據(jù)管理模塊主要用于封裝查詢數(shù)據(jù)和修改知曉狀態(tài)的接口。過(guò)濾管理模塊主要用于對(duì)數(shù)據(jù)配置類的修改。讀取到配置文件中的規(guī)則配置，根據(jù)配置判定數(shù)據(jù)是否顯示在二維態(tài)勢(shì)界面上。信息顯示規(guī)則管理模塊主要用于根據(jù)過(guò)濾配置調(diào)用數(shù)據(jù)管理模塊的對(duì)應(yīng)過(guò)濾接口，整合過(guò)濾后的實(shí)體數(shù)據(jù)列表。態(tài)勢(shì)顯示子系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖5所示。

圖5 態(tài)勢(shì)顯示子系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

3.4 運(yùn)行管控子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

運(yùn)行管控工具主要用于對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式及模式進(jìn)行管理設(shè)置及監(jiān)控仿真試驗(yàn)運(yùn)行的軟件工具。主要功能包括系統(tǒng)運(yùn)行配置、仿真運(yùn)行控制及進(jìn)程監(jiān)控等。其體系架構(gòu)如圖6所示。

圖6 運(yùn)行管控子系統(tǒng)架構(gòu)圖

運(yùn)行管控子系統(tǒng)主要由系統(tǒng)運(yùn)行配置及系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控兩個(gè)模塊組成，分別實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方式、模式及運(yùn)行節(jié)點(diǎn)配置和仿真控制及進(jìn)程監(jiān)控的功能。系統(tǒng)運(yùn)行配置主要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的方式(單機(jī)、分布式)及系統(tǒng)運(yùn)行的模式(仿真推演、仿真試驗(yàn))進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控主要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視及控制，如對(duì)仿真運(yùn)行開(kāi)始、暫停、快進(jìn)、慢進(jìn)等進(jìn)行控制或是對(duì)仿真運(yùn)行中的仿真進(jìn)程進(jìn)行啟動(dòng)、停止及重啟等。

3.5 分析評(píng)估子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

分析評(píng)估子系統(tǒng)主要由評(píng)估數(shù)據(jù)輸入接口、評(píng)估指標(biāo)編輯模塊、評(píng)估方案編輯模塊、評(píng)估執(zhí)行模塊、評(píng)估結(jié)果輸出模塊構(gòu)成，主要根據(jù)仿真試驗(yàn)運(yùn)行所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估指標(biāo)編輯、確定評(píng)估方案、執(zhí)行評(píng)估，接收仿真試驗(yàn)準(zhǔn)備子系統(tǒng)的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，并最終輸出評(píng)估結(jié)果，其架構(gòu)圖如7所示。

圖7 分析評(píng)估子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖

4 技術(shù)體系結(jié)構(gòu)

選用分層體系架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要包括基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)資源、服務(wù)支撐和應(yīng)用等四層，如圖8所示。

圖8 仿真系統(tǒng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)圖

第一層為基礎(chǔ)設(shè)施層，構(gòu)建在硬件設(shè)施之上，包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等基本軟件支撐環(huán)境；

第二層為運(yùn)行支撐數(shù)據(jù)層，由相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)和資源庫(kù)組成，提供應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行所必須的數(shù)據(jù)、資源和數(shù)據(jù)資源訪問(wèn)支持。

第三層為服務(wù)支撐層，采用MAXSim仿真平臺(tái)引擎及模型系統(tǒng)為軟件開(kāi)發(fā)、部署、運(yùn)行提供支撐，其中模型系統(tǒng)、仿真想定編輯和運(yùn)行綜合管控、裝備及行為建模等部分，是系統(tǒng)的核心服務(wù)支持層。

第四層為應(yīng)用功能層，系統(tǒng)在基本運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行支撐數(shù)據(jù)層及應(yīng)用服務(wù)支撐層基礎(chǔ)上，按需裝配相應(yīng)的應(yīng)用功能。

5 系統(tǒng)運(yùn)行流程

系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖9所示。利用實(shí)戰(zhàn)化對(duì)抗試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步校核仿真模型，完善作戰(zhàn)規(guī)則數(shù)據(jù)；修改完善仿真推演系統(tǒng)；開(kāi)展武器裝備體系作戰(zhàn)效能評(píng)估試驗(yàn)設(shè)計(jì)，在同一的作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)對(duì)手、作戰(zhàn)任務(wù)條件下，代入不同的裝備體系編配方案，進(jìn)行體系對(duì)抗仿真試驗(yàn)，采集、記錄仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并結(jié)合其他演習(xí)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算武器裝備體系作戰(zhàn)效能和體系內(nèi)各類武器裝備的單項(xiàng)作戰(zhàn)效能，通過(guò)對(duì)作戰(zhàn)過(guò)程的因果關(guān)系及相關(guān)指標(biāo)分析，得到重點(diǎn)裝備對(duì)作戰(zhàn)體系的貢獻(xiàn)率，為形成裝備體系作戰(zhàn)試驗(yàn)評(píng)估結(jié)論提供依據(jù)，并能支撐后續(xù)開(kāi)展的裝備編配方案優(yōu)化和裝備性能改進(jìn)研究。

圖9 仿真系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

第一步：基于軍事想定，利用裝備建模工具及行為建模工具，進(jìn)行裝備及行為模型建模。

第二步：基于裝備及行為模型，利用想定編輯工具，將軍事想定轉(zhuǎn)換成符合仿真架構(gòu)的仿真想定。

第三步：基于仿真引擎，進(jìn)行仿真推演，利用運(yùn)行綜合管理工具，可將系統(tǒng)運(yùn)行模式配置為集中式或分布式；利用想定監(jiān)控及管理工具，對(duì)想定進(jìn)行監(jiān)控及管理，進(jìn)行二維態(tài)勢(shì)顯示；利用仿真數(shù)據(jù)記錄工具進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄；

第四步：利用仿真數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工具進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；利用仿真數(shù)據(jù)回放工具進(jìn)行回放，對(duì)仿真結(jié)果作進(jìn)一步分析。

6 結(jié)論

1)基于MAXSim平臺(tái)設(shè)計(jì)的裝備體系作戰(zhàn)試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，在功能結(jié)構(gòu)上能夠滿足裝備體系作戰(zhàn)試驗(yàn)仿真需求，能夠?yàn)檠b備體系作戰(zhàn)試驗(yàn)仿真規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行管控、態(tài)勢(shì)顯示和結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析提供有效手段和平臺(tái)。

2)基于MAXSim平臺(tái)設(shè)計(jì)的裝備體系作戰(zhàn)試驗(yàn)仿真系統(tǒng)架構(gòu)，已用于設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)陸軍輕型高機(jī)動(dòng)部隊(duì)裝備體系作戰(zhàn)試驗(yàn)仿真系統(tǒng)，為試驗(yàn)實(shí)施提供了有效支撐，未來(lái)可進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、拓展系統(tǒng)應(yīng)用功能。