The Design and Implementation of HLA-Based Missile-Combat Simulation System
湖南商學院信息系 萬敏WANMIN；國防科大計算機學院 吳家鑄WU JIAZHU
摘要:基于HLA建立仿真應用系統是提高作戰仿真活動效率的有效途徑。分析了導彈攻防仿真系統的功能,并依據HLA的基本概念、方法和原理對分布式導彈攻防仿真系統進行系統設計,建立了系統體系結構,介紹了聯邦成員的分類及具體的聯邦成員,并給出了FOM/SOM的設計和仿真系統的程序實現。
關鍵詞:HLA/RTI;FOM/SOM;導彈攻防仿真
中圖分類號:TP391.9文獻標識: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引言隨著現代作戰中武器系統、指揮系統等的日益復雜,采用分布式仿真和提高作戰仿真活動的效率成為仿真技術能否在國防領域中成功應用的關鍵。未來大規模分布式仿真需要集成多個部門開發的不同類型的仿真應用,因而提高仿真效率的主要途徑是提高系統內各仿真應用間的互操作性和可重用性。高層體系結構(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框架,相對于DIS標準,HLA解決了靈活性,可擴充性,減少網絡冗余數據等問題。基于HLA的仿真系統開發是當前一個重要的研究方向。導彈的進攻和防御是一個十分復雜的過程,沒有一套完整的解析方法對它進行全面的分析,同時由于政治、經費等原因,實戰演習比較困難,因此導彈攻防仿真系統是研究導彈進攻與防御的有效手段。
1系統功能導彈攻防仿真系統主要研究在攻防對抗條件下,導彈對典型作戰對象預警探測、硬抗擊和軟對抗等防御手段的突防過程的仿真技術應用,為導彈突防研究提供有效的技術支持。其主要功能為:(1)實現導彈突防的仿真研究與演示:(2)對導彈突防效果進行系統的評估。
2基于HLA的仿真系統體系結構導彈攻防仿真系統采用HLA為核心的技術框架,以仿真資源為中心,建立包含聯邦開發、運行支撐、演示、控制管理、分析評估的仿真環境,其系統結構圖如圖1所示。
3仿真系統的實現
3.1建立聯邦成員基于HLA的成員分三類:導演方成員組、紅方成員組、藍方成員組。
1)導演方成員組:
(1)仿真管理器成員:根據仿真用戶的要求,對仿真進行管理、控制和監視;對武器系統的性能參數進行修改;對演示內容進行控制的成員。
(2)評估方成員:根據導彈攻防仿真系統的仿真結果,利用相關指標體系(如用目標殺傷概率和達到指定殺傷概率所需導彈數指標、復合干擾下導引頭對抗性能評估指標等),采用相應評估方法對導彈毀傷效果、命中精度、抗干擾能力等進行評估
(3)數據庫成員:由數據收集工具(DCT)采集的FOM中定義的成員交互的數據,并將其在數據庫中存檔;由成員自己記錄的成員內部的私有數據。
(4)三維視景顯示成員:以三維動畫方式演示戰場狀態,實現仿真的可視化,演示仿真的過程。
2)紅藍方成員組
(1)進攻彈成員:主要完成進攻彈的飛行彈道計算,輸出位置、速度、姿態等彈道參數。藍方:
(2)雷達成員。包括預警雷達和制導雷達,進行進攻彈的探測信息計算。
(3)衛星成員。包括高軌衛星和低軌衛星,進行進攻彈的探測信息計算。
(4)攔截彈成員。將攔截彈、指控中心和目標模型合為一個成員,完成攔截彈的發射諸元和飛行、攔截彈道的計算,以及目標運動狀態的計算輸出。
3.2 FOM/SOM設計表1給出對象類的定義。交互類有攔截評估、毀傷評估、運行管理,由評估方成員根據進攻彈、攔截彈和目標的參數進行評估,仿真管理器成員進行仿真的運行管理。
導彈攻防仿真系統的SOM設計如下表所示:
3.3仿真系統的程序實現RTI軟件主要包含三個組件:RtiExec、FedExec和libRTI,它們運行在單獨的一臺工作站或任意復雜的網絡上。進程RtiExec管理聯邦的創建和撤消,并指示成員加入正確的聯邦執行。FedExec管理聯邦中成員的加入和退出,每一運行的聯邦對應一個 FedExec進程。LibRTI是一個C++庫,為成員開發者提供了HLA接口規范定義的一系列的服務。成員通過libRTI調用HLA的服務同 RtiExec、FedExec以及其它成員進行通信。
仿真系統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();//創建聯邦
Fed.joinFederation();//加入聯邦
Fed.enableAttributeRelavanceAdvisorySwitch();
Fed.InitRTI();//把成員所包含的對象和屬性數據設置為RTI指定的值Fed.PublishAndSubscribe();//公布對象和交互
Fed.initializeTimeManagement();//設置時間管理策略Fed.enableAsynchronousDelivery();//打開異步傳輸開關
Fed.Register();//注冊對象實例
//事件循環開始
//1)獲得當前時間、設置時間戳,設置下一步時間
//2)計算對象實體的當前狀態,//更新對象實例屬性,發送交互
//3)時間推進
Fed.advanceTimeRequest(Fed.m_NextTime);
//4)線程休眠
//5)重復上述過程,仿真結束
//注銷對象實例
Fed.DeleteObjInst();//退出聯邦執行
Fed.resignFederationExecution();//撤銷聯邦執行Fed.destroyFederationExecution();}
首先啟動RTI即打開一個全局的RtiExec進程,再依次運行各個邦元,聯邦由仿真管理器成員創建。仿真管理器對仿真的開始、暫停等控制采用定義同步點的方式實現。實踐證明,基于HLA開發導彈攻防仿真系統可以大大減少系統開發的工作量,降低其復雜性,提高可靠性。在完整開發FOM/SOM基礎上,應用系統可以即插即用,提高了可重用性。
結論
HLA作為新一代的分布式仿真體系結構,具有可重構性和互操作性,時空一致性,可以增強作戰仿真的逼真度,提高系統的運行穩定性和運行效率,滿足復雜大系統對靈活性和可擴充性的需求,成為今后分布式仿真技術的發展方向。本文利用HLA開發了導彈攻防仿真系統,利用此系統實現導彈突防的仿真研究與演示,及對導彈突防效果進行系統的評估,為部隊戰法研究、武器概念設計、武器性能驗證等提供了有效的方法與途徑。本文作者創新點:利用HLA開發了導彈攻防仿真系統,利用此系統實現導彈突防的仿真研究與演示,及對導彈突防效果進行系統的評估。
參考文獻
[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;
