作战仿真技术研究与展望

　　摘要：仿真作为用以辅助分析、构建联系实际系统模型的重要辅助工具得到广泛应用。研究作战仿真是一个理论分析与实际应用作战系统的过程，同时也在于密切结合最新的科技手段提升作战仿真模拟的真实性。首先，从总体上分析作战仿真的设计思想，设立合理的模块及模块流程；其次，紧密联系当前最新的科技水平，分析这项技术的研究与进展，就设计的具体模块建立合理的导弹作战仿真模型。最后，综合分析系统，为下一步真实模拟战场打下良好基础。
　　关键词：作战仿真 设计流程 导弹
　　中图分类号：TJ01文献标识码：A文章编号：1672-3791（2012）09（b）-0186-02
　　作战仿真是对军事领域问题定量分析及优化决策理论和方法的活动。以军事运筹的实践活动为研究对象，模拟研究选择和使用模型进行实验，对作战环境和过程进行仿真。
　　在作战分析应用过程中，注重理论与实际结合探讨算法合理性；在作战建模过程中以指挥信息流图为基础，合理构建战场各个环节模块；在作战仿真过程中，注重抽象化简对象模型，产生出相应军事领域模型中一系列仿真应用实体共同构建成的体系结构，并以此为基础组织和开发可复用资源。基于现有作战仿真理论，设计导弹作战推演仿真系统，初步验证总体过程可信度。充分利用系统模型探讨军事规律，促进作战、训练和科研等任务完成。
　　1 系统构成与功能设计
　　1.1 通用作战仿真系统的组成模块
　　作战仿真系统依托计算机，力求构造真实世界系统模型，开发相关模块。系统搭建的复杂体系结构，通常由数据库模块、数据处理模块、视景仿真模块、信息交互模块、规则设定模块、数据接口模块、系统管理模块组成。
　　数据库模块包括各种对象模型、对象模型数据、场景数据、场景数据结构，着重以优化算法高速处理数据；数据处理模块由各类算法作为核心处理软件，依托不同优势硬件形成整体算法库的功能；视景仿真模块是显示与控制的平台，显示并控制二维和三维态势输出来表示前两个模块的数据；信息交互模块即在RTI的基础上，收发集成单兵与网络数据，达到高速、实时、互通；规则设定模块是以军标标准设定各类规则，规范化处理各类数据；数据接口模块由硬件和软件两部分组成，将规则设定产生的数据以小丢包率的方式传输到系统管理模块；系统管理模块是在统一各种数据的基础上，有效管理算法达到计算的目的。作战模块构成如图1所示。
　　1.2 导弹作战实体的功能概述
　　在已设定各个模块功能的基础上，仿真导弹作战系统推演对抗，实现的功能有。
　　（1）导弹攻击防御模拟功能。
　　包括导弹参数预设和导弹攻击防御实现，是用户预先对来袭导弹参数设置，对抗模拟系统实现。
　　（2）导弹战场环境仿真功能。
　　包括地理环境仿真和电磁环境仿真，结合二维和三维态势深度建模分析。
　　（3）辅助决策功能。
　　包括辅助决策装备部署和辅助决策下作战决心。常用的算法有层次分析法（AHP）、模糊综合评价法（Fuzzy）、灰色综合评价法（Gray）等。
　　2 作战仿真的总体设计
　　作战仿真系统的总体设计应本着科学、合理，减少详细设计工作量的态度，面向作战对象实体设计开发。从初始阶段起，完成不同精度作战仿真和优化试验，为总体设计提供可靠的性能参数。过程中的软硬件编程开发实现数据的功能。
　　2.1 作战系统的开发方式
　　作战系统开发设计遵循原则有模型驱动、数据流驱动等。其中，模型驱动（MDA）思想适用于系统建模与仿真领域。其架构核心思想具体来说，就是在执行过程中，注重迭代、增量的开发，修正开发过程中的漏洞。MDA由一系列基础构件支持，可以读取UML设计模型，通过普适的标准自动生成C++代码、Java代码、C#代码、测试框架、整合代码、Java对象、.Net对象、部署脚本甚至软件文档，而且可以映射到J2EE，.Net，CORBA等平台。这些代码的集成编写，正逐步向面向对象的编程设计发展，并根据对象特征需求选取合适编程语言。
　　2.2 数据库常用算法
　　数据库包含对象原型的大量各类数据。当前采用数据挖掘合理的调度，适用数据挖掘的方法有神经网络、支持向量机和基于树的分类方法。其中，神经网络是受人脑原理启发产生的网络，支持向量机在分类、回归和聚类等应用方面性能同前者相差无几。总体来看，大规模的数据挖掘问题常采用这两种方法。而树的分类方法，采用将大数据集分割成小数据集，通过将训练集置于树根，并在每个内部结点提问，可以非常简单的分析树叶上的数据。
　　2.3 平台界面
　　平台界面同模拟推演紧密联系在一起，是模拟推演的直观交互。作战系统的硬件界面设计要考虑人的心理、生理等人类工程学因素，围绕提高处理速度设计。首先，构建安全的驾驶指挥界面，包括高信息量的显示，使指挥员能全面掌握作战各个系统；其次，一个友好并高效的界面，有助于减少指挥员的顾虑，提高工作效率。
　　界面设计分为软件设计和硬件设计。首先，软件设计定制通信协议；然后，根据硬件电路书写硬件驱动程序。软件交互界面中程序附带包括报文格式的处理、串并口中断、信道的查询和连接及差错控制等等。硬件交互界面包括信息显示界面设计、控制界面设计、关于“手”的界面设计。设计采用主从结构：主CPU完成与群主机通信，从CPU完成与各指挥所、观察所通信，再由主从CPU间并行总线的数据交换来完成主机与下属计算机的通信。
　　提高效率上，常用数据处理电路DSP、FPGA。其中，FPGA能充分发挥硬件系统并行、高速处理数据的优势；DSP擅长处理算法复杂，数据处理量相对较小的高层算法。在控制界面和节点设计中，各取两种电路所长优势互补，提高系统的实时性。
　　2.4 作战系统交互设计
　　作战系统交互设计由高层体系结构（HLA/RTI）依六大管理的特点构成。具体布局是大量的单个网络节点构成整体网络通信。单个节点与整体网络依靠单体武器装备特性交换信息，充分依靠各种敏感/探测器的输入信息、各种武器、装备，发挥控制信息优势。
　　作战系统交互设计是以信息交互模块作为主体，地理信息系统部分功能为框架构成二维和三维的交互显示界面。不同节点仿真软件之间的通信可通过地理信息系统的通信模块间接调用实现。
　　就现阶段作战交互特点，对未来作出展望。
　　（1）人机交互更接近同现实世界的交互操作。
　　（2）人机界面设计下一代是交互的集成方法。
　　（3）虚拟现实技术的应用。
　　3 导弹作战仿真详细设计过程
　　详细开发过程遵循总体设计中的模块的分类，细化细节流程的分析。流程如图2所示。
　　3.1 导弹模型的建立
　　导弹模型，由模型描述、模型数据说明、模型算法和属性描述、运用条件与限制说明、模型关系说明、模型接口描述、模型其他描述组成。
　　导弹模型建立的主要工作是模型算法和属性描述，模型算法和属性描述的工作在于阐述运算和确定运行属性。工作过程中通常简化研究地面坐标系、弹体坐标系、弹道坐标系、速度坐标系，并研究各个坐标系的建立模式与相互转化关系确定总体工作过程。
　　在编程中，注重建立对抗环境中导弹系统组成的交互性仿真模块模型，通过构建仿真平台驱动模型仿真实验，获得导弹系统打击各类目标仿真值。对复杂导弹控制上，一般采用BTT方法建立对象仿真模型。
　　3.2 指挥控制环节
　　导弹指挥控制包括显示情况与控制管理。实现该功能，依托视景开发二维、三维作战仿真显示与交互，努力推进高逼真、强沉浸，提升指挥中心功能的高效性。
　　二维显示与控制以地理信息系统GIS遥感的图像为基底，基于MapX标准组件或相同地图功能的MapInfoProfessional的图形开发；三维显示与控制数据量较多，常由功能数据预处理、模型构建和模型渲染三部分组成。
　　二维与三维指挥与控制交互一体化调控的对象表现在：属性，包括位置、标图等的一致性；二维查询属性可三维显示目标情况；当选择二维显示范围时候，可实时显示该区域的三维场景；在控制方面，二维和三维的效果上存在的一致性。
　　3.3 关键技术研究前景
　　现阶段，作战仿真正在理论基础上不断完善，朝各个模块统合到实际操作平台发展。可以预见的是，作战仿真系统的集成将实现从独立集成模式、嵌入集成模式，到无缝集成模式三步走。更高层次的集成不仅有利于研究作战仿真，同时也将在虚拟地理环境、数字地球等的研究上起到重要的作用。
　　基于总体科技水平，需要尽快解决以下几项关键技术。
　　（1）高分辨率卫星数据的获取与海量数据的存取技术。
　　（2）网络数据库与分布式计算技术。
　　（3）空间数据库技术。
　　（4）空间数据仓库与数据挖掘技术。
　　（5）多种数据融合技术。
　　（6）精确三维模拟技术。
　　（7）宽带网络技术。
　　4 结论与展望
　　作战仿真技术是一项紧贴实战的技术。这项技术的研究与进展，紧密联系于当前最新的科技水平。在应用中，紧紧抓住软、硬件部分高效的设计方法，实现作战系统的基本功能。现阶段，大量数据实时传输与精确打击等技术方面存在较大的发展空间，几方面的不断发展提升作战仿真系统高效性。作战仿真系统良好的整体架构，是打赢未来作战的良好基础。
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