基于任务分解的作战仿真模型测试

李 震，姜本清，姚 萍

（1.海军航空工程学院信息融合研究所，山东烟台 264001；2.中国人民解放军61618部队，北京 102102）

基于任务分解的作战仿真模型测试

李 震1，姜本清1，姚 萍2

（1.海军航空工程学院信息融合研究所，山东烟台 264001；2.中国人民解放军61618部队，北京 102102）

面向联合作战的仿真系统已成为指挥训练和作战想定验证的重要手段。由于这类仿真系统中的作战仿真模型数量多、交互关系复杂，仿真模型的可信性测试非常困难。针对上述难点，本文提出基于任务分解的作战仿真模型测试方法，使模型的测试工作能聚焦任务需求，从而针对性更强、工作效率更高。给出了层次化的模型测试框架，并用实例说明了该方法的有效性。

作战仿真模型；任务分解；可信性测试

1 引 言

仿真技术已在国防领域得到了广泛的应用，面向联合作战的仿真系统现已成为指挥训练或者作战想定验证的重要手段。面向联合作战的仿真一般可以进行多方作战集团的模拟，并包含大量的武器装备以及作战实体模型。目前较成熟的该类系统有美军的扩展防空系统（Extended Air Defense Simulation，EADSIM），战区级联合作战仿真系统（Joint Theater Level Simulation，JTLS）［1～2］，联合作战仿真系统（JointWarfare System，JWARS），联合仿真系统（Joint Simulation System，JSIMS）［3］等。

模型是仿真系统的主要部分，模型的可信性很大程度决定仿真系统的可信性。对源代码不仅费时、费力，也难以对模型的动态特性和模型之间的复杂交互关系进行有效验证；同时，用户技术方面的限制也是一个重要原因。因此，基于黑盒测试的软件测试方法［4］，即通过仿真运行对模型输出结果进行统计判断是通常情况下的一种主要选择。

复杂仿真系统的模型体系一般由若干层次的众多模型组成，每个模型又包括几个底层模块和若干特性参数［5］，对整个模型体系的可信性测试工作是一项艰巨的任务。测试从哪个层级的哪个模型开始？对每个模型进行测试的时候，先测试模型的哪个参数和特性？这些问题都是在系统功能检查、测试验收过程中必然遇到的问题。为了在较短的时间内对模型的主要特性进行有效的测试，本文提出基于任务分解的仿真模型测试方法及流程。该方法以仿真系统要完成的仿真任务为牵引，对任务相关的模型及其特性，通过任务分解的方法进行分层次的测试，即简化了测试，又可以有效保证仿真系统完成某类仿真任务的可信性，因而，非常适合于研制过程中的快速检查和系统的验收测试等工作。

2 作战仿真模型特点

面向联合作战的作战仿真系统（下面简称作战仿真系统）在仿真建模过程中，一般将功能建模问题从实体、行为和交互［6］三个方面考虑。

（1）实体是指仿真系统所建立的作战单位的类型、组成以及其具有的属性特征。

作战单位的概念比较广泛，可以是某个武器装备，如某个导弹模型；可以是某个装备体系，如一个航母模型；也可以是整支部队，如一个航母战斗群。实体的属性包括静态属性和动态属性，静态属性是指模型在仿真运行过程中固定不变的参数，如模型的标志属性和编成属性等，动态属性是指随着仿真进程而不断变化的实体属性，如模型的状态和装配关系等［7］。

（2）行为是指仿真运行过程中，模型对实体间交互以及仿真环境的变化所表现实体动态属性的状态迁移，如舰艇模型发射防空导弹。

（3）交互是指仿真模型之间，也是实体行为之间的交互联系和相互作用。

实体是仿真模型行为和交互的基础，行为是对实体属性变化的体现，而交互是实体行为的结果，也是实体行为产生的动力。由于仿真模型的许多指标是动态的、且与战场自然环境、电磁环境和目标环境有关，因此仅使用静态检查难以完成模型验证，必须通过观察在仿真运行过程中的实体、行为和交互的特性来完成测试工作。再考虑到作战仿真的复杂性以及时间节点和成本方面等因素，实际工作中，很难对所有模型及其全部属性、行为和交互进行全面、完整的测试。概括的说，仿真模型测试的难点主要来自以下几个方面：

（1）仿真模型数量大，每个模型所能完成的任务不同，具有的属性就不同；

（2）不同的仿真模型具有多种不同的行为，导致仿真系统中模型的交互数量巨大；

（3）作战行动的随机性决定仿真模型行为具有不确定性，导致仿真系统模型交互的不确定性；

（4）模型交互的映射关系复杂，一种行为对不同的实体可能引起多种不同的交互结果。

为克服上述测试难点，本文以满足特定仿真任务的要求为出发点，提出基于任务分解的作战仿真模型分层拓展测试方法。以任务为导向，通过作战任务的性质不同，将任务分解为子任务；相应地，对模型进行分解，建立模型的层次体系；对于每个子任务，找出完成该任务的模型。这样，将仿真系统大量的模型属性以及繁杂的模型行为及其交互进行有效划分，使测试工作更加具有条理性和针对性。该方法适合于对某个仿真任务中仿真模型的可信性测试，与实际仿真工作中的需求相吻合。在需要对系统进行全面测试的场合，只要对系统能够完成的任务列表逐一进行测试即可。

3 基于任务分解的测试方法

3.1 测试方法介绍

由于模型体系庞大，复杂作战仿真一般将实体模型进行分层建模［8～9］。模型测试一般也按照实体模型的层次性进行自底向上或自顶向下的分层测试。文［9］提出基于体系－实体－行为（SEB）的模型分层描述方法，文［10］提出依次按质量功能、问题类型、和物理本质将系统划分为子系统、基准模型和单元模型的模型确认方法，但是前者对实体的复杂层次没有很好的表述，不能很好的支撑模型的测试工作，而后者分层原则过于复杂，方法难以充分理解，使用不够方便。

本文对作战仿真模型进行基于任务分解的仿真模型测试。基本思想是以任务作为测试的导向，确定需要测试的模型使命，并将该使命空间分成多个不同的任务组成的任务空间［11］；通过使命任务选择需要测试的模型，并按照任务的层次性将模型进行相应的分解，在仿真模型执行任务过程中，对其进行测试。

具体方法是综合运用“按类型、依主体、逐层级”细化的原则［12］，以某待测的使命任务为起点，将其向下细化为作战子任务，直到战斗动作性任务，形成树状的任务空间。按任务类型选择测试模型体系，并按照任务层次将模型体系与任务的分解过程对应进行，将模型体系自顶向下的分解成系统层、子系统层、组件层。基于任务的模型分解结构如图1所示。

图1 基于任务的模型分解结构Fig.1 M odel Decomposition structure based on task

对分解后的模型体系，从动作性任务开始，自底向上对仿真模型进行渐增式的滚动拓展测试。首先对各组件层的任务进行测试，当测试通过，则选择子系统层模型的各项任务逐个加入测试工作中，这样对测试任务进行滚动拓展，直到所有子系统层任务全部测试完毕，则对系统层模型任务，即系统的使命任务进行测试。系统各层模型测试方法如图2所示。

基于对模型测试方法的总体把握，有必要形成适合特定层级作战仿真模型执行特定任务的具体测试框架，为测试工作提供指导，以避免测试工作的盲目。首先需要明确的是，测试的最终目标是验证仿真模型执行特定任务模拟的可信性情况。所以本文介绍的测试方法的基本思想是根据某类模型设计时规定的执行任务能力设计任务框架，以任务确定测试模型实例，以任务和模型实例的综合约束设计测试用例。

图2 模型测试方法Fig.2 M odel testmethod

在对任务和模型进行层次分解的基础上，首先确定待测任务对应的待测层模型，并确定执行任务的模型实例，基于对任务和执行任务的模型实例的分析，确定任务执行过程中的输入项和任务执行的约束条件，并通过约束条件确定理论的输出项，通过仿真运行统计观察的实际输出项，最后根据具体情况利用适当的统计学方法，将结果进行对比，仿真模型测试框架如图3所示。

下面列出测试框架需要的主要要素，并进行相应解释：

图3 仿真模型测试框架Fig.3 Test framework ofmodels

Task是待测任务集，每个任务为Taski；Type是待测模型类型集，执行Taski的模型类型为Typej；Mset是Typej的模型实例Modeltypej的集合；Inset是输入事件集，ModelTypej执行Taski的输入；Cons是ModelTypej执行Taski时，产生输出的约束条件Consn；Outset是约束条件Consn下的理论输出集；Obset是实际观测输出项集合；fCheck是理论输出项与实际观测输出项的对比校核方法集。

3.2 测试实例设计

以海军航母战斗群的防御任务为例，测试工作的流程为：

（1）确定海军作战模型测试的使命任务为防御任务。

（2）确定测试目标模型体系为海军航母战斗群，并建立测试用的模型实例。

（3）分解任务模型，选择测试任务为海军航母战斗群的防空任务。

（4）将仿真模型与任务模型对应进行层次分解，具体如图4。

（5）自底向上确定每一层测试的任务及相关的仿真模型，并确定输入和输出事件序列。例如图4中底层的基本测试任务中，发现目标任务对应相关传感器的测试，然后确定传感器测试的相关事件序列。

（6）设计测试用例，并统计数据，分析模型的可信性。

利用用户熟悉的军事领域知识，横向上从兵种角度对模型分类，纵向上基于模型应履行的作战任务对模型进行分解，实现模型自顶向下的分层表示，该方法更加适合非仿真和测试专业领域的用户，使模型的分解工作更加方便入手。同时从用户的角度，直接从需求的模型功能入手对模型进行测试，使测试工作更加直接高效。

实验中应注意，本文介绍的模型测试方法是针对特定级别的仿真，故对各层次模型测试时，有其自己的侧重点：

动作性任务的测试，重点是对组件层各实体模型对应的能力参数的测试。

次级子任务测试中，测试的重点是模型的机动力以及上述组件层模型的装配问题。机动力重点是模型在不同环境因素下的运行速度；而装配问题重点是组件层模型在实体装备中协同工作的能力，以及其在战场动态变化过程中各组件的产生与消亡问题。

图4 仿真模型与任务模型对应层次分解Fig.4 Decom position of themodel corresponding to the task decom position

子任务层和系统层模型测试的则是模型协同运行执行任务的能力，重点是交互。交互测试内容包括本方实体间的信息交互和敌对双方之间的对抗性交互，其中对抗性交互分两类，一是以武器系统为代表的火力硬毁伤，二是以干扰器为代表的非火力软毁伤，测试工作也许从不同的角度考虑。

4 结束语

对面向联合作战的作战仿真模型特点进行分析的基础上，总结了该类仿真模型可信性测试的重点、难点，提出基于任务分解的仿真模型测试方法，为这类模型的测试工作提供了一种实用的思路和方法。在后续的工作中，将对特定模型可测的参数类型分类以及不同类型参数的测试数据统计方法和处理方法进行相关研究，以期进一步完善对复杂系统仿真模型的测试方法。

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李 震 男（1990－），山东乳山人，硕士生，主要研究方向为信息系统测试。

姜本清 男（1965－），山东海阳人，教授，硕士生导师，主要研究方向为系统仿真。

Warfare Simulation Model Test Based on Task Decomposition

LIZhen1，JIANG Benqing1，YAO Ping2

（1.Institution of Information Fusion，Naval Aeronautical and Astronautical University，Yantai264001，China；2.No.91440 Troop of PLA，Beijing 102102，China）

The warfare simulation system has become an important tool for commander training and operation plan verification.Because of the large number ofmodels and the complexity of the interactions between models in such systems，the credibility test ofmodels is very difficult.A method based on task decomposition is proposed as an attempt to overcome the difficulties.The proposed test method can ensure focusing on special task requirements，so it is targeting and more efficient.A detailed description of themodel test frame and an example are given.

warfare simulation model；task decomposition；credibility test

TP 391.9

A