体系对抗仿真SEII 模型体系顶层框架探索

张斌 李瑞军

(复杂系统仿真总体重点实验室，北京100101)

1 引言

模型是对仿真对象的认知。体系仿真的模型设计，不仅是技术方法问题，更是怎么理解认识体系结构、演化规律、交互关系，并依据仿真相似性原理进行抽象提炼的问题。目前，模型体系框架是体系对抗仿真的热点，也取得较为丰富的成果［1-11］。但随着体系理论的不断发展和对体系认知的逐步增强，体系仿真的模型框架也会不断丰富完善。吸收借鉴模型体系框架研究现有成果，结合体系基础理论与联合作战理论研究最新进展，提出面向“体系结构(S:Structure)、体系演化(E:Evolution)与体系交互(I:Interaction)一体化(I:Integrated)”的SEII 模型体系顶层框架，进一步探索解决体系模型的组合化描述、体系演化模型的作战域描述和体系交互模型的高性能解算等方面问题。

2 模型体系顶层框架概念及意义

2.1 顶层框架基本概念

“框架(framework)”，一般是指用于进行复杂结构可重用设计的抽象概念结构，广泛用于软件工程等领域。从仿真角度来看，模型体系框架主要解决模型结构与组织等基础共性问题，以支撑仿真模型的广泛重用和快速继承。体系对抗仿真的模型体系顶层框架，是指以体系基础理论、作战模拟原理与仿真工程方法为指导，从顶层设计的角度，按照联合作战使用要求，对信息化武器装备体系对抗仿真所需模型体系的宏观分类、交互关系与模型组织等方面进行的总体约定与描述，为实现模型体系的组合构模与参量化建模等重用机制提供基础形态，是进一步提高体系仿真科学化水平与体系仿真系统建设效益，支撑保障体系级作战实验研究的基础条件，如图1 所示。

图1 模型体系顶层框架

顶层框架重点关注模型体系基本要素主要类别与层次，确定模型体系的宏观边界、模型体系交互逻辑模型体系类别间、层次间主要耦合交互关系模型体系组织方法模型体系框架实现可重用的基本原则与方法等三个方面的内容。

2.2 顶层框架主要特点

模型框架，是确保模型高效重用与模型一致性的基础性架构。顶层模型体系框架与其他类型的模型体系框架比较而言，具有如下特点:一是顶层宏观性，是从顶层设计的角度提出了武器装备体系对抗仿真所需模型对象宏观类别和模型构建基本原则;二是机理相似性，应突出反映模型对象的体系对抗本质机理，为开展机理模拟提供条件;三是深化扩展性，可依据应用需要，以顶层框架为基础，对模型类别领域不断丰富、对描述深度细化扩展，以支撑联合作战研究、装备发展论证、重大装备贡献率分析等不同需要进行的针对性拓展。

2.3 顶层框架主要作用

模型体系框架重点解决模型设计中的模型构成、交互及组织等基础共性问题。就武器装备体系对抗仿真而言，由于“体系对抗”仿真对象和“体系实验”仿真目的的特殊性，所带来的模型设计问题更加突出，主要体现在两个变化上:一是由系统到体系，建模对象的本质机理发生根本性转变，更加突出对体系内在机制和运行原理的描述;二是由简单到复杂，模型构成及组织的复杂度大幅提高，增加了仿真系统，特别是仿真模型体系建设难度。顶层模型体系框架研究，将针对体系对抗机理规律，结合体系理论研究成果与仿真技术发展，梳理体系级对抗仿真中模型体系架构的基本构成与构建方法，促进模型建设与应用能够高效满足各类体系实验的开展。

3 SEII 模型体系顶层框架

3.1 SEII 框架

SEII 模型体系顶层框架，是指面向“体系结构、体系演化与体系交互一体化”的模型体系顶层框架，主要从体系结构、演化规则和交互关系等本质属性出发，考虑武器装备体系组织结构、动态作战运用以及交互效果计算等模型体系属性和构建方法而进行总体性描述。

3.2 SEII 框架结构

模型体系顶层框架SEII，具有三域两层的结构化特点，如图2 所示。其中三域是指SEII 的三个描述域:主要包括D1 体系结构域描述子框架(Structure Field Description Framework)、D2 演化规则域描述子框架(Evolution Rule Field Description Framework)以及D3 交互计算域描述子框架(Interaction Rule Field Description Framework)。两层是指对每一描述领域进行概要表达的两个基本层级，包括L1 概略分类描述层和L2 领域细化描述层。

图2 “三域两层”基本架构

3.3 SEII 框架实现机制

该框架主要通过参数化和组合化机制来具体实现，主要包括五个方面，如图3 所示:一是自下而上由系统组合装备(兵力)，如水面舰艇由传感器、指控系统、通信系统、武器系统等各类系统组合而成;二是自点到网由装备构建体系，装备模型构建完成后，按照作战使用，通过通信关系、指控关系、作战支持关系建模，将独立装备模型向上聚合为体系模型;三是由少到多由型号扩展类型，完成了一型装备型号建模后，可通过修改性能及使用参数，快速完成新型装备建模，达到原模型在结构上的重用、参数上的替换。四是由静到动实现体系运转，通过规则模板的参数填制，形成各类作战计划与作战规则(包括装备(兵力)作战使用规则以及指挥控制规则等)，并加载到对应装备(兵力)实体模型上，驱动模型在对抗条件下的行为活动，构成体系对抗的整体演化。五是由单到双配对交互关系，按照作战交互关系，将各类装备进行配对，比如红方反舰导弹对蓝方水面舰艇的毁伤关系、命中概率、不同部位的毁伤概率;红方内部各装备或兵力通信系统间的通信关系、通信内容、成功概率等内容;各类交互模板参数，交互参数可根据未来作战使用要求或战技性能状态进行调整，支撑比较实验。

图3 框架的参数化／组合化实现机制

4 SEII 各子框架概述

4.1 体系结构域描述子框架

体系结构域描述子框架，主要用于描述武器装备体系、体系平台、功能系统、背景环境等内容，如图4 所示。体系构成平台，是指在武器装备体系中用于搭载各类功能系统的装备平台;体系功能系统，是指可在挂载于各类体系平台上的功能系统;体系关联关系，依托平台及其挂载系统间的作战组织关系进行搭建，如通信关系、指控关系、交战关系、保障关系;体系背景环境，是指武器装备体系运用的各类环境。

图4 体系结构域描述子框架概述

4.2 演化规则域描述子框架

体系动态演化规则子框架，主要用于描述武器装备体系演化过程中的作战计划以及单系统、多系统作战使用规则和规则优先机制等内容，如图5 所示。其中，单系统级行为规则主要描述装备实体的行为规则，如遭受攻击反应、威胁判断、平台自主行为等;体系级行为规则主要描述联合任务中武器装备体系中各装备的战术战役规则，如监视战术、攻击战术、自主战术等;规则优选准则则是武器装备选择系统级行为规则和体系级行为规则发生冲突时的优先选择原则。

图5 演化规则域描述子框架概述

4.3 交互计算域描述子框架

由于体系对抗仿真，涉及联合作战全系统全要素联动，模型交互频度激增。单一依托体系级仿真系统内设模型直接解算，计算量巨大。美军较为先进的大型作战模拟系统，为降低计算复杂度，同时提高仿真实验可信性，一般采用两种做法:一是与战术模拟、装备模拟、技术模拟仿真系统综合使用，由高分辨率系统计算通信、毁伤等方面少对少的交互效果，结果数据提供给体系对抗仿真系统直接使用;二是导入历史经验数据、作战统计数据和训练实验数据作为交互裁决依据。SEII 框架借鉴此机制，如图6 所示，在交互效果计算域描述子框架中设置交互裁决模板，主要包括探测效果交互、毁伤效果交互以及信息对抗交互以及通信成功概率等，将预先采集的各类交互数据(来自历史经验、军事训练、作战实验与作战专家等渠道)进行集中组织与管理，支撑体系仿真系统的交互模型解算直接调用。

图6 交互计算域描述子框架概述

5 结束语

模型是系统行为、过程、结构、关系的抽象表示，是运用仿真方法对实际已有或未来发展系统进行描述和实验的检验与设计。体系级仿真，突破了简单确定性系统和装备工程技术层次模拟的传统内容，重点以反映体系能力涌现、全系统全要素联动、各作战域铰链等体系运行规律，模型对象的核心机理发生本质转变，模型构成及组织的复杂度大幅增加。顶层框架研究，用来对模型体系领域范畴、建模机制、表述逻辑、组织原则等一些基础要素进行界定，以解决体系模型设计原理方法中的基础性问题和体系建模实践中的一系列共性问题，从而全面指导模型体系设计和建模工作的全面开展。本文所提SEII 框架，是关于体系仿真模型的一个初步探索，着力从结构、演化和交互三个方面刻画体系模型，并依托参数化和组合化建模来加以实现。目前该框架在描述粒度方面仍在丰富完善，不断提升服务模型体系设计工作的实际能力。

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