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分布式虚拟现实仿真在电子对抗中的应用
2010年8月8日    评论:    分享:

    作者:卢剑奇 赵拥军    (信息工程大学 信息工程学院 郑州 450002)

 

    【摘要】本文阐述了分布式仿真在现在电子对抗中的重要作用。对当今的技术热点-通过高层体系结构(HLA)进行了分析,并结合它在雷达电子战仿真系统中的应用,对现代电子战仿真系统的发展趋势进行了展望。

 

    1.概述

 

    当今世界网络技术、微处理器技术、实时图像生成技术等使能技术飞速发展,在军事领域协同作战训练和国防领域新武器系统研究和开发的需求牵引下,美国国防高级研究计划局和美国陆军1993年共同制定了SIMNET 计划,将分布在各地的仿真器通过计算机网络连接起来,完成各种复杂任务的训练和对下一代作战系统进行概念研究和评估。这种联网仿真技术随后发展成为分布式交互仿真技术(DIS),并成为国际标准(IEEE Std 1278.X)

 

    DIS 定位于平台级的实时仿真,适用于战术级的仿真;对于战役、战略级的仿真则定义了聚合级仿真协议(AISP)

 

    2.高层体系结构

 

    HLA 的基本思想就是使用面向对象的方法,设计、开发及实现系统不同层次和粒度的对象模型,来获得仿真部件和仿真系统高层次上的互操作性与可重用性。

 

    灵活性对于一个仿真体系结构来说是非常重要的。它必须具有在不同环境下选用不同开发语言的能力,同时还要满足各个组成部分之间的互操作性和重用性。HLA 引入了面向对象的观点,通过建立各联邦成员(SOM)的仿真对象模型,将仿真系统内部的功能抽象成该成员与外界进行信息交换的标准接口。然后在此基础上建立联邦对象模型(FOM),从而建立各联邦成员之间信息交换的标准接口。HLA 引入了运行时间支撑结构(RTI,借助于FOM,通过联邦成员的HLA 接口明确地将联邦成员的仿真应用模型、仿真支撑功能和数据分发与传递服务分离开。因此,在原有系统改变较大的情况下,新的仿真系统与原有仿真系统仍然能够进行连接。其灵活性表现在以下几个方面:

 

    ①适用于所有类型的仿真,包括虚拟仿真、构造仿真和跟真实系统的接口。

 

    ②适用于所有目的的仿真,包括训练、分析、采办和联合试验等。具体的说,采用HLA 可能开发的应用有:用于分析的仿真、战术级的训练仿真、训练靶场的接口、真实武器系统和C4I 系统的接口、测试和评估靶场的接口、工程级仿真和制造业仿真。

 

    ③组成 HLA 联邦的各联邦成员既可基于现有的仿真/仿真设备进行改造、重用,又可完全重头开发,最终是基于联邦或联邦成员的“重用”来开发新的联邦。

 

    RTI 主要包括三个组件:RtiExecFedExec LibRTI,它们可以运行在单独的一台工作或任意复杂的网络上。HLA 接口规范定义的LibRTI 向成员提供的服务以及成员向联邦承担的责任,如表1 所示: 

表1 联邦管理分类
表1 联邦管理分类
 

    经过不断完善处理,HLA 的规则、接口规范、对象模型已经在2000 年被IEEE 正式定为IEEE1516IEEE1516.1IEEE1516.2 标准。与此同时,DMSO 改进了HLA,使DoD 仿真中软件的互用性能得到了改善。

 

    3.高层体系结构在电子对抗仿真中的应用

 

    现代战争是信息化的战争,电子对抗发挥着极其重要的作用,它能造成敌方雷达迷盲、通讯阻塞、控制失灵、指挥瘫痪,并与火力打击相配合摧毁敌方的电子设备。电子对抗的复杂性和对作战环境的依赖性决定了单纯依靠实战数据来考察其作战效率是非常困难的。因此,一种切实可行且灵活便捷的方法-分布式仿真就起到了重要的作用。

 

    分布式交互仿真为实现电子战的仿真提供了一种良好的支撑环境。它通过相关的工作环境(如地形、海洋、大气和空间)和实时交换协议数据单元(PDU),建立了一个无缝的虚拟环境。采用HLA 便于系统的扩充、模型的重用以及仿真之间的互操作。因此,雷达电子战仿真系统的体系结构采用高层体系结构(HLA)。结构如图1 所示。

图1 仿真与评估系统总体结构
图1 仿真与评估系统总体结构

    3.1硬件系统

 

    它的硬件系统由多台不同功能的计算机组成,采用以太网构成分布式计算机网络,其中包含了若干个硬件配置项(HWCI)。各个组成计算机的功能是为运行在其上的软件配置项提供运行及操作显示平台、通信接口及数据存储介质,支持各软件配置项各自的功能性要求。HWCI 有:REWS/MSC 主仿真计算机、REWS/SDC 二维态势显示计算机、REWS/MDC 三维显示计算机、REWS/RDC 雷达显示计算机、REWS/CDC图表显示计算机等等。

 

    3.2软件系统

 

    软件系统体系结构共分为五个子系统:控制与仿真软件子系统、数据库系统、仿真评估子系统、视景仿真子系统和实体仿真子系统。其体系结构可以分为四大类:

 

    ⑴系统软件。管理并运行计算机系统资源的软件,其中包括Windows NT 操作系统、数据库管理系统和网络管理系统以及HLA 的运行支撑系统RTI

 

    ⑵支撑软件。用于帮助和支持仿真软件开发软件系统。其中包括Visual C++HLA 开发支撑软件simBuilder、地理信息系统工具软件、三维建模软件MultiGen、视景驱动开发软件Vega 以及Power-BUilder 等。

 

    ⑶试验支撑软件。用户自行开发,直接用于支持仿真试验。包括了仿真模型库、算法库、战情库、实际装备库、目标与载体库、地理信息库等等。

 

    ⑷试验应用软件。专门用于实现雷达电子战仿真试验并起主导作用的软件。主要包括:管理与控制软件、战情设计软件、雷达仿真软件、侦察仿真软件、干扰仿真软件、目标与环境仿真软件、武器仿真软件、数据处理与评估软件、数据库管理与应用软件、雷达显示软件、电子作战效果显示软件、图表显示软件和视景仿真软件。

 

    3.3数据库系统

 

    数据库系统是分布式仿真系统的重要组成部分,其主要任务是存储和管理雷达电子战仿真的数据,为整个系统提供一个方便有效的存取数据信息的环境,并完成对各种数据库数据的录入、修改、查询、统计等工作,完成全系统数据库的安全管理、数据备份与恢复等工作。

表2 数据库系统组成表
表2 数据库系统组成表

    3.4视景仿真系统

 

    雷达电子战系统中的视景仿真系统是为了全面表现雷达电子战系统的试验态势以及对抗结果的。因此,视景仿真系统不仅要表现出雷达电子战试验的真个战场或对抗态势,同时又要表现出雷达电子战系统试验环境下雷达装备、雷达对抗装备以及各种其它电子作战装备的状态及其变化的过程,同时还要表现出各种装备的对抗结果,从而能够直观地反映出电子对抗的全过程。

 

    4.JADS电子战测试描述

 

    联合高级分布式仿真(JADS)电子战(EW)测试系统是第一个采用HLA 建立的高性能的测试和评估(T&E)联邦。

 

    4.1联邦设计

 

    JADS 测试使用的联邦成员包括两类:“回放”成员和“通过”(网关)成员。回放成员采用具有通用目的的、HLA 兼容的、设计用来在仿真运行的合适时间向联邦公布由“数据脚本”预先定义的“属性和交互”数据的软件工具实现。

 

    通过成员是具有特殊目的的网关,它使用与回放成员相同的软件实现。差别是该类成员在“公布数据”时不是使用“数据脚本”,而是公布来自“基于PC 的模型”或“分析工具”的数据。通过成员不是一个通用目的的网关,因为基于PC 的软件(模型或分析工具)跟其他的成员软件通过唯一的通信结构(R17)进行通信(通过功能是单独进行兼容性测试的)。在EW 联邦中,通过成员负责公布由运行在PC 机上的应用软件产生的数据,并把从JADS 联邦“定购”的数据传送给PC 应用软件。通过成员包括“干扰机/DSM 侧试控制设施(TCF)”等。

 

    4.2联邦配置

 

    JADS 用来详细记录联邦需求的主要工具是联邦运行规划者工作手册(FEPW)JADS 联邦接口控制文档(ICD)o ICD 给开发者提供除FEPW能记录之外的关于联邦成员的属性、交互、计算机、通信设备/软件和所需的RTI 服务的更详细的细节。

 

    JADS 联邦只使用RTI 提供的服务的一部分:没有使用时间管理服务因为联邦在实时状态下运行;也没用数据分发管理(DDM),因为对象的数目很少;没有使用对象的所有权转换,因为剧情不需要该能力。该联邦运行的结果充分表明了采用HLARTI 的基于JADS 的测试是完全可行的。

 

    5.结束语

 

    目前国内外对分布式仿真的研究和应用相对成熟,高层体系结构是分布式仿真的发展方向。作为分布式仿真的热点,HLA 还将在各种系统仿真中发挥越来越大的作用。

 

    作者简介

 

    卢剑奇 1981 年出生,四川成都人,硕士研究生。主要研究方向为信号处理。河南省郑州市1001 信箱833 分箱3系研究生队,邮编:450002 Email: lujianqi2000@163.com

 

    赵拥军 1964 年出生,河南封丘人,解放军信息工程大学信息工程学院,副教授,硕士生导师。

 

    参考文献

 

    [1]王国玉,汪连栋.雷达电子战系统数学仿真与评估.北京:国防工业出版社,2004

 

    [2]RL.米切尔.雷达系统模拟.北京:科学出版社,1982

 

    [3]徐振东等.仿真应用中的高层体系结构(HLA)及其关键技术综述.计算机仿真 20015

 

    [4] Nicholas EKarangelen,“High Level Architecture for anAdvanced Distributed Complex System EngineeringEnvironment”.IEEE 1997

 

标签:分布式电子对抗军事
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