基于HLA的防空兵群作戰仿真系統設計＊

崔玉林 左 軍 羅玉華 田鳳明

（1.防空兵學院 鄭州 450052）（2.65571部隊 四平 136000）

1 引言

防空作戰作為現代戰爭的重要組成部分，對戰爭的進程和結局往往具有決定性影響。然而，由于地理環境、氣象條件、戰場電磁環境、參戰人員心理狀況等多種因素的綜合影響，導致防空作戰的結果帶有很大的隨機性，很難通過某幾次防空演習評估防空作戰的效能。為了能夠快速有效評估防空作戰效能，目前各國普遍采用的做法是開發具體的作戰仿真系統，通過在計算機系統中模擬多種復雜因素并在多次重復實驗中得出較為可靠的效能評估結果。HLA（High Level Architecture）技術是實現分布式仿真系統的核心，作為一種軟件體系結構，HLA為仿真應用的開發者提供了構造和描述仿真應用的通用框架，支持仿真應用之間的互操作和仿真部件的可重用，其通過運行支撐環境RTI（Run－Time Infrastructure）提供通用的、相對獨立的支撐服務程序，將仿真應用同底層的支撐環境分開，從而使各部分可以相對獨立的開發。本文基于HLA技術框架，設計開發防空兵群作戰仿真系統，著重分析聯邦成員的構成以及對象類／交互類的設計。

2 系統想定

防空兵群作戰仿真系統旨在基于HLA／RTI，在局域網內構建一個滿足防空兵群作戰模擬需求的人在回路的分布式仿真環境，主要模擬不同環境條件和戰斗配置下空地對抗過程，由人的決策控制地面防空力量的使用，并根據仿真結果評定地面防空系統的作戰效能。其主要功能包括：

1）擁有清晰的態勢顯示系統，能夠動態顯示空地對抗過程；2）能夠模擬不同戰場環境、氣象條件、地理因素對對抗過程的影響；3）設置不同戰斗配置，仿真不同戰斗配置下的對抗過程；4）對防空作戰結果進行效能評估，輸出評估結果。

圖1 系統作戰仿真過程順序圖

系統仿真運行時，首先由仿真聯邦管理成員初始化，啟動仿真運行，并產生模擬空情和環境參數信息；由雷達聯邦成員發現并跟蹤空襲兵器，并將空情傳送給群指揮所，群指再將作戰命名和火力分配指令下發至高炮營聯邦成員和導彈營聯邦成員，完成整個空地對抗過程；整個仿真過程由態勢顯示聯邦成員在屏幕上顯示并由分析評估成員評估仿真最終結果。系統作戰仿真過程順序圖如圖1所示。

3 系統聯邦設計

在此分布式仿真系統中，按功能共設計五個聯邦成員，分別為防空兵群聯邦成員（虛線框所圍部分）、空襲兵器聯邦成員、戰場環境聯邦成員、運行控制聯邦成員、態勢顯示聯邦成員。如圖2所示。

圖2 仿真聯邦邏輯結構圖

1）運行控制聯邦成員：運行控制聯邦成員負責聯邦執行的創建，初始化聯邦成員，產生模擬空情，控制整個聯邦的開始、暫停和終止；

2）戰場環境聯邦成員：戰場環境聯邦成員負責各種戰場環境的管理，包括地圖信息的導入、模擬一定的電磁環境和氣象條件；

3）空襲兵器聯邦成員：空襲兵器聯邦成員負責更新空襲兵器狀態，并完成對地面目標的選擇和打擊；

4）態勢顯示聯邦成員：態勢顯示聯邦成員以三維視景的方式顯示作戰模擬的戰場環境、地形地貌、戰斗配置以及空地對抗過程，并以對話框的形式顯示作戰指揮過程。

5）防空兵群聯邦成員又由下面幾個成員組成：

（1）警戒雷聯邦達成員：警戒雷聯邦達成員負責發現空襲兵器，將空情信息傳遞給群指揮所。

（2）群指揮所聯邦成員：根據實時空情、電磁環境以及地形氣象條件，由群指揮員定下作戰決策，并將作戰命令下發至各個戰斗單元。

（3）高炮（導彈）營聯邦成員：高炮（導彈）營聯邦成員根據群指揮所下達的作戰命令，選擇合適時機完成對目標的打擊，并將戰斗情況上報于群指揮所。

4 FOM／SOM開發設計

在HLA的OMT（對象模型模板）中，定義了兩類對象模型。一類是描述仿真聯邦的聯邦對象模型（FOM），其主要目的是提供聯邦成員間用公共的、標準化的格式進行數據交換的規范，它描述了在仿真運行過程中參與聯邦成員信息交換的對象類、對象類屬性、交互類、交互參數的特性；另一類是描述聯邦成員的成員對象模型（SOM），它描述了聯邦成員可以對外公布或需要訂購的對象類、對象類屬性、交互類、交互參數的特性，這特性反映了成員參與聯邦運行時所具有的能力。

4.1 對象類設計

該系統仿真運行期間涉及到的仿真對象主要有群指揮所、高炮營、導彈營、警戒雷達、空襲兵器、空襲導彈，這些仿真對象在系統運行期間進行數據的更新與交互。因此，對象類的設計也是基于這些具體的仿真對象，具體包括群指揮所類（GroupCommandPost）、高炮營類（GPBattalion）、導彈營類（MissileBattalion）、警戒雷達類（Radio）、空襲兵器類（Aircraft）和地空導彈類（AirToGroundMissile）。

根據各類之間的具體屬性，抽取共有的屬性設計出共同基類Object類、作戰單元基類CombatUnit類以及飛行物基類FlyingObject類，以便于其他類繼承，增加系統的可擴展性和可重用性。系統對象類之間的繼承關系如圖3所示。

圖3 對象類繼承關系

4.2 交互類設計

在HLA中，交互是指一個成員中的某個或某些對象產生的，能夠對其他成員中的對象產生明確影響的動作，交互類的設計關系到聯邦成員之間信息交互和互操作的能力。本系統在設計交互類時需要充分考慮系統為完成特定功能所需的信息交互，其具體包括以下幾個方面的內容：

1）實體對抗過程中，武器發射的交互，例如，高炮營發射炮彈、導彈營發射導彈以及空襲兵器發射空地導彈；

2）警戒雷達發現目標后需向群指揮所發送空情信息；

3）在完成對空打擊過程中，群指揮所需要不間斷地向作戰單元發送射擊指令和目標分配指令；

4）地面作戰單元也需要及時將戰斗狀況報告群指揮所，即匯報戰斗情況。

根據以上分析，本系統設計的交互類包括：空情信息交互（WarningMessage）、目標分配交互（FireAssigned）、射擊指揮交互（Command）、信息上報交互（Report）、高炮發射交互（GPFire）、導彈發射交互（MissileFire）。同樣，抽取共同屬性，設計共同基類InteractionClass，發射基類Fire。如圖4所示。

圖4 交互類的繼承關系

4.3 公布／訂購關系

聯邦成員通過公布／訂購和自己相關的對象類、對象類屬性以及交互類，達到更新屬性值、獲得自己感興趣的數據的目的，支持系統完成仿真功能。本系統對象類和交互類的公布／訂購關系如表1所示。

表1 對象類和交互類的公布／訂購關系表

5 結語

本文提出了基于HLA的防空兵群作戰仿真系統的框架體系結構，闡述了HLA的設計思想和開發過程，旨在構建一個高效的、具有良好擴展性的防空兵群作戰仿真系統，以便評估防空兵群作戰效能以及輔助指揮員進行作戰指揮訓練。

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