水聲對抗系統仿真體系架構分析

潘 悅，皇甫立，韓 澎

(水聲對抗技術重點實驗室，中國船舶工業集團公司 船舶系統工程部，北京100036)

0 引 言

隨著反潛戰技術和裝備的不斷發展，水下作戰平臺在戰場上將面對多種反潛平臺，如反潛飛機、水面艦艇、潛艇、水下監視系統共同組成的立體反潛網的警戒探測和魚水雷武器的攻擊。反潛機具有非常高的速度和靈活的機動性，并配備吊放聲吶、聲吶浮標等多種探潛手段，可攜帶空投魚雷對潛實施攻擊，水面艦艇和潛艇配備越來越多的艦殼聲吶和拖曳聲吶，以提高對水下平臺的探測能力，新型魚雷不斷出現且反對抗能力不斷增強。在海戰中水下平臺如何綜合利用各種傳感器獲得威脅目標的信息，并充分考慮水下聲信道傳播的復雜性，評估本平臺受到的威脅程度，根據本艇的防御武器情況，采取何種對抗措施以達到最佳的反探測和防御效果，在對抗與反對抗的過程中不斷發展和提高系統的能力，這些問題均是水聲對抗系統技術需要解決的主要問題。

水聲對抗系統仿真應能為開展水聲對抗系統、水聲對抗器材關鍵技術以及相關技術的論證、設計開發、仿真測試和驗證、性能評估提供高效的研究環境。由于水聲對抗系統仿真具有對抗平臺、對抗目標和需仿真研究的關鍵技術多種多樣的特點，因此水聲對抗系統仿真的體系結構應能支持在每種不同仿真任務下靈活地構建仿真系統，同時由于系統仿真是一項長期的有繼承性的工作，需能較好地集成和利用已有的模型或模擬器，并具有良好的可擴展性和系統管理功能。

1 水聲對抗仿真體系架構分析

1.1 仿真研究環境組成

水聲對抗系統技術仿真研究環境主要由本平臺水聲對抗仿真平臺、對抗目標仿真平臺、水聲對抗仿真支撐平臺構成。本平臺水聲對抗仿真平臺主要由本平臺傳感器、信息處理、指揮控制、水聲對抗器材和武器發控的各模擬組件等組成;對抗目標仿真平臺主要由潛艇、水面艦或反潛飛機及其傳感器、信息處理、指揮控制、武器發控、魚雷，水下警戒系統或網絡的模擬組件等組成;水聲對抗仿真支撐平臺主要構成包括導演臺、時統、數據庫和模型庫、仿真系統構建及運行管理設備、記錄評估設備、仿真系統網絡及三維視景演示設備等。

1.2 體系架構需求

水聲對抗系統仿真根據仿真的目的可分為2 種，一種是為系統及其關鍵技術和產品開發服務的實時精細仿真，參加仿真的可能是實際系統和設備的實物或半實物;另一種主要是基于數學和邏輯模型的效能仿真和過程仿真，主要目的是對系統效能和過程的合理性進行仿真，對仿真的裝備的實際處理程序并不關心，而主要關心的是參加仿真的成員的性能和信息交互。上述2 種類型的仿真在體系架構上都有各類仿真數據、模型、模擬器、平臺的互操作性、重用性等的共性需求，但第一類實時精細仿真具有更高的需求，這類仿真實時性要求高，在仿真體系架構上需能支持裝備中常用的Vxworks 等實時操作系統，支持跨操作系統、跨平臺的分布式信息交互，同時在部分仿真任務中存在系統動態構建和重構的需求。在水聲對抗系統仿真這一需長期建設和研究的項目中應盡可能地選擇成熟的、主流的商業標準和軟件工具。本文提出了建立基于CORBA 標準的系統集成管理平臺仿真環境和基于HLA 標準的協同仿真平臺環境，使用相應的工具軟件，以滿足水聲對抗系統技術研究的不同仿真需求。

1.3 基于CORBA 標準的系統集成管理平臺的體系架構分析

信息管理中間件簡化和優化了平臺和上層應用之間的接口，在建立一系列規范的基礎上，能有效保證在目前分布式系統的研制模式下，不同研發單位的研制產品能方便地集成到新的系統中來。

基于CORBA 標準的系統集成管理平臺具有組件管理、封裝、調試和部署等功能，可以實現跨軟硬件環境的互操作，建立信息的訂閱/發布方式，進行特殊通信協議的包裝，滿足實時性任務的需求，提供了不同操作系統之間的優先級映射機制，提供了連接和線程處理的優化處理策略，能滿足組件級別的動態重構，并可根據負載狀況，進行任務的動態重構，從而實現資源的合理應用和系統負載平衡。應用基于CORBA 標準的系統集成管理平臺的系統體系架構示意如圖1所示。

圖1 基于CORBA 標準的系統集成管理平臺的系統體系架構Fig．1 System structure of integrated wanagement platform based on CORBA

采用該體系架構的益處有:

1)使用面向組件、面向對象的開發方式，使軟件復用得以最大限度的實現。

2)使應用邏輯與功能實現擺脫緊耦合的關系，使系統的設計者可以將重心放在對系統流程設計上，而不需要關心功能模塊的運行位置。

3)可以實現任務重構和負載平衡，以及實現任務的運行位置遷移，從而根據負載狀況，進行任務的重新分配，實現負載平衡。

4)避免冗余信息的發布，而且使通信雙方做到了透明通信。

5)實現即插即用功能，任何一個新加入的組件，只需在組件信息管理器中注冊即可加入到系統中，不會影響到已有組件。

1.4 基于HLA 標準的協同仿真平臺的體系架構分析［1］

協同仿真平臺是一個支持并管理分布、異地的團隊，采用協同仿真技術完成艦艇武器電子系統分析、可視化建模、調試、運行、評估活動集成的應用軟件套件，是基于并行工程理念，將管理、技術、人三者之間進行有機集成，用來管理復雜產品及其設計過程的整個生命周期，支持采用多學科虛擬樣機技術進行產品創新設計，以縮短研制周期，降低研制成本與研制風險，提高研制質量。

基于HLA 標準的協同仿真平臺具有7 項主要功能:仿真項目管理、高層建模功能、仿真運行管理、仿真可視化功能、仿真評估功能、仿真模型管理功能、與其他商用工具集成的功能。

采用該體系架構的益處有:

1)建立了1 套較為完整的協同仿真開發模式。

2)提供了1 套覆蓋仿真全生命周期的協同仿真建模、測試、運行和評估的可視化的工具集。

3)系統分析人員和編程人員可有效分離。

4)可最大限度地支持數學模型、仿真模型、模擬器、仿真系統及仿真支撐系統的重用。

5)基于仿真引擎，封裝了HLA 接口和對象類/交互類實現代碼，用戶不需HLA 編程，只需要編寫具體的功能實體，減少了編程工作。

基于HLA 標準的協同仿真平臺進行水聲對抗系統仿真的系統基本構成示意如圖2所示。

圖2 仿真系統基本構成Fig．2 Component of simulation system

1.5 應用分析比較

通過上述分析，基于CORBA 標準的系統集成管理平臺和基于HLA 標準的協同仿真平臺都是很好的應用仿真工具，均解決了系統仿真所關心的模型重用、仿真系統集成和管理等問題，為系統仿真提供了良好的體系架構，由于二者基于的標準不同，因此不可能在1 套仿真系統中共存。基于CORBA 標準的系統集成管理平臺由于具有支持實時操作系統、動態重構和負載平衡等功能，適用于為系統及其關鍵技術和產品開發服務的實時精細仿真，當然也可以用于效能和過程仿真;基于HLA 標準的協同仿真平臺雖然不具備基于CORBA 標準的系統集成管理平臺上述功能優勢，但在支持系統仿真的全生命周期的高層建模、測試、運行和評估方面建立了比較完整的工具集，為用戶進行基于數學和邏輯模型的效能仿真和過程仿真提供了多種有效、便利的仿真條件。

2 結 語

選擇合適的系統仿真體系架構及其工具軟件，對水聲對抗系統技術的仿真研究具有事半功倍的作用。在仿真環境建設和開展系統仿真研究中，基于CORBA 標準的系統集成管理平臺和基于HLA 標準的協同仿真平臺均適用于水聲對抗系統仿真，可在不同的仿真任務中發揮重要作用。同時二者都在向商業化軟件方向發展，其工程化程度在不斷提高，將為系統仿真提供更完善的服務，發揮更大作用。

［1］倪正，劉武平．基于HLA 潛艇武器系統仿真建模研究［A］．慶祝建部三十五周年科技論文集［C］．船舶系統工程部，2005．