某預警雷達對抗推演系統設計與實現

摘 要： 研究關于某預警雷達對抗推演系統的設計與實現的兩個問題。為了提高推演系統聯邦成員內部可重用性，實現系統模型的健壯性和可擴展性，解決聯邦成員設計中普遍存在緊耦合性問題，應用軟件模式設計了一種基于仿真邏輯的組件模型。經系統開發實踐證明，該模型可實現系統仿真邏輯與集成邏輯的分離，提高系統的可重用性，提高開發效率。此外，該系統實現時應用了一種HLA/CORBA混合結構，綜合提高了系統能力和性能，如分布交互能力、安全性。

關鍵詞： 作戰推演； 雷達對抗； HLA； 組件技術

中圖分類號： TN953?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）17?0023?04

0 引 言

作戰推演系統可用于軍隊指揮員和裝備操作人員的訓練，加深對電子戰概念、理論、戰法的理解，分析和掌握電子對抗系統的科學運用方法。研究作戰推演系統具有非常重要的軍事意義和價值。

為了增加系統的可重用能力，考慮系統可擴展性，某預警雷達對抗推演系統設計應用了分布式仿真的高層體系結構（High Level Architecture）。但HLA仿真系統還存在著一些可完善改進的情況，如聯邦成員內部對象的可重用性沒有充分研究與設計；HLA/RTI規則與接口很復雜，初學者掌握RTI接口的周期長、投入的精力大；缺乏有效的工具支持開發。針對這些問題，雷達對抗推演系統在基于HLA的標準上應用組件化技術，設計一種雷達對抗領域組件模型，并致力于實現基于組件的開發規范與工具，目的是提高系統聯邦成員的可重用性，提高開發效率。

考慮未來實現跨區域分布式仿真訓練的需求，需進一步提高系統的綜合性能，為此，在采用了HLA基礎上，本文研究一種HLA/CORBA互聯模式，實現分布仿真模型的遠程互聯互操作，提高系統網上訓練的安全性與交互能力。

1 雷達對抗過程與系統軟件功能

雷達對抗過程包含兩個階段：預警偵察階段與雷達干擾階段。雙方交戰過程如圖1所示。在預警偵察階段由某預警雷達對進入其探測范圍的偵察飛機進行探測，而偵察站對預警雷達實施雷達信號偵察。在預警雷達飛機平臺進入信號偵察范圍后，偵察站模擬分系統向指揮席位報告，由指揮模擬分系統情報綜合處理分析后，進行敵我識別、目標判別。如果是敵方目標，向首長請示后，紅方指揮系統下達干擾命令。根據雷達對抗過程，該推演系統在結構上包含了三個分系統。第一分系統負責管理對抗過程、支撐系統運行的導控分系統；第二分系統承擔訓練指揮能力的任務，由模擬預警雷達對抗分隊、偵察飛機以及目標探測雷達的模擬平臺組成；第三分系統包括某預警雷達模擬平臺及其飛行平臺。

某預警雷達對抗推演系統開發需求包括業務功能需求和系統輔助需求兩類。業務需求是針對受訓對象的作業內容其系統需具備的能力，如指揮員指揮與控制的命令系統、參謀人員作戰標圖的標圖系統、作戰參謀的文電處理系統等內容。除此之外，系統還需要完成某預警雷達、雷達飛行平臺、干擾站等對抗要素的裝備模擬。系統輔助需求包括系統監控、對抗結果評估與仿真過程管理。系統各節點通過軟件通信中間件進行交互通信；每個分系統的軟件模塊配置項根據席位角色實現按需所配。

系統軟件模塊體系結構視圖如圖2所示。

2 組件化系統設計

HLA仿真系統各聯邦成員普遍存在著內部緊耦合問題，為了提高聯邦成員內部對象的可重用性，本文提出的雷達對抗推演系統定義了四類基本模型的組件服務，包括仿真過程（ISimulationProcess）、仿真實體（Simulation Entity）、仿真消息（Simulation Message）與時間管理（Time Manage Service）。

ISimulationProcess與HLA聯邦（Federate）相關聯，具備負責管理仿真過程的作用。圖3描述了聯邦成員內部的UML類圖，其中，仿真邏輯類單獨抽象出一個組件接口ISimulationProcess，可以與其他通用組件接口區別開，如安全組件服務、日志組件服務等。CFederateBase對復雜的HLA六大類函數進行了進一步抽象，對接口進行了進一步封裝，隱藏了RTI實現的復雜代碼。

Simulation Entity類描述了客觀世界中具有行為與屬性的真實實體，與HLA對象類（Object Class）對應。例如，在雷達對抗仿真系統中指的是某預警雷達、載機、偵察站等對象。雷達對象組件模型UML圖如圖4所示，該組件模型運行離不開仿真過程組件。所有的對象類處理先要經過仿真過程處理，然后分發給仿真對象處理。仿真對象組件模型由組件接口自動生成，該組件接口可以由對象類定義。生成的代碼包括：組件（Radar）、組件工廠（RadarHome）和一個回調接口（RadarCallback）。組件工廠負責仿真對象的管理。當組件創建的時候，組件注冊到RTI，同時，其他組件工廠發現新的實例，并且創建本地描述。

Simulation Message與HLA交互類對應，為推演系統中的瞬時對象建模，主要包括指揮命令和情報兩類信息。

圖5為仿真消息組件的UML類圖，該組件服務與HLA中的交互類相對應，它的運行與處理RTI交互雷達仿真過程組件關聯著，包括三個類：數據容器（RadarInfo）、一個回調接口（MessageReceiver）與通用的消息服務（MessageService）。

Time Manage Service提供了控制仿真時間的基本設施，包括設置仿真循環之間的邏輯時間間隔、按墻上鐘時間步伐進行仿真、設置前綴量等服務。時間服務是對HLA/RTI的時間管理進行抽象，并且對RTI的時間管理函數進行調用。

3 基于HLA/CORBA混合模式的系統實現

為了在廣域網上實現遠程訓練，進一步提高HLA仿真系統的網絡互聯能力，該雷達對抗推演系統實現采用了HLA/CORBA混合結構，具體實現原理如圖6所示。首先，HLA服務請求與響應通過通信ORB發送到本地的RTI服務器，CORBA?HLA代理類使用IDL Stub（箭頭1）發送HLA請求到ORB（箭頭2），這一步實現需要轉換數據格式（對象序列化成字節或者字符串）。其次，服務請求由從客戶端發送到服務端（箭頭3），在服務端Skeleton接受請求，激活CORBA?HLA服務類程序，該服務類程序調用RTI實現程序（箭頭5）。該解決方案使得聯邦成員不需要本地RTIAmbassador實現，可以利用RTI服務器上提供的RTI實現，同時使得整個應用具有位置和平臺的透明性，并且隱藏了HLA接口的復雜性。

該混合結構實現如圖7所示。

CORBA?HLA代理類實現了HLA接口，利用IDL Stub發送HLA消息請求到CORBA?HLA服務器類，CORBA?HLA服務器需實現一個可與RTI服務器交互的接口類。IDL接口可通過編程自動生成客戶端Stub與服務器端Skeleton，它們驅動HLA請求和響應。

系統硬件體系結構如圖8所示。

其中，模型服務器配置可運行的獨立組件模型，如機載雷達模型、干擾設備模型、偵察設備模型等，各演練席位運行著各模型的代理和人機交互界面。其實現了的某預警雷達界面如圖9所示。

CORBA實現采用了美國華盛頓大學的ACE/TAO項目。該CORBA實現具有開源、免費、性能強大的特點。

4 結 語

本文設計的推演系統在基于HLA基礎上，針對聯邦成員內部對象的可重用性問題，采用軟件設計模式與框架技術，設計了具有可重用性較高的領域模型與系統集成框架，為推演系統中聯邦成員與RTI之間的解耦提供了一種解決方案，進一步提高了整個系統的靈活性與開發效率，為快速高效開發系統奠定了基礎。為了集成遠程仿真資源，提高模型遠程交互能力，推演系統實現應用了一種基于HLA/CORBA混合模式結構，借助CORBA能力，提高了系統的安全性和交互能力。下一步研究將針對組件的設計和開發，研究平臺級仿真系統的開發工具或者平臺，完善系統實現。

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