基于HLA的綜合電子戰仿真系統設計

遲嘉寧 吳 華 程嗣怡 鄧 健 孟躍宇

（1.中國人民解放軍空軍工程大學 航空航天工程學院，陜西 西安710038；2.中國人民解放軍93116 部隊，遼寧 沈陽110114）

0 引言

近年來幾場著名戰爭表明：綜合電子戰技術的運用直接關系到戰爭的主動權和勝負，但現實的戰爭是不可重復和預見的，因此作戰過程的模擬仿真就成為人們研究戰爭的重要方法[1]。 目前國內大多數雷達和電子戰仿真模型都是采用仿真語言或者高級語言編制的。受仿真語言和仿真體系結構的局限，傳統的綜合電子戰仿真軟件難以適應綜合電子戰系統和作戰樣式的多樣化和復雜化， 表現在可重用性差、用戶接口手段貧乏、模型參數與實驗參數混淆、模型層次不清、擴展性差等方面。

高層體系結構仿真HLA(High Level Architecture)是在美國國防建模和仿真辦公室(DMSO) 的指導下建立的支持構造仿真(Constructive Simulation)、 虛 擬 仿 真 (Virtual、Simulation) 和 實 況 仿 真(Reality Simulation)的綜合建模仿真環境，能提供一種集成各種仿真系統和功能模塊的接口標準和設計規范[2-3]。 HLA 是綜合電子戰仿真系統的首選仿真體系。本文基于HLA 建立一套綜合電子戰仿真系統，進行攻防對抗演示驗證。

1 系統總體設計

1.1 系統功能

1.1.1 空空對抗環境構建

系統能提供空戰環境，可以選擇雙擊或機群對抗模式，二維電子地圖和三維視景仿真場景能實時顯示戰場態勢，空戰戰場要素全面。

1.1.2 性能指標論證

裝備性能參數數據庫提供了人機接口， 可以方便地修改性能參數，系統通過與數據庫集成接口驗證各種性能參數，從而為性能指標論證提供依據，做到性能參數與戰術參數相結合、戰術參數確定性能參數的目的。

1.1.3 驗證綜合航電系統使用調度準則

仿真系統能夠提供綜合航電系統、機載武器系統、飛行控制系統以及與戰場環境的閉環仿真環境，通過想定編輯和數據記錄，分析航電系統的調度策略和戰場使用準則。

在裝備性能參數確定的情況下，仿真系統通過與想定數據庫的接口加載想定進行航電系統使用策略仿真推演，記錄實時數據事后分析講評，確定多樣化作戰環境下航電系統使用準則。

1.2 系統原理及組成

基于HLA 的仿真系統框架如圖1 所示。 整個仿真系統構成一個聯邦，聯邦中包含若干個聯邦成員，系統中完成獨立功能的各個仿真程序是以聯邦成員的形式存在的， 各個聯邦成員之間的交互通過HLA/RTI 進行[4]。

仿真管理成員負責仿真系統運行前的各種配置、仿真運行過程中視景系統顯示內容的切換以及對仿真運行開始、暫停、繼續、停止等的控制；仿真管理器為用戶提供了一個交互界面，上面有菜單、對話框以及按鈕、編輯框等控件，用于接收用戶的各種輸入、響應用戶的各種操作、將處理結果在界面上進行顯示并對仿真結果進行保存等，仿真管理器實現了對上述過程的統一管理。

圖1 基于HLA 的仿真系統框架

仿真建模成員完成各種仿真模型的構建，仿真模型庫用于存儲建立的各種仿真模型，仿真數據庫用于存儲生成的各種仿真數據。 視景仿真成員根據接收到的仿真數據，實現仿真過程的三維實時顯示。 仿真結果分析評估成員是對仿真結果進行分析評估， 得出分析評估報告，并根據需要生成圖表和曲線等。HLA 接口是按照HLA 規則開發的實現各成員間數據交互的程序接口[5]。

在設計出基于HLA 的仿真系統框架后， 還要解決以下幾個問題（如：聯邦成員的開發流程和方法、HLA 接口的開發方法、視景仿真系統的開發方法等），這樣才能最終實現上述仿真系統的各項功能[6]。

2 系統開發流程

該綜合仿真系統為機載機電設備通用仿真平臺，它應能進行不同型號飛機機電系統綜合仿真及同一型號飛機機電系統不同綜合控管策略的仿真試驗。 除系統想定庫外，各層駐留有相應的機載機電系統基本模型庫，指令層駐留飛行狀態庫、靜態任務分配算法庫；協調管理層駐留子系統控制管理庫、動態任務調度算法庫；執行層駐留子系統控制管理庫、子系統模型庫、子系統控制律算法庫以及實物信息數據庫。 各數據庫及其具體功能如下：

（1） 想定庫：：=<航線選擇><雷達使用策略><電子戰使用策略><機動策略>。

圖2 系統想定庫功能結構圖

（2） 飛行狀態庫：：=<狀態選擇><狀態初值><狀態參數><全狀態>。

圖3 系統飛行狀態庫功能結構圖

（3）任務分配算法庫提供典型的分布式系統靜、動態及混合任務分配算法，目的在于提供各種算法情況下的仿真結果，以確定實際系統最終調度方案。 指令層進行仿真初始算法設置，在仿真實例運行過程中調用其他層相應的算法模塊。

任務分配算法庫：：=<算法選擇><任務><任務冗余度><任務優先級><處理機數>。

圖4 系統任務分配算法庫功能結構圖

（4）子系統控制管理庫：：=<子系統><子系統當前狀態><管理策略>

（5）子系統模型庫：：=<子系統><子系統當前狀態><飛行環境>

（6）子系統控制律算法庫：：=<子系統><控制律算法>

（7）實物信息數據庫：：=<數據庫路徑><數據庫名>

可針對不同型號飛機設計相應的模型庫，即系統具有可擴展性和一定程度的開放性。子系統控制律、任務調度算法、故障診斷算法設計以及分布式數據庫管理是軟件設計的關鍵問題，需進行深入研究。

在基于HLA 的仿真聯邦中， 聯邦成員是實現仿真部件互操作和可重用的基本單位，因此必須弄清楚聯邦成員的開發過程。 在開發聯邦成員之前，首先要建立仿真系統的對象模型，在HLA 的OMT 中定義了兩類對象模型[7]：一類是描述仿真聯邦的聯邦對象模型FOM，它描述了仿真運行過程中將參與聯邦成員信息交換的對象類、對象類屬性、交互類、交互類參數的特性；另一類是描述單一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、交互類參數的特性，這些特性反映了成員在參與聯邦運行時所具有的能力。 在HLA 中， 對象模型規定用統一的表格OMT 來進行規范化的描述。

圖5 聯邦成員開發過程

在仿真系統的對象模型建立之后， 便可以進行聯邦成員的開發，其開發過程如圖5 所示。 聯邦成員是通過調用LibRTI 接口函數庫中的函數，完成整個仿真過程。 聯邦成員的開發過程包括:定義并初始化成員數據；創建聯邦執行；加入聯邦執行；獲取對象類及其屬性句柄；獲取交互類及其參數句柄；聲明公布/定購關系；確定成員的時間推進策略；注冊對象實例；更新和反射對象屬性值；發送和接收交互；請求時間推進；刪除對象實例；退出并撤銷聯邦執行等。

3 結語

基于HLA 的綜合電子戰仿真系統以經濟性、靈活性、高度適應性為綜合電子戰系統的設計驗證提供了支撐，能根據飛機在實戰中的作戰需求任務構建仿真驗證環境，從而實現對綜合電子戰系統技術指標的驗證和作戰使用準則的建立和確認。本文設計了一種仿真系統的總體結構和實現流程，對系統功能進行了仿真，并對結果作了進一步分析，為進行綜合電子戰仿真提供了一個有力工具。

［1］張宏軍，郝文寧，陳剛,等.作戰模擬系統概論[M].北京：國防工業出版社，2012,9.

［2］Symington S，Morse K L，Petty K.IEEE Standard for Modeling and Simulation(M&S) High Level Architecture (HLA)-Federate Interface Specification (IEEE Std 1516-2000)[S].[s.1]:Institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc，2001.

［3］張晨虓，王宜新，劉虎，等.作戰武器任務規劃仿真系統原型的開發[J].系統仿真學報，2010，22(11):2549-2553.

［4］周彥，戴劍偉. HLA 仿真程序設計[M].北京: 電子工業，2002.

［5］徐忠富，黃柯棣，王國玉，等. 基于HLA 的電子信息作戰訓練仿真系統分析與設計[J].系統仿真學報，2008，20(2):336-340.

［6］Xie X J，Wu Y Q.Robust model reference adaptive control with hybrid adaptive law[J]. Int J of Systems Science，2002，33(14):1109-1119.

［7］王雪松，肖順平，馮德軍，趙峰,等. 現代雷達電子戰系統建模與仿真[M].北京：電子工業出版社，2010.