基于DWK的艦載指控設(shè)備仿真模型建模研究?

陳志剛 張高峰

（91336部隊(duì) 秦皇島 066326）

基于DWK的艦載指控設(shè)備仿真模型建模研究?

陳志剛 張高峰

（91336部隊(duì) 秦皇島 066326）

基于數(shù)字武器開(kāi)發(fā)平臺(tái)，對(duì)艦載指控設(shè)備仿真模型進(jìn)行建模。給出了模型開(kāi)發(fā)思路，提出了基于DWK的艦載指控設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程，分析了設(shè)備的邏輯結(jié)構(gòu)，將設(shè)備劃分為各個(gè)功能部件，并對(duì)設(shè)備的各個(gè)功能部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)備模型的進(jìn)行開(kāi)發(fā)與測(cè)試。

艦載指控設(shè)備；數(shù)字武器開(kāi)發(fā)平臺(tái)；仿真模型；模型設(shè)計(jì)；部件

1 引言

艦載指控設(shè)備是一種具有高可靠性和實(shí)時(shí)性的復(fù)雜設(shè)備［1］，是整個(gè)作戰(zhàn)指揮過(guò)程的核心部分。在作戰(zhàn)仿真中，艦載指控設(shè)備仿真是整個(gè)艦載作戰(zhàn)仿真的“中樞神經(jīng)”［2～3］，是作戰(zhàn)信息處理中心和指揮員實(shí)施指揮的直接部位，承擔(dān)著信息接收與存儲(chǔ)、信息融合、威脅目標(biāo)指示等功能［4］。目前，隨著我海軍艦艇裝備的不斷更新和發(fā)展，艦載指控設(shè)備仿真軟件的開(kāi)發(fā)和研制面臨著需求不確定、應(yīng)用環(huán)境快速變化等諸多問(wèn)題［5］，系統(tǒng)的可移植性、可擴(kuò)展性以及互操作性變得越來(lái)越重要［6～7］。

本文基于數(shù)字武器開(kāi)發(fā)平臺(tái)DWK，將艦載指控設(shè)備劃分為各個(gè)功能部件，采用這種設(shè)計(jì)方法，對(duì)實(shí)現(xiàn)艦載指控設(shè)備中各功能模塊的通用化和并行化設(shè)計(jì)，提高設(shè)備的可擴(kuò)展性、可移植性，均有重要的意義。

2 基于DWK模型開(kāi)發(fā)思路

2.1DWK簡(jiǎn)介

2.2 模型開(kāi)發(fā)思路

在復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，組件技術(shù)是解決軟件重用和組合問(wèn)題的主流方法，艦載指控設(shè)備屬于典型的復(fù)雜系統(tǒng)，因此該仿真模型的開(kāi)發(fā)支持基于組件的開(kāi)發(fā)方法，以提高模型的重用性。

DWK開(kāi)發(fā)平臺(tái)由模型驅(qū)動(dòng)機(jī)制來(lái)控制，仿真模型設(shè)計(jì)與集成則基于組件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，仿真組件是仿真原子功能模型，封裝了實(shí)際的仿真業(yè)務(wù)邏輯。仿真組件可以采用運(yùn)行環(huán)境支持的任何編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)［10］。組件的實(shí)現(xiàn)獨(dú)立于輸入與輸出接口的綁定類型。組件按照功能劃分為算法組件、流程控制組件、狀態(tài)組件以及界面組件。其中算法組件在應(yīng)用過(guò)程中，通常表現(xiàn)為具體的仿真模型，艦載指控設(shè)備仿真模型組件隸屬于算法組件。

基于DWK開(kāi)發(fā)平臺(tái)，艦載指控設(shè)備仿真模型設(shè)計(jì)過(guò)程如圖1所示。

首先對(duì)模型進(jìn)行需求分析，然后分析系統(tǒng)的功能，其次對(duì)模型接口以及算法進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，最后完成模型的開(kāi)發(fā)及測(cè)試。

3 仿真模型功能分析

通過(guò)對(duì)艦載指控設(shè)備的需求進(jìn)行分析，艦載指控設(shè)備須包含以下功能：

1）信息融合功能；一是能夠?qū)⑼荒繕?biāo)經(jīng)多部雷達(dá)、紅外以及可見(jiàn)光探測(cè)設(shè)備生成的目標(biāo)航跡信息進(jìn)行相關(guān)、融合，生成本平臺(tái)目標(biāo)航跡信息（主航跡表）；二是能夠?qū)⒔邮盏降摹皵?shù)據(jù)鏈戰(zhàn)術(shù)情報(bào)消息”與本平臺(tái)探測(cè)到的目標(biāo)信息進(jìn)行融合處理，生成綜合的平臺(tái)目標(biāo)信息。

上世紀(jì)60年代中期，鈦合金已在一般工業(yè)中應(yīng)用，用于制作電解工業(yè)的電極，發(fā)電站的冷凝器，石油精煉和海水淡化的加熱器以及環(huán)境污染控制裝置等，鈦合金已成為一種耐蝕結(jié)構(gòu)的材料。昆鋼已具備鈦錠、鈦卷、鈦合金產(chǎn)品生產(chǎn)能力，如今正在加大科技投入，將鈦合金材料應(yīng)用到航空航天、醫(yī)療等高端領(lǐng)域。對(duì)鈦合金化學(xué)成分的檢測(cè)提出了新的要求，硅是鈦合金成分中比較常見(jiàn)的元素之一，對(duì)鈦合金中硅含量的測(cè)定也有了更快、更準(zhǔn)確的要求。

2）威脅判斷功能：基于主航跡表信息和數(shù)據(jù)鏈戰(zhàn)術(shù)情報(bào)消息，計(jì)算空中目標(biāo)威脅等級(jí)和威脅程度。

3）目標(biāo)分配功能：根據(jù)威脅判斷結(jié)果，對(duì)對(duì)空導(dǎo)彈、對(duì)地導(dǎo)彈、反艦導(dǎo)彈、主副炮武器系統(tǒng)、進(jìn)行武器與目標(biāo)間的預(yù)先配對(duì)分配，得出每種武器可以打擊的目標(biāo)列表［11］。

4）目標(biāo)指示功能：根據(jù)主航跡表信息和數(shù)據(jù)鏈戰(zhàn)術(shù)情報(bào)消息，自動(dòng)對(duì)對(duì)空導(dǎo)彈、對(duì)地導(dǎo)彈、反艦導(dǎo)彈、主副炮武器系統(tǒng)、電子對(duì)抗系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)目標(biāo)指示。

4 仿真模型設(shè)計(jì)

4.1 模型接口設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)艦載指控設(shè)備的功能分析，該設(shè)備主要包括三大關(guān)鍵部分：報(bào)文的接收與發(fā)送事件的處理，各類信息/消息的分類判斷與融合，威脅目標(biāo)分配及目標(biāo)指示，其設(shè)備邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。

從艦載指控設(shè)備軟件邏輯結(jié)構(gòu)圖可以看出，與模型交互的外部接口。

4.2 仿真模型設(shè)計(jì)

艦載指控設(shè)備軟件主要?jiǎng)澐譃橐韵聨讉€(gè)部件：信息接收存儲(chǔ)部件、信息發(fā)送部件、雷達(dá)目標(biāo)融合部件、平臺(tái)目標(biāo)融合部件、主航跡表管理部件以及威脅目標(biāo)自動(dòng)分配部件。其中后四個(gè)部件為設(shè)備的核心處理部件，本文主要從這四個(gè)方面對(duì)艦載指控設(shè)備模型進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

4.2.1 雷達(dá)目標(biāo)融合部件

艦載指控設(shè)備接收搭載在同一平臺(tái)的雷達(dá)設(shè)備上報(bào)的雷達(dá)目標(biāo)航跡信息，并將接收的雷達(dá)目標(biāo)航跡信息進(jìn)行相關(guān)、融合，生成融合雷達(dá)目標(biāo)航跡信息，并存入雷達(dá)目標(biāo)數(shù)據(jù)區(qū)［12］。

雷達(dá)目標(biāo)融合部件的算法流程如圖3所示。同ID的雷達(dá)目標(biāo)航跡信息只采用級(jí)別高的，若無(wú)三級(jí)目標(biāo)，則不進(jìn)行融合，任選其中一個(gè)最高級(jí)別的雷達(dá)目標(biāo)航跡信息。若某一ID的雷達(dá)目標(biāo)航跡信息只有一個(gè)，則不進(jìn)行融合，當(dāng)只有三級(jí)目標(biāo)存在兩個(gè)或兩個(gè)以上時(shí)，才可進(jìn)行融合處理。

4.2.2 平臺(tái)目標(biāo)融合部件

平臺(tái)目標(biāo)融合部件接收融合后的雷達(dá)目標(biāo)航跡信息、融合后的可見(jiàn)光目標(biāo)信息以及融合后的紅外目標(biāo)信息，生成平臺(tái)目標(biāo)信息。

平臺(tái)目標(biāo)融合部件的算法流程如圖4所示，主要對(duì)接收的信息進(jìn)行2級(jí)融合處理，形成本平臺(tái)探測(cè)的平臺(tái)目標(biāo)信息，并存入本平臺(tái)目標(biāo)數(shù)據(jù)區(qū)。

4.2.3 主航跡表管理部件

主航跡表管理部件為艦載指控設(shè)備的核心部件，接收本平臺(tái)目標(biāo)信息以及外平臺(tái)目標(biāo)信息，用于建立并維護(hù)艦載指控設(shè)備的主航跡表。

主航跡表管理部件的算法流程如圖5所示，主要對(duì)本平臺(tái)探測(cè)的平臺(tái)目標(biāo)信息與接收的外平臺(tái)目標(biāo)信息進(jìn)行3級(jí)融合，形成綜合的平臺(tái)目標(biāo)信息，并存入或更新主航跡表平臺(tái)目標(biāo)信息參數(shù)，供指揮員進(jìn)行決策處理。

4.2.4 威脅目標(biāo)自動(dòng)分配部件

威脅目標(biāo)自動(dòng)分配部件接收主航跡表信息，用于對(duì)硬武器設(shè)備進(jìn)行目標(biāo)粗分配，生成打擊序列表。

威脅目標(biāo)自動(dòng)分配部件的算法流程如圖6所示。在模型的每一解算周期中，對(duì)于與艦載指控設(shè)備搭載同一平臺(tái)中的硬武器（導(dǎo)彈、火炮、航空炸彈），讀取導(dǎo)彈武器系統(tǒng)狀態(tài)消息、火炮武器系統(tǒng)狀態(tài)消息、航空炸彈武器系統(tǒng)狀態(tài)消息，獲取其武器射程和余彈量，若余彈量不為0，則根據(jù)其射程，篩選主航跡表中目標(biāo)距離在射程內(nèi)的敵方相應(yīng)目標(biāo)。

5 仿真模型開(kāi)發(fā)與測(cè)試

5.1 仿真模型開(kāi)發(fā)

艦載指控設(shè)備模型的開(kāi)發(fā)是通過(guò)DWK開(kāi)發(fā)平臺(tái)生成的模型代碼框架，基于C++語(yǔ)言，對(duì)模型的算法進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，如圖7所示。

5.2 仿真模型測(cè)試

仿真模型測(cè)試主要分為兩步，第一步：模型的單一測(cè)試。圖8所示的是模型的測(cè)試框架。

通過(guò)在D1_PlatCCEquipTest類函數(shù)中編寫(xiě)測(cè)試代碼，對(duì)模型的功能進(jìn)行逐一測(cè)試，驗(yàn)證模型是否符合功能要求。

第二步：模型的聯(lián)調(diào)測(cè)試。利用DWK開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)置作戰(zhàn)想定，對(duì)模型進(jìn)行整體測(cè)試，驗(yàn)證模型的功能。

6 結(jié)語(yǔ)

本文基于數(shù)字武器開(kāi)發(fā)平臺(tái)DWK，對(duì)艦載指控設(shè)備仿真模型進(jìn)行建模，分析模型的功能，將設(shè)備劃為為各個(gè)功能部件，規(guī)范化模型各部件之間的信息/消息接口，并對(duì)設(shè)備的核心部件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。設(shè)備可根據(jù)需要對(duì)部件進(jìn)行靈活配置，并設(shè)定部件的優(yōu)先級(jí)順序；另外，設(shè)備可針對(duì)各個(gè)項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的需要，只需對(duì)相應(yīng)部分進(jìn)行修改，即可實(shí)現(xiàn)在新平臺(tái)上的應(yīng)用，而不需要重新設(shè)計(jì)整個(gè)嵌入式軟件系統(tǒng)，提高了模型的可重用性。

［1］衛(wèi)翔，張立民，齊新戰(zhàn).基于元建模的通用艦艇指控仿真模型驅(qū)動(dòng)引擎設(shè)計(jì)［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2013，25（8）：1919-1923.

［2］諶菲，曹萬(wàn)華，黃志剛.模型驅(qū)動(dòng)在艦載指控系統(tǒng)的應(yīng)用研究［J］.系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2008，20（7）：1720-1723.

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Modeling and Research of the Ship-borne Command and Control Equipment Simulation Model Based on DWK

CHEN ZhigangZHANG Gaofeng
（No.91336 Troops of PLA，Qinhuangdao 066326）

Based on DWK，the ship-borne command and control equipment simulation modelis modeled.This article gives the developing idea of the model，puts the ship-borne command and control equipment simulation process based on DWK，and ana?lyzes the logical structure of the equipment，divides the equipment into various functional components，and designs equipment's var?ious functional components in detail，develop and test the equipment model is developed and tested.

ship-borne command and control equipment，DWK，simulation model，model design，assembly

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.11.019

Class Number TP391

2017年5月8日，

2017年6月17日

陳志剛，男，碩士，助理工程師，研究方向：數(shù)字仿真。張高峰，男，高級(jí)工程師，研究方向：數(shù)字仿真。