分布式仿真在對抗JTIDS研究中的應用

李 宇

（解放軍91208部隊，青島　266102）

1　引言

聯合戰術信息分發系統（JTIDS）是美軍廣泛運用的戰術數據分發系統，兼容各軍種原有系統，具有組網和傳輸速率高、抗干擾能力強等優點。美軍非常重視戰術聯網和數據共享能力，視其為建立信息優勢的基礎，JTIDS是代表性系統之一，如何有效對其實施對抗是信息對抗研究中的重難點問題。隨著對抗技術迅速發展，對抗系統趨于復雜；傳統仿真局限性大，與實際情況差別大，不利于升級和拓展。本文提出利用分布式仿真技術，基于高層體系結構（HLA）的對抗JTIDS聯合仿真系統，引入復雜電磁環境仿真，使戰術和技術密切結合，提高了對抗JTIDS仿真與實戰情況的貼合度。

2　對抗JTIDS聯合仿真系統的設計

對抗JTIDS仿真系統的設計目標是建立一個對抗模擬環境，進行JTIDS對抗的技術、戰術研究、以及效能評估和演示驗證。系統基本功能包括：模擬目標系統JTIDS的運行；模擬電子對抗系統對JTIDS進行偵察和干擾的具體過程；運用HLA架構聯合現有仿真系統研究對JTIDS實施有效干擾的技、戰術；評估、論證對抗系統不同配置、部署對抗JTIDS的效能。

2.1　聯合仿真系統的體系結構

HLA是美在各種仿真系統多年發展的基礎上，為實現不同系統間的互連、互操作開發的技術框架。基于HLA的聯合系統由多個分系統和運行支持環境（RTI Run Time Infrastructure）組成。參與聯合的各分系統在仿真過程中通過RTI實現數據的交互。仿真的應用層與支持服務相互分離，有效保持聯合仿真各成員的獨立性，各成員可獨立開發，降低全系統研發的難度并可充分利用現有資源。各分系統通過對象類和交互類的發布與調用確定不同分系統之間的數據交互，在每次具體仿真運行中可根據實際情況確定發布與調用的內容。在很多研究中使用“定購”這一術語，本文認為“定購”商業性較強，在本文使用“調用”這一軟件術語更符合其技術特性。

運用HLA構建對抗JTIDS聯合仿真系統時，參與的各仿真分系統作為聯邦成員。在仿真運行過程中，各聯邦成員既獨立地實現自身的仿真功能，又通過RTI按照發布與調用的約定與其他聯邦成員進行數據和操作的交互，從而實現大系統的聯合仿真。參與聯合仿真的聯邦成員主要有：控制成員、想定成員、態勢成員、環境成員、偵察成員和干擾成員、JTIDS成員等。此外，聯合仿真系統中還需要有數據庫管理分系統和綜合數據庫。聯合仿真系統體系結構如圖1所示。

2.2　聯合仿真系統主要成員功能

聯合仿真系統的主要聯邦成員及其功能如下：

圖1　對抗JTIDS聯合仿真系統體系結構示意圖

（1）控制成員承擔對仿真進程的實時控制、管理。

（2）想定成員。想定方案是仿真運行的邏輯基礎，根據研究者預先擬制的想定方案，部署平臺、裝備（包括對抗對象和對抗設備等），確定各裝備性能參數，設定機動平臺的機動路線、參數和固定平臺的位置參數，明確平臺所搭載的裝備，實現想定方案的加載等管理和方案的推演運行。

（3）評估成員通過調用環境成員、JTIDS成員、偵察成員、干擾成員的信息，對仿真的運行結果進行計算，結合相應的評估模型綜合評估；評估結果可通過可視化子系統顯示或輸出數據報表。

（4）環境成員通過對戰場環境建模，仿真自然地理、水文氣象、自然電磁場、人工電磁源等戰場環境，設置相應參數形成不同特性的環境，通過與其他成員的交互對對抗裝備的目標裝備產生相應影響。

（5）偵察成員對信號偵察設備建模，仿真電子偵察設備對在環境噪聲下JTIDS信號的搜索、截獲、分析和處理的過程。

（6）干擾成員對干擾設備建模，根據想定設置和人工干預的指令，仿真各頻段、頻點上特定方向和強度的干擾過程。

（7）JTIDS成員對JTIDS進行仿真。仿真其數據傳輸過程，各終端間數據發送、接收和處理的時延、損耗、誤碼率、可靠性等特征；仿真信道，包括傳輸損失、陰影衰落、多徑衰落和各種編碼、擴展和跳頻圖案、速率等特性；仿真天線方向性、增益等特性。

（8）數據庫和可視化是系統的支持基礎，主要有裝備數據庫和日志數據庫。裝備數據庫記錄：平臺性能、JTIDS通信設備性能、偵察設備性能、干擾機性能、天線性能等；日志數據庫記錄：平臺運動軌跡，仿真對象工作參數，各工作指令等。可視化子系統用于對系統的運行狀態進行顯示，供研究人員直觀地察看仿真過程和分析研究仿真結果；可以電子地圖為背景直觀地顯示對抗行動的態勢和效能，如顯示JTIDS工作鏈路和干擾有效區域，以頻譜圖表形式顯示各工作頻段、偵察頻段、干擾頻段，可供研究人員觀察分析對抗效能。

3　對抗JTIDS聯合仿真系統的實現

3.1　系統開發環境

對抗JTIDS聯合仿真系統中的各成員通過RTI進行數據交互，所謂聯合是通過將各成員加入聯邦，并根據成員的不同需要，建立相互的數據關聯。目前國內可選用的RTI有多個自主產品，主要是國防科技大學、北京航空航天大學、航天科工二院等，本方案采用KD-RTI實現。

基于HLA開發仿真系統，有利于實現分布式開發，多個成員可同步開發，縮短開發周期；開放式架構，使得系統具有良好的擴展性和可重用性。

3.2　對象模型的實現

仿真系統功能的實現依賴于各成員間數據的傳遞與交互。HLA仿真系統按照各聯邦成員現實中的相互作用關系，按需設置、發布與調用交互類和對象類，使數據信息能夠按照實際作用的方向進行傳輸。

聯邦對象模型/仿真對象模型（FOM/SOM：Federation Object Model/Simulation Object Model）的設計是基于HLA的仿真系統開發過程中數據設計的核心環節，是各仿真成員進行數據交互的基礎。FOM/SOM開發涉及了定義仿真成員的公布和調用關系，聯邦中的對象類和交互類設計、路由空間、建立對象模型鑒別表等。

主要對象類包括：平臺類，主要屬性有性能、位置狀態、機動狀態、搭載設備等；偵察設備類，主要屬性有頻段、靈敏度、方向性等；干擾設備類，主要屬性有頻段、功率譜、方向性、可持續時長等；JTIDS類，主要屬性有頻點、功率、編碼方式、頻率變換方式等……

主要交互類包括：控制類，主要參數有仿真狀態、當前時間、步長等；偵察類，主要參數有開關機時刻、設備工作參數、目標信息等；干擾類，主要參數有開關機時刻、設備工作參數等；目標類，主要參數有工作時刻、工作狀態參數等……

3.3　系統仿真流程

聯合仿真系統的運行流程主要分為三個階段：仿真準備階段、仿真運行階段、分析評估階段；運行流程如圖2所示。

仿真運行前，在準備階段運用想定成員生成想定方案，創建聯邦執行，加載想定數據，各成員仿真初始化，形成初始狀態，此時可通過顯示成員觀察預設情況是否符合預期并進行相應調整。

在仿真運行階段，在環境成員和JTIDS成員交互作用下仿真JTIDS網絡的工作，仿真結果傳遞給評估成員進行分析和顯示；當偵察成員截獲目標后，向干擾成員提供目標指引；干擾成員根據想定實施對抗，偵察和干擾的參數同樣送評估成員進行分析和顯示。

分析評估階段，通常運用系統的重演或回放功能，對仿真記錄進行分析處理，重顯仿真運行的過程和結果，對仿真運行的效能進行評估。根據本輪仿真情況視情修改想定，再開展下一輪仿真。

圖2　仿真系統工作流程示意圖

4　結束語

本文從對抗JTIDS仿真的實際需求出發，構建了以HLA為技術架構的對抗JTIDS聯合仿真系統，探討了成員的構成和各成員的功能，研究了系統的體系結構，討論了仿真系統中FOM/SOM的設計，并具體討論了主要的對象類和交互類的設計實現。運用HLA技術架構，選用合適的RTI環境，可以使先前按其他標準研發的仿真模型或合作單位的仿真模型，經過一定的改造即可納入聯合仿真系統，有效提升了資源的重用性和使用效率，節省時間和經費，有利于實現不同粒度甚至是連接實裝的仿真，也有學者因此將RTI視為中間件。本研究為對抗JTIDS提供了一個較為真實的訓練平臺。如果將此設計進行拓展，即可以實現全數字聯合仿真，也可以實現半實物聯合仿真。

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