電子戰作戰系統數字孿生的資源管理系統設計

陳根余，閆啟帥，韓梅，許波

（成都四威功率電子科技有限公司，四川 成都 610097）

0 引 言

伴隨科技的發展，作戰系統不再是滿足于唯一的仿真驗證階段還需要結合試驗進行進一步的驗證。章桂永在論文中采用了多種算法對電子對抗作戰系統裝備費效分析，分析中指出電子對抗作戰系統由相互

關聯、相互制約的眾多因素構成規模大、層次多很難找到合適的聚合效能指標反映多個效能指標，因此可以看出電子對抗作戰系統復雜度高，維護周期長。數字孿生（digital twin）是以數字化方式創建物理實體的虛擬模型，借助數據模擬物理實體在現實環境中的行為，通過虛實交互反饋、數據融合分析、決策迭代優化等手段，為物理實體增加或擴展新的能力。在數字孿生系統中，應對的管理資源有用戶管理、設備管理、模型管理、文件管理、資源自身系統管理等，本文將探討一套資源管理系統對資源進行模塊化管理和使用，在模塊化管理條件下滿足多方人員使用。

1 作戰系統資源模型組成結構

1.1 作戰系統資源模型劃分

李婧嬌在論文中使用了云理論的知識來對多功能電子戰系統建模進行效能評估，分為定量和定性的方法使用到了大量設備和數據；劉永紅在論文中只對部分的關鍵類型數據進行了建模，已然涉及了同類數據的多樣性；許海龍在論文提及了國內外數字化作戰支持系統設計，從設備到控制分析的典型現代軟件設計體系，提供了數據輸入到數據管理中心，再到各個設備或指控平臺的多方交互模式，可以看出作戰系統包含多方數據來源：人機交互、設備上報、仿真平臺、想定配置等。從人機分類有：多用戶、多設備；從開發系統來分類有：硬件系統和軟件系統；從使用設備來分類有：電源、雷達、發射機、干擾源、仿真電腦等。基于多個維度進行事務聚合，本系統結構組成設計為：用戶管理、設備管理、模型管理、數據管理、文檔管理、系統管理。系統組成結構如圖1所示。

圖1 資源管理系統組成圖

1.2 作戰系統資源模型設計

功能模塊化的劃分形成整個資源系統的管控，為其他模塊提供需求交互，形成模塊化的低耦合設計。在丁剛的論文中設計了一套航空裝備保障的數字孿生方案，模塊的合理劃分為多樣化的快速試驗研究提供的可靠的支持。

1.2.1 用戶管理

基于劃分不同用戶權限，實現不同用戶角色管理權限分層，自上而下地進行管理，防止資源不合理或者產生使用沖突，劃分不同人員不同角色對應不同的軟件功能界面，體現軟件獨立性和安全性。

資源系統角色權限管理包含基本功能權限和數據對象權限管理，兩者從不同維度分配角色權限，保證系統數據安全，滿足保密要求，滿足多層次管理系統的需求。

用戶安全采用第三方產品建立安全環境，可以采用CA系統進行安全認證登錄使用。針對用戶的操作行為進行日志記錄，設計行為審核系統，通過和第三方提供的PKI系統的結合，提供防止抵賴和身份確認的數字簽名支持。

1.2.2 設備管理

管理各種設備，包括UPS電源、電子目標、發射機、射頻前端、干擾源等，提供設備基本信息的管理，具有設備活動記錄、活動預警、使用管理、設備使用日志等功能，設備狀態模型的導出提供先驗條件。

通過設備的活動狀況和預警配置，可以有效地形成完善的使用先驗條件，防止設備在未準備充分或數據未校正的情況下進行使用，得到錯誤的試驗數據和結果。

1.2.3 模型管理

管理各種模型，為模型模擬提供參數數據，模型包括評估算法、裝備模型、環境模型、目標模型等，對模型數據進行管理，提供分層權限管理，對模型的數據進行合理性判斷，對模型的出入進行把控，防止模型在使用過程中進行了變動，導致系統異常等問題，同時提供模型導出和統計分析功能。

模型模塊可以考慮與高校、研究所等專業單位或部門合作，所以本模塊的用戶多樣性管控需要記錄，并可以根據用戶提供的算法、模型等的使用率、有效率方面去綜合評估算法的好壞，為后續的迭代提供整改方向。

1.2.4 數據管理

數據分析和評估會在不同的維度和時間去反復使用，所以數據的持久存儲和讀取是必要的基礎功能。記錄和保存系統運行過程中得到的數據，包括設備產生的實時數據、狀態數據、視頻數據等，支持多種數據結構，如.data、.txt、.tdms或自定義數據格式。對數據提供查詢功能、下載功能用于進行分析、評估、回放等功能使用，提供離線數據導入、導出功能。

1.2.5 文檔管理

文檔管理主要管理想定戰場、環境配置文件等各種文檔，對文件提供上傳、下載、修改、文件授權、文件操作記錄等功能。方便試驗結束后的重復的快速使用以及試驗的快速重現，節約大量時間。

1.2.6 系統管理

系統管理主要負責管理整個資源系統，包括系統備份與恢復、數據存儲、日志管理、系統預警、系統監控、故障處理、通信管控、資源分析、安全檢測等功能。針對整個的資源系統進行統計和分析，能提前暴露資源系統的問題，比如：系統存儲的空間不足；某模塊提交的錯誤個數和日志統計得到模塊的兼容穩定性不足；某模塊請求資源經常斷線導致的網絡問題；某模塊經常有非法訪問導致有攻擊行為等。為整個資源系統保駕護航。

1.3 總結

針對系統模塊的數據安全，我們應該還要考慮多機備份和負載均衡的設計，伴隨著系統的使用時間越長產生的數據資源就越多，甚至還會伴隨著作戰系統的升級帶來的版本迭代需求，所以設計為模塊分離有著天然的優勢，方便對資源系統進行修、升級和擴展。

2 資源管理系統運行機制

數據的角度來探討資源系統的運行機制，如圖2所示。在整個試驗開始的時候，會在指控上對需要參與試驗的設備進行確認狀態，防止設備的狀態不對導致試驗失敗，并對需要參與的模塊進行加載鎖定，防止有用戶對模型進行修改變動導致試驗的數據不具備唯一性，檢測完畢兩個模塊后，開始對試驗任務進行加載，加載預先編輯好的想定任務，試驗進入試驗狀態。

圖2 資源管理系統運行機制

試驗過程中，硬件設備集群用于產生模擬設備和設備真實的數據，得到的設備數據上傳到資源管理系統，由資源管理系統進行分發至對應的需求模塊。仿真系統對接一切環境數據和參與試驗的模型數據、算法數據，產生的數據分別返回到指控系統和顯控操作席位系統。指控系統可以為顯控系統下達指揮中心的命令，顯控操作席位人員則進行常規操作和命令的任務執行操作，所有的反饋都會集中到仿真系統進行仿真，針對設備的操作會直接下發到設備產生新的數據到資源系統，資源系統根據試驗數據的參與性進行存儲并轉發至顯控系統和仿真系統。

試驗完畢后，評估系統請求資源管理系統獲取試驗數據和參數，并在一定程度上進行試驗數據回放，回放得到試驗的基本評判主要是確認數據的有效性，再進行數據評估。

這樣一個比較經典的作戰指揮系統執行完畢，所有的數據都得到了管理和派發，可以對想定任務進行設備性能模擬驗證，也可以對參與的模型算法等進行初步評估，為后續的設備制造提供參考依據。

3 資源管理系統布置

根據以上的模塊，我們可以輕松地通過集中式布局和分布式布局來滿足各種需求。

部署一套資源管理系統供各部門訪問，此模式可以支持多科室、多部門內部訪問。通過功能授權和數據共享權限的方式來保證系統整體應用。此情況適合集中式布局，布局如圖3所示，該模式有系統部署簡單、使用方便的特點，此模式適用于單位內部應用。

圖3 資源管理系統集中式布置圖

多個分機和系統都直接從資源管理集群服務器進行統一的數據交互，由資源管理集群服務器統一調度和管理。

對于整個企業而言，管理的試驗種類多，參與的人員多，試驗任務級次多，各部門之間職能相對獨立，數據安全性、保密性要求高，對于此類需求，系統支持分布式應用模式。在此模式如圖4支持部署多套系統。各套系統之間彼此獨立運行，多套系統之間數據可以實現共享。該模式可滿足各部門之間系統獨立運行，數據安全性好。

圖4 資源管理系統分布式布置圖

由于資源管理系統為模塊化功能集成，所以可以對系統進行模塊業務和數據分離，每一個單獨的模塊可以布置為單獨的資源系統，通過么有云進行資源信息交互，資源數據中心負責授權和資源傳輸，每一個系統都經過自己的資源系統進行交互，而跨系統交互則必須通過資源管理系統之間交互再下發到請求的客戶手里。

4 結 論

本設計對人員、硬件設備、軟件算法、配置文件進行全方位的管理，有效的獨立劃分出開發功能并可以根據業務的大小去優化迭代開發，防止資源過多導致使用混亂而難優化設計的局面，更促進了多方人員的協同，從而串聯了一整套系統資源調度，滿足各個資源迭代，降低資源耦合度。