The Design and Implementation of HLA-Based Missile-Combat Simulation System
湖南商学院信息系 万敏WANMIN；国防科大计算机学院 吴家铸WU JIAZHU
摘要:基于HLA建立仿真应用系统是提高作战仿真活动效率的有效途径。分析了导弹攻防仿真系统的功能,并依据HLA的基本概念、方法和原理对分布式导弹攻防仿真系统进行系统设计,建立了系统体系结构,介绍了联邦成员的分类及具体的联邦成员,并给出了FOM/SOM的设计和仿真系统的程序实现。
关键词:HLA/RTI;FOM/SOM;导弹攻防仿真
中图分类号:TP391.9文献标识:AAbstract: The HLA-based simulation application system is an efficient approach to increase the efficiency of the combat simulation. The function of Missile-Combat Simulation system are analyzed. According to the basic concept, method and principle of HLA, thesystem design of the distributed missile-combat simulation system is carried on.On this foundation,system structure of the system isbuilt, and the realization method of federation members’classification and the design of FOM/S0M and the program implementationof the missile-combat simulation system are provided.
Key words: HLA/RTI,FOM/SOM, Missile-Combat Simulation
文章编号:1008-0570(2008)01-1-0212-02引言随着现代作战中武器系统、指挥系统等的日益复杂,采用分布式仿真和提高作战仿真活动的效率成为仿真技术能否在国防领域中成功应用的关键。未来大规模分布式仿真需要集成多个部门开发的不同类型的仿真应用,因而提高仿真效率的主要途径是提高系统内各仿真应用间的互操作性和可重用性。高层体系结构(HLA)是美国国防部建模与仿真办公室(DMSO)于1995年提出的一个全新的仿真技术框架,相对于DIS标准,HLA解决了灵活性,可扩充性,减少网络冗余数据等问题。基于HLA的仿真系统开发是当前一个重要的研究方向。导弹的进攻和防御是一个十分复杂的过程,没有一套完整的解析方法对它进行全面的分析,同时由于政治、经费等原因,实战演习比较困难,因此导弹攻防仿真系统是研究导弹进攻与防御的有效手段。
1系统功能导弹攻防仿真系统主要研究在攻防对抗条件下,导弹对典型作战对象预警探测、硬抗击和软对抗等防御手段的突防过程的仿真技术应用,为导弹突防研究提供有效的技术支持。其主要功能为:(1)实现导弹突防的仿真研究与演示:(2)对导弹突防效果进行系统的评估。
2基于HLA的仿真系统体系结构导弹攻防仿真系统采用HLA为核心的技术框架,以仿真资源为中心,建立包含联邦开发、运行支撑、演示、控制管理、分析评估的仿真环境,其系统结构图如图1所示。
3仿真系统的实现
3.1建立联邦成员基于HLA的成员分三类:导演方成员组、红方成员组、蓝方成员组。
1)导演方成员组:
(1)仿真管理器成员:根据仿真用户的要求,对仿真进行管理、控制和监视;对武器系统的性能参数进行修改;对演示内容进行控制的成员。
(2)评估方成员:根据导弹攻防仿真系统的仿真结果,利用相关指标体系(如用目标杀伤概率和达到指定杀伤概率所需导弹数指标、复合干扰下导引头对抗性能评估指标等),采用相应评估方法对导弹毁伤效果、命中精度、抗干扰能力等进行评估
(3)数据库成员:由数据收集工具(DCT)采集的FOM中定义的成员交互的数据,并将其在数据库中存档;由成员自己记录的成员内部的私有数据。
(4)三维视景显示成员:以三维动画方式演示战场状态,实现仿真的可视化,演示仿真的过程。
2)红蓝方成员组
(1)进攻弹成员:主要完成进攻弹的飞行弹道计算,输出位置、速度、姿态等弹道参数。蓝方:
(2)雷达成员。包括预警雷达和制导雷达,进行进攻弹的探测信息计算。
(3)卫星成员。包括高轨卫星和低轨卫星,进行进攻弹的探测信息计算。
(4)拦截弹成员。将拦截弹、指控中心和目标模型合为一个成员,完成拦截弹的发射诸元和飞行、拦截弹道的计算,以及目标运动状态的计算输出。
3.2 FOM/SOM设计表1给出对象类的定义。交互类有拦截评估、毁伤评估、运行管理,由评估方成员根据进攻弹、拦截弹和目标的参数进行评估,仿真管理器成员进行仿真的运行管理。
导弹攻防仿真系统的SOM设计如下表所示:
3.3仿真系统的程序实现RTI软件主要包含三个组件:RtiExec、FedExec和libRTI,它们运行在单独的一台工作站或任意复杂的网络上。进程RtiExec管理联邦的创建和撤消,并指示成员加入正确的联邦执行。FedExec管理联邦中成员的加入和退出,每一运行的联邦对应一个 FedExec进程。LibRTI是一个C++库,为成员开发者提供了HLA接口规范定义的一系列的服务。成员通过libRTI调用HLA的服务同 RtiExec、FedExec以及其它成员进行通信。
仿真系统的主仿真线程流程图如下:
主仿真线程代码:
UINT simulation(LPVOID pParam)
{//仿真初始化
Fed.createFederation();//创建联邦
Fed.joinFederation();//加入联邦
Fed.enableAttributeRelavanceAdvisorySwitch();
Fed.InitRTI();//把成员所包含的对象和属性数据设置为RTI指定的值Fed.PublishAndSubscribe();//公布对象和交互
Fed.initializeTimeManagement();//设置时间管理策略Fed.enableAsynchronousDelivery();//打开异步传输开关
Fed.Register();//注册对象实例
//事件循环开始
//1)获得当前时间、设置时间戳,设置下一步时间
//2)计算对象实体的当前状态,//更新对象实例属性,发送交互
//3)时间推进
Fed.advanceTimeRequest(Fed.m_NextTime);
//4)线程休眠
//5)重复上述过程,仿真结束
//注销对象实例
Fed.DeleteObjInst();//退出联邦执行
Fed.resignFederationExecution();//撤销联邦执行Fed.destroyFederationExecution();}
首先启动RTI即打开一个全局的RtiExec进程,再依次运行各个邦元,联邦由仿真管理器成员创建。仿真管理器对仿真的开始、暂停等控制采用定义同步点的方式实现。实践证明,基于HLA开发导弹攻防仿真系统可以大大减少系统开发的工作量,降低其复杂性,提高可靠性。在完整开发FOM/SOM基础上,应用系统可以即插即用,提高了可重用性。
结论
HLA作为新一代的分布式仿真体系结构,具有可重构性和互操作性,时空一致性,可以增强作战仿真的逼真度,提高系统的运行稳定性和运行效率,满足复杂大系统对灵活性和可扩充性的需求,成为今后分布式仿真技术的发展方向。本文利用HLA开发了导弹攻防仿真系统,利用此系统实现导弹突防的仿真研究与演示,及对导弹突防效果进行系统的评估,为部队战法研究、武器概念设计、武器性能验证等提供了有效的方法与途径。本文作者创新点:利用HLA开发了导弹攻防仿真系统,利用此系统实现导弹突防的仿真研究与演示,及对导弹突防效果进行系统的评估。
参考文献
[1]IEEE Std 1516-2000.IEEE Standard for Modeling and Simula-tion(M&S)High Level Architecture(HLA).Federate InterfaceSpecification.2000;
[2]IEEE Std 1516-2000.IEEE Standard for Modeling and Simula-tion(M&S)High Level Architecture(HLA).Object Model Template(OMT)Specification;
