基于HLA的水面舰艇作战仿真系统研究

总第２６３期　２０１１年第９期　计算机与数字工程　

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．３９　Ｎｏ．９　

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基于ＨＬＡ的水面舰艇作战仿真系统研究　宋辉周晶邹文萌　（海军大连舰艇学院训练部大连１１６０１８）　

摘要反应时间短、战斗强度大、作战样式多是未来高科技条件下海战的重要特点，作战人员训练水平高低将直接影　响战争胜负，传统训练方式已不能完全适应未来战争需求。将基于高程体系结构的网络构架引入水面舰艇作战仿真系统，　使多战位、多舰型、多平台有机融合，构建数据无障碍实时交互的多任务、多层次作战仿真系统。应用实践结果表明：在较大　规模网络节点环境下，系统运行稳定，数据通信可靠，能够较好的满足水面舰艇战斗人员训练需求。　关键词分布式仿真；高程体系结构；运行支撑系统；模拟训练　中图分类号ＴＰ３９１　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｎａｖａｌ　Ｗａｒｆａｒｅ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｈｉｇｈ　Ｌｅｖｅｌ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　

Ｓｏｎｇ　Ｈｕｉ　Ｚｈｏｕ　Ｊｉｎｇ　Ｚｏｕ　Ｗｅｎｍｅｎｇ　（Ｄｅｐｔ．ｏｆ　Ｔｒａｉｎｉｎｇ，Ｄａｌｉａｎ　Ｎａｖａｌ　Ａｃａｄｅｍｙ，Ｄａｌｉａｎ　１１６０１８）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｍｏｒｅ　ｂａｔｔｌｅ　ｓｔｙｌｅ，ｓｈｏｒｔ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ，ｈｉｇｈ　ｆｉｇｈｔｉｎｇ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｍｏｄｅｒｎ　ｎａｖａｌ　ｗａｒｆａｒｅ　ｕｎｄｅｒ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ　ｔｒａｉｎｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｗｉｌｌ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｗａｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｒｎ　ｎａｖａ１　ｔｒａｉｎｉｎｇ　ｎｅｅｄｓ，ｔｏ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ　ａ　ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ，ｍｕｌｔｉ—ｔａｓｋ，ｍｕｌｔｉ－ｌｅｖｅｌ　ｃｏｍｂａｔ　ｔｒａｉｎｉｎｇ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，ｂｙ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｌｅｖｅｌ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｆｒａｍｅｓ　ｔｏ　ｃｏｍｂｉｎｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｂａｔｔｌｅ　ｓｔａｔｉｏｎｓ，　ｖａｒｉｏｕｓ　ｓｈｉｐ　ｉｎｔｏ　ａ　ｗｈｏｌｅ　ｐａｒｔ．Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｐｒｏｖｅｓ：ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｒｕｎｓ　ｓｔａｂｌｙ，ｄａｔａ　ｅｘｃｈａｎｇｅ　ｒｅｌｉａｂｌｅ　ｉｎ　ａ　ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｎｏｄｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄ　ｉｔ　ｍｅｅｔｓ　ｔｈｅ　ｎｅｅｄｓ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｗａｒｓｈｉｐ　ｃｏｍｂａｔａｎｔｓ　ｔａｃｔｉｃａｌ　ｔｒａｉｎｉｎｇ　ｗｅｌ１．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ　ＤＩＳ，ｈｉｇｈ　ｌｅｖｅｌ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ｒｕｎ　ｔｉｍｅ　ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ＲＴＩ），ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｔｒａｉｎｉｎｇ　ＣＩａｓｓ　Ｎｍｎｌｍｒ　ＴＰ３９】　

１　引言　随着信息化作战需求牵引，传统训练方式已不能　完全适应未来战争要求，尤其在高科技战争条件下，作　战样式多、反应时间短、战争强度大，人员训练水平高　低将直接影响战争的胜负。为全面提升水面舰艇部　队训练水平，开展真实环境条件和作战压力下的对抗　性模拟训练极为重要［１］。受多种因素的制约，作战模　拟训练系统的研发一定程度上滞后于实装系统，其主　要原因是多平台仿真系统通信不畅，难以开展多战位、　多平台协同战术对抗模拟训练。分布式仿真（ＣＩＩＳ）采　用协调一致的结构、标准、协议和数据库，通过网络将　分布在各地的仿真设备互联并交互作用，同时由人参　与交互作用的一种综合环境［２］。它以网络为基础，将　分散在各地的兵力以及其它仿真设备连接为一个整　体，形成一个在时间和空间上一致的综合环境，实现平　台与环境之间、平台与平台之间、环境与环境之间的交　互作用和相互影响ｌ＿３］。　

２　系统需求分析　水面舰艇作战训练仿真系统是一个体系结构　复杂、软硬件密集、实时性要求高的大型人机系统。　

收稿日期：２０１１年３月１日，修回日期：２０１１年４月５日　作者简介：宋辉，男，硕士，副教授，研究方向：故障诊断、作战仿真。周晶，男，硕士，讲师，研究方向：模式识别与智能　系统。邹文萌，男，硕士，高级工程师，研究方向：作战模拟。　５Ｏ　宋辉等：基于ＨＬＡ的水面舰艇作战仿真系统研究　第３９卷　为促进海军水面舰艇部队训练水平的提升，本文提　出一种基于ＨＬＡ分布式仿真技术的水面舰艇作　战训练仿真系统，将岸基、水下、空中、水面、电磁多　种对现代海战参战兵力有机融合，共同构成旨在提　高水面舰艇作战训练水平一体化作战模拟训练系　统，实现不同层次的作战协同训练。同时系统对训　练效果进行自动成绩记录、评定，实现训练科学化、　统一化和自动化，减少因实装训练带来的场地、装　备损耗、人员保障、记录评估等方面的限制，产生良　好的军事效益和经济效益。按照作战训练任务来　分，系统主要应满足以下作战形式训练需求：　１）对海攻击。红方为水面舰艇、飞机或潜艇，　蓝方为水面舰艇。红方根据实际作战环境，利用导　弹、火炮和鱼雷对蓝方水面舰艇进行攻击；　２）对空防御。红方为水面舰艇，蓝方为飞机。　蓝方使用导弹、制导炸弹对红方实施攻击，红方对　来袭飞机进行抗击；　３）对潜攻击。蓝方为潜艇，红方为水面舰艇、飞　机或潜艇。红方使用深水炸弹、反潜鱼雷攻击蓝方，蓝　方机动规避并施放水声对抗器材或深弹进行防御；　４）联合作战。将上述三种样式融合一体，实　现多兵种、多样式对抗。　３基于ＨＩ　Ａ的仿真系统结构　３．１　ＨＩ　Ａ概述　ＨＩ　Ａ（Ｈｉｇｈ　Ｌｅｖｅｌ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）于１９９６年８　月由美国国防部完成基础定义，２０００年９月被　ＩＥＥＥ接受为标准＿４］。ＨＩ　Ａ是一个可重用的用于　建立基于分布式仿真部件的软件构架和功能集，支　持由不同仿真部件组成的复杂仿真。ＨＩ　Ａ体系规　范由规则（Ｒｕｌｅ）、对象模板（ＯＭＴ）、运行支撑系统　（ＲＴＩ）三部分组成【＿５］。规则规范了联邦成员应遵　循的基本原则；对象模板提供ＨＬＡ对象一种标准　格式，描述了联邦成员间进行交互的共享信息和单　个成员加入时对其它成员的信息需求，以及它能够　提供给其它联邦的信息。ＲＴＩ是ＨＩ　Ａ接口规范　的具体实现，它使仿真应用与底层通讯相分离，为　仿真应用提供通用的、相对独立的支撑服务ｌ６］。　ＨＬＡ中为实现某种特定的仿真目的，彼此之间　需要进行交互作用的仿真系统、支撑软件及其它相关　的部件组成的整个仿真系统称为联邦（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ），所　有参与该联邦的仿真应用系统称为联邦成员　］。　３．２系统总体构成　现代海战的战斗过程包括：敌我双方的机动、探　测识别、火力分配、武备使用、打击效果评估等一系　列对抗行为，各种行为穿插（或同时）、循环进行。本　系统主要就对这些活动进行具体实现，即能够模拟　双方对抗兵力的机动、探测、攻击等行为，同时对训　练过程进行全程记录、分析、评估，找出训练中的问　题，促进训练水平提高。系统结构图如图１所示。　

指挥自动化Ｊｌ　系统　ｌ　ｌ　战术态势　ｌ管理与ｌ　武器攻击　推演模块　ｌ监控系统ｌ　模块　

ｌ　ｌ　ｌ　

ＨＬＡ运行时间基准系统　ｌ　ｌ　ｌ　作战信息　态势与战场　作战效能　记录系统　环境生成系统　评估系统　ｌ　ｌ　

圉　匡　…．网　

图１系统结构图　３．３战场环境与兵力生成模块　

作战环境与兵力生成模块应具有舰艇模拟训练　计划和多层次作战任务生成，综合海战场环境、舰艇　实兵和虚拟舰艇配合兵力（ＣＧＦ）、训练信息的生成　及驱动；单舰（艇）作战模拟训练模式设置与控制；舰　艇战术对抗模拟训练模式设置与控制；舰艇合同战　术模拟训练模式设置与控制；海战场战术态势推演　与监控；作战能力、训练效果的评估等主要功能。　３．４作战系统的训练模块　舰艇作战系统包括传感器子系统、通信子系统、　作战指挥子系统、武器控制子系统、导航子系统、武　器火控子系统等，构成分层分布式网络系统。当舰　艇协同作战训练时，各舰艇分别接收作战训练服务　仿真系统的信息，完成感知、指挥、控制、交战等训练　功能，同时输出系统的状态信息和运行信息。　３．５　系统信息交互模块　信息交互是舰艇作战模拟训练系统的设计关　键。主要信息包括：时空统一参考信息，作战命令　与文书信息，海战场环境信息（海洋信息、天气条　件、气象条件、水声环境、电磁环境等），传感器搜　索、跟踪的任务信息、控制信息和目标航迹数据，舰　艇导航及姿态信息，海战场战术态势信息，作战指　挥信息，武器／电子对抗发射信息，武器行动过程、　命中／爆炸的仿真信息，作战态势监控与管理信息　等［引。　２０１１年第９期　计算机与数字工程　３．６训练评估模块　训练成绩评估主要为了检验受训人员的训练效　果，找出不足，促进训练质量的提高。训练成绩遵循　战术与技术结合、定量与定性结合、理论与实践结合　的原则。重点评测受训人员操作的及时性、口令准　确性和各系统之间的协同一致性，把训练过程放在　第一位，训练结果放在第二位＿ｇ］。接收、记录舰艇作　战系统的状态信息和运行信息，分析训练过程中作　战步骤，依据相应科目的训练大纲，针对舰艇作战指　挥体系和各个训练层次、环节，建立合理的评估体系　和评估模型，对模拟训练效果进行综合评估。　

４　系统实现　系统采用Ｖｉｓｕａｌ—Ｓｔｕｄｉｏ．ｎｅｔ２００５作为编译环境，　以ＫＤ－ＲＴＩ为网络支撑，分武器平台、指控平台、战　场环境平台、数据记录平台等多个联邦成员构成。　４．１时空同步推进控制　ＨＬＡ时空同步是保证联邦成员间的时间协调　推进和数据交换能够正确地实现的关键。时间是　分布交互仿真的核心，ＨＬＡ支持多种时间管理策　略，成员之间可采用不同的时间管理策略使整个联　邦协调运行，由时间管理服务来控制和协调采用不　同局部时钟管理类型的联邦成员在联邦时间轴上　的推进。系统采用导控中心时间推进机制控制训　练的整体运作，采用作战时间与实际时间１：１的方　式，调控全局时间推进；在不需要操作人员快速反　应的阶段（例如：远距离编队运动、远程武器空中飞　行阶段），对作战时间进行加速，以节省训练时间。　４．２数据的交互　ＨＩＡ构架将系统功能与通用的支撑服务相分　离。ＲＴＩ完整地封装了联邦成员问的网络通讯功　能；联邦成员用于完成仿真实体模型的解算，并实现　与ＲＴＩ的接口功能［１　。仿真流程包含以下几个步　骤：　１）联邦成员初始化工作。包括创建联邦、加　入联邦、订购／发布对象类和交互类、设置时间管理　策略、注册对象实例、同步点设置等工作；　２）进入仿真循环。部分成员（如武器平台实　体）在仿真循环过程中注册对象实例，完成仿真模　型的解算、属性更新或交互发送，通过回调函数对　接收的信息进行处理，请求时间推进等；　３）退出联邦并由最后退出联邦的成员销毁联　邦。　ＲＴＩ作为ＨＬＡ仿真应用的基础软件层提供