基于HLA的防空兵群作战仿真系统设计＊

崔玉林 左 军 罗玉华 田凤明

（1.防空兵学院 郑州 450052）（2.65571部队 四平 136000）

1 引言

防空作战作为现代战争的重要组成部分，对战争的进程和结局往往具有决定性影响。然而，由于地理环境、气象条件、战场电磁环境、参战人员心理状况等多种因素的综合影响，导致防空作战的结果带有很大的随机性，很难通过某几次防空演习评估防空作战的效能。为了能够快速有效评估防空作战效能，目前各国普遍采用的做法是开发具体的作战仿真系统，通过在计算机系统中模拟多种复杂因素并在多次重复实验中得出较为可靠的效能评估结果。HLA（High Level Architecture）技术是实现分布式仿真系统的核心，作为一种软件体系结构，HLA为仿真应用的开发者提供了构造和描述仿真应用的通用框架，支持仿真应用之间的互操作和仿真部件的可重用，其通过运行支撑环境RTI（Run－Time Infrastructure）提供通用的、相对独立的支撑服务程序，将仿真应用同底层的支撑环境分开，从而使各部分可以相对独立的开发。本文基于HLA技术框架，设计开发防空兵群作战仿真系统，着重分析联邦成员的构成以及对象类／交互类的设计。

2 系统想定

防空兵群作战仿真系统旨在基于HLA／RTI，在局域网内构建一个满足防空兵群作战模拟需求的人在回路的分布式仿真环境，主要模拟不同环境条件和战斗配置下空地对抗过程，由人的决策控制地面防空力量的使用，并根据仿真结果评定地面防空系统的作战效能。其主要功能包括：

1）拥有清晰的态势显示系统，能够动态显示空地对抗过程；2）能够模拟不同战场环境、气象条件、地理因素对对抗过程的影响；3）设置不同战斗配置，仿真不同战斗配置下的对抗过程；4）对防空作战结果进行效能评估，输出评估结果。

图1 系统作战仿真过程顺序图

系统仿真运行时，首先由仿真联邦管理成员初始化，启动仿真运行，并产生模拟空情和环境参数信息；由雷达联邦成员发现并跟踪空袭兵器，并将空情传送给群指挥所，群指再将作战命名和火力分配指令下发至高炮营联邦成员和导弹营联邦成员，完成整个空地对抗过程；整个仿真过程由态势显示联邦成员在屏幕上显示并由分析评估成员评估仿真最终结果。系统作战仿真过程顺序图如图1所示。

3 系统联邦设计

在此分布式仿真系统中，按功能共设计五个联邦成员，分别为防空兵群联邦成员（虚线框所围部分）、空袭兵器联邦成员、战场环境联邦成员、运行控制联邦成员、态势显示联邦成员。如图2所示。

图2 仿真联邦逻辑结构图

1）运行控制联邦成员：运行控制联邦成员负责联邦执行的创建，初始化联邦成员，产生模拟空情，控制整个联邦的开始、暂停和终止；

2）战场环境联邦成员：战场环境联邦成员负责各种战场环境的管理，包括地图信息的导入、模拟一定的电磁环境和气象条件；

3）空袭兵器联邦成员：空袭兵器联邦成员负责更新空袭兵器状态，并完成对地面目标的选择和打击；

4）态势显示联邦成员：态势显示联邦成员以三维视景的方式显示作战模拟的战场环境、地形地貌、战斗配置以及空地对抗过程，并以对话框的形式显示作战指挥过程。

5）防空兵群联邦成员又由下面几个成员组成：

（1）警戒雷联邦达成员：警戒雷联邦达成员负责发现空袭兵器，将空情信息传递给群指挥所。

（2）群指挥所联邦成员：根据实时空情、电磁环境以及地形气象条件，由群指挥员定下作战决策，并将作战命令下发至各个战斗单元。

（3）高炮（导弹）营联邦成员：高炮（导弹）营联邦成员根据群指挥所下达的作战命令，选择合适时机完成对目标的打击，并将战斗情况上报于群指挥所。

4 FOM／SOM开发设计

在HLA的OMT（对象模型模板）中，定义了两类对象模型。一类是描述仿真联邦的联邦对象模型（FOM），其主要目的是提供联邦成员间用公共的、标准化的格式进行数据交换的规范，它描述了在仿真运行过程中参与联邦成员信息交换的对象类、对象类属性、交互类、交互参数的特性；另一类是描述联邦成员的成员对象模型（SOM），它描述了联邦成员可以对外公布或需要订购的对象类、对象类属性、交互类、交互参数的特性，这特性反映了成员参与联邦运行时所具有的能力。

4.1 对象类设计

该系统仿真运行期间涉及到的仿真对象主要有群指挥所、高炮营、导弹营、警戒雷达、空袭兵器、空袭导弹，这些仿真对象在系统运行期间进行数据的更新与交互。因此，对象类的设计也是基于这些具体的仿真对象，具体包括群指挥所类（GroupCommandPost）、高炮营类（GPBattalion）、导弹营类（MissileBattalion）、警戒雷达类（Radio）、空袭兵器类（Aircraft）和地空导弹类（AirToGroundMissile）。

根据各类之间的具体属性，抽取共有的属性设计出共同基类Object类、作战单元基类CombatUnit类以及飞行物基类FlyingObject类，以便于其他类继承，增加系统的可扩展性和可重用性。系统对象类之间的继承关系如图3所示。

图3 对象类继承关系

4.2 交互类设计

在HLA中，交互是指一个成员中的某个或某些对象产生的，能够对其他成员中的对象产生明确影响的动作，交互类的设计关系到联邦成员之间信息交互和互操作的能力。本系统在设计交互类时需要充分考虑系统为完成特定功能所需的信息交互，其具体包括以下几个方面的内容：

1）实体对抗过程中，武器发射的交互，例如，高炮营发射炮弹、导弹营发射导弹以及空袭兵器发射空地导弹；

2）警戒雷达发现目标后需向群指挥所发送空情信息；

3）在完成对空打击过程中，群指挥所需要不间断地向作战单元发送射击指令和目标分配指令；

4）地面作战单元也需要及时将战斗状况报告群指挥所，即汇报战斗情况。

根据以上分析，本系统设计的交互类包括：空情信息交互（WarningMessage）、目标分配交互（FireAssigned）、射击指挥交互（Command）、信息上报交互（Report）、高炮发射交互（GPFire）、导弹发射交互（MissileFire）。同样，抽取共同属性，设计共同基类InteractionClass，发射基类Fire。如图4所示。

图4 交互类的继承关系

4.3 公布／订购关系

联邦成员通过公布／订购和自己相关的对象类、对象类属性以及交互类，达到更新属性值、获得自己感兴趣的数据的目的，支持系统完成仿真功能。本系统对象类和交互类的公布／订购关系如表1所示。

表1 对象类和交互类的公布／订购关系表

5 结语

本文提出了基于HLA的防空兵群作战仿真系统的框架体系结构，阐述了HLA的设计思想和开发过程，旨在构建一个高效的、具有良好扩展性的防空兵群作战仿真系统，以便评估防空兵群作战效能以及辅助指挥员进行作战指挥训练。

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