水声对抗系统仿真体系架构分析

潘 悦，皇甫立，韩 澎

(水声对抗技术重点实验室，中国船舶工业集团公司 船舶系统工程部，北京100036)

0 引 言

随着反潜战技术和装备的不断发展，水下作战平台在战场上将面对多种反潜平台，如反潜飞机、水面舰艇、潜艇、水下监视系统共同组成的立体反潜网的警戒探测和鱼水雷武器的攻击。反潜机具有非常高的速度和灵活的机动性，并配备吊放声呐、声呐浮标等多种探潜手段，可携带空投鱼雷对潜实施攻击，水面舰艇和潜艇配备越来越多的舰壳声呐和拖曳声呐，以提高对水下平台的探测能力，新型鱼雷不断出现且反对抗能力不断增强。在海战中水下平台如何综合利用各种传感器获得威胁目标的信息，并充分考虑水下声信道传播的复杂性，评估本平台受到的威胁程度，根据本艇的防御武器情况，采取何种对抗措施以达到最佳的反探测和防御效果，在对抗与反对抗的过程中不断发展和提高系统的能力，这些问题均是水声对抗系统技术需要解决的主要问题。

水声对抗系统仿真应能为开展水声对抗系统、水声对抗器材关键技术以及相关技术的论证、设计开发、仿真测试和验证、性能评估提供高效的研究环境。由于水声对抗系统仿真具有对抗平台、对抗目标和需仿真研究的关键技术多种多样的特点，因此水声对抗系统仿真的体系结构应能支持在每种不同仿真任务下灵活地构建仿真系统，同时由于系统仿真是一项长期的有继承性的工作，需能较好地集成和利用已有的模型或模拟器，并具有良好的可扩展性和系统管理功能。

1 水声对抗仿真体系架构分析

1.1 仿真研究环境组成

水声对抗系统技术仿真研究环境主要由本平台水声对抗仿真平台、对抗目标仿真平台、水声对抗仿真支撑平台构成。本平台水声对抗仿真平台主要由本平台传感器、信息处理、指挥控制、水声对抗器材和武器发控的各模拟组件等组成;对抗目标仿真平台主要由潜艇、水面舰或反潜飞机及其传感器、信息处理、指挥控制、武器发控、鱼雷，水下警戒系统或网络的模拟组件等组成;水声对抗仿真支撑平台主要构成包括导演台、时统、数据库和模型库、仿真系统构建及运行管理设备、记录评估设备、仿真系统网络及三维视景演示设备等。

1.2 体系架构需求

水声对抗系统仿真根据仿真的目的可分为2 种，一种是为系统及其关键技术和产品开发服务的实时精细仿真，参加仿真的可能是实际系统和设备的实物或半实物;另一种主要是基于数学和逻辑模型的效能仿真和过程仿真，主要目的是对系统效能和过程的合理性进行仿真，对仿真的装备的实际处理程序并不关心，而主要关心的是参加仿真的成员的性能和信息交互。上述2 种类型的仿真在体系架构上都有各类仿真数据、模型、模拟器、平台的互操作性、重用性等的共性需求，但第一类实时精细仿真具有更高的需求，这类仿真实时性要求高，在仿真体系架构上需能支持装备中常用的Vxworks 等实时操作系统，支持跨操作系统、跨平台的分布式信息交互，同时在部分仿真任务中存在系统动态构建和重构的需求。在水声对抗系统仿真这一需长期建设和研究的项目中应尽可能地选择成熟的、主流的商业标准和软件工具。本文提出了建立基于CORBA 标准的系统集成管理平台仿真环境和基于HLA 标准的协同仿真平台环境，使用相应的工具软件，以满足水声对抗系统技术研究的不同仿真需求。

1.3 基于CORBA 标准的系统集成管理平台的体系架构分析

信息管理中间件简化和优化了平台和上层应用之间的接口，在建立一系列规范的基础上，能有效保证在目前分布式系统的研制模式下，不同研发单位的研制产品能方便地集成到新的系统中来。

基于CORBA 标准的系统集成管理平台具有组件管理、封装、调试和部署等功能，可以实现跨软硬件环境的互操作，建立信息的订阅/发布方式，进行特殊通信协议的包装，满足实时性任务的需求，提供了不同操作系统之间的优先级映射机制，提供了连接和线程处理的优化处理策略，能满足组件级别的动态重构，并可根据负载状况，进行任务的动态重构，从而实现资源的合理应用和系统负载平衡。应用基于CORBA 标准的系统集成管理平台的系统体系架构示意如图1所示。

图1 基于CORBA 标准的系统集成管理平台的系统体系架构Fig．1 System structure of integrated wanagement platform based on CORBA

采用该体系架构的益处有:

1)使用面向组件、面向对象的开发方式，使软件复用得以最大限度的实现。

2)使应用逻辑与功能实现摆脱紧耦合的关系，使系统的设计者可以将重心放在对系统流程设计上，而不需要关心功能模块的运行位置。

3)可以实现任务重构和负载平衡，以及实现任务的运行位置迁移，从而根据负载状况，进行任务的重新分配，实现负载平衡。

4)避免冗余信息的发布，而且使通信双方做到了透明通信。

5)实现即插即用功能，任何一个新加入的组件，只需在组件信息管理器中注册即可加入到系统中，不会影响到已有组件。

1.4 基于HLA 标准的协同仿真平台的体系架构分析［1］

协同仿真平台是一个支持并管理分布、异地的团队，采用协同仿真技术完成舰艇武器电子系统分析、可视化建模、调试、运行、评估活动集成的应用软件套件，是基于并行工程理念，将管理、技术、人三者之间进行有机集成，用来管理复杂产品及其设计过程的整个生命周期，支持采用多学科虚拟样机技术进行产品创新设计，以缩短研制周期，降低研制成本与研制风险，提高研制质量。

基于HLA 标准的协同仿真平台具有7 项主要功能:仿真项目管理、高层建模功能、仿真运行管理、仿真可视化功能、仿真评估功能、仿真模型管理功能、与其他商用工具集成的功能。

采用该体系架构的益处有:

1)建立了1 套较为完整的协同仿真开发模式。

2)提供了1 套覆盖仿真全生命周期的协同仿真建模、测试、运行和评估的可视化的工具集。

3)系统分析人员和编程人员可有效分离。

4)可最大限度地支持数学模型、仿真模型、模拟器、仿真系统及仿真支撑系统的重用。

5)基于仿真引擎，封装了HLA 接口和对象类/交互类实现代码，用户不需HLA 编程，只需要编写具体的功能实体，减少了编程工作。

基于HLA 标准的协同仿真平台进行水声对抗系统仿真的系统基本构成示意如图2所示。

图2 仿真系统基本构成Fig．2 Component of simulation system

1.5 应用分析比较

通过上述分析，基于CORBA 标准的系统集成管理平台和基于HLA 标准的协同仿真平台都是很好的应用仿真工具，均解决了系统仿真所关心的模型重用、仿真系统集成和管理等问题，为系统仿真提供了良好的体系架构，由于二者基于的标准不同，因此不可能在1 套仿真系统中共存。基于CORBA 标准的系统集成管理平台由于具有支持实时操作系统、动态重构和负载平衡等功能，适用于为系统及其关键技术和产品开发服务的实时精细仿真，当然也可以用于效能和过程仿真;基于HLA 标准的协同仿真平台虽然不具备基于CORBA 标准的系统集成管理平台上述功能优势，但在支持系统仿真的全生命周期的高层建模、测试、运行和评估方面建立了比较完整的工具集，为用户进行基于数学和逻辑模型的效能仿真和过程仿真提供了多种有效、便利的仿真条件。

2 结 语

选择合适的系统仿真体系架构及其工具软件，对水声对抗系统技术的仿真研究具有事半功倍的作用。在仿真环境建设和开展系统仿真研究中，基于CORBA 标准的系统集成管理平台和基于HLA 标准的协同仿真平台均适用于水声对抗系统仿真，可在不同的仿真任务中发挥重要作用。同时二者都在向商业化软件方向发展，其工程化程度在不断提高，将为系统仿真提供更完善的服务，发挥更大作用。

［1］倪正，刘武平．基于HLA 潜艇武器系统仿真建模研究［A］．庆祝建部三十五周年科技论文集［C］．船舶系统工程部，2005．