空地导弹模拟训练仿真系统设计研究

赖贵旺 肖树臣

（中国人民解放军空军航空大学，吉林 长春130022）

0 引言

在现代战争中，空地导弹往往发挥着决定性作用。例如在2011年发生的利比亚战争中，多国部队利用空地导弹对卡扎菲政府军目标进行持续打击，直接引导着战争局势的走向，取得了显著效果。战时的高效完成任务，取决于平时的大量训练。而在日常训练中，空地导弹装备受费用、寿命、数量等因素制约，难以快速提升战斗力。为了解决训练量与装备寿命等的矛盾，可采用现代仿真技术开发出相应的模拟训练系统，以较低的成本和较高的仿真度来满足空地导弹的日常训练需求[1]。

在当前仿真技术中，HLA以其良好的仿真应用的互操作性和仿真资源的可重用性已成为开发分布式仿真训练系统的首选方案，是当前大型仿真训练系统的主要发展方向。据此本文采用基于HLA技术进行某型空地导弹模拟训练系统设计的开发研究。

1 高层体系结构HLA

高层体系结构HLA由美国国防部提出，主要目的是促进仿真应用的互操作性和仿真资源的可重用性。HLA将实现某种特定仿真目的的仿真系统称为联邦。联邦由联邦对象模型、若干联邦成员和运行时间支撑系统RTI构成。

HLA显著的特点是通过RTI将仿真应用层同底层支撑环境功能分离开，即将具体的仿真功能实现、仿真运行管理和底层传输三者分离，隐蔽各自的实现细节，从而使开发具有相对独立性，同时实现应用系统的即插即用。因此，利用RTI作为仿真支撑系统软件，进行多领域建模及基于HLA的分布式协同仿真运行，解决了空地导弹这样复杂系统综合仿真要求的仿真应用互操作性、可重用性、可扩展性和实时性等，能够达到很好的效果。

2 仿真系统总体结构设计

仿真训练系统主要目的在于提供一个能够满足部队人员进行空地导弹模拟训练的仿真环境，该系统基于HLA框架，能够对各个部分进行相对独立的开发研究。系统以飞机、空地导弹和目标为仿真对象，模拟导弹加载任务规划、飞机发射导弹、电视导引头开机并回传图像、识别并跟踪目标以及摧毁目标等过程。下面开始进行联邦设计。

2.1 设计联邦、确定联邦成员

联邦设计是在系统分析的基础上进行的，并不需要将每一个仿真实体都作为一个联邦成员，根据仿真的目的和应用，每个联邦成员可以包含若干个仿真实体。据此系统可划分成以下几个联邦成员：仿真控制邦员、模型管理邦员、飞机邦员、空地导弹邦员、数据记录邦员以及视景仿真邦员等，其主要组成如图1所示。

其中，主要邦员所要完成的功能如下：

1）模型管理邦员：负责制定仿真过程中的各种模型，使得仿真以模型驱动的方式运行，增加仿真的逼真程度，提高模拟训练的效果。

2）仿真控制邦员：负责推进仿真运行，以及各联邦成员之间的同步控制。

3）指控邦员：用户与系统的接口，用户通过指控邦员进行模拟训练，主要有航迹规划，发射控制导弹，控制导引头截获目标，引导导弹打击目标等。

4）飞机邦员：在模拟训练系统中用于模拟某型空地导弹系统的指挥控制枢纽，规划导弹的航迹，控制导弹的发射，接收导弹回传的信息及视频信号。

5）空地导弹邦员：模拟导弹的各种工作情况，模拟导弹型号，接收飞机邦员信息并反馈，发送“导弹准备好”信息，回传末制导视频，识别目标并跟踪，摧毁目标。

6）视景仿真邦员：虚拟飞机座舱、战场环境、目标等。

图1 系统仿真平台联邦结构

2.2 系统FOM/SOM开发设计

联邦对象模型（FOM）和仿真对象模型（SOM）由仿真设计人员制定并颁布。设计对象类和交互类是FOM/SOM设计的最重要内容，通过它们可实现联邦成员之间的信息交换和互操作。通过设计对象类和交互类，从而确定各个联邦成员之间的数据流和控制流。系统根据功能需求，设计了目标、导弹、飞机、环境、干扰和指挥等几个对象类，控制仿真、指控信息、以及空地导弹四个交互类。对象类的基本属性、属性标识以及数据类型等具体如表1所示，交互类的参数、参数标识以及数据类型等具体如表2所示。

表1 对象类基本属性

表2 交互类

2.3 发布与订购

在HLA中，系统通过每个邦员公布计划产生的对象类和交互类，并订购感兴趣的对象类和交互类，以此实现各个邦员之间的信息交换和互操作。模拟训练系统中各个邦员与对象类交互类的发布订购关系如表3所示：

表3 FOM/SOM发布与订购关系（P：发布；S：订购）

3 系统实现

3.1 开发环境

系统采用Windows XP操作系统，以协同仿真平台的高层建筑BH RTI 2.0软件为建模环境，利用VC++6.0编程软件，搭建一个集空地导弹通信指挥、发射控制、操作流程及系统教学为一体的仿真模拟训练平台。

3.2 仿真执行过程

仿真执行的具体步骤如下：

1）仿真开始运行，系统调用InitializeFederation()初始化各个数据，调用Fed.CreateFederation()创建空地导弹模拟训练系统联邦，调用Fed.JoinFederation()使总控、指控、发控、导弹、数据记录等邦员加入联邦；

2）系统调用Fed.InitRTI()获取导弹、控制平台等对象类及其属性，仿真控制、指控、发控、导弹等交互类及其参数的句柄值；

3）调用Fed.PublishAndSubscribe()声明对象类、交互类以及各个邦员之间的发布/订购关系；

4）调用Fed.InitializeTimeManagement()声明本训练系统时间推进策略；

5）调用CreateFederation()类下的派生类，注册对象类；

6）判断仿真是否结束，如果条件不满足，则进入循环，继续仿真；如果满足条件，则进入下一步骤；

7）调用 Fed.ResignFederationExecution()和 Fed.DestroyFederation Execution()退出并注销联邦，模拟训练仿真过程结束。

4 总结

本文首先简要讲述了高层体系结构HLA原理，并重点研究了某型空地导弹模拟训练系统的具体设计开发过程。研究表明，对模拟训练系统联邦的各个成员的定义及对象类、交互类的设计，是整个系统设计实现的关键，在整个设计中具有决定性作用。由于本系统基于HLA开发，具有较高的兼容性及可扩展性，可以在后续工作中继续进行空空导弹、火箭弹以及航空炸弹模块的开发，也可以嵌入或者加载其它仿真训练系统，构成庞大的仿真训练网络，这对于未来空地导弹模拟训练系统的进一步开发设计具有一定的参考价值。

［1］王利,赵振南,张亮.基于 HLA 的导弹仿真系统[J].信息技术,2013(6)：152-156.

［2］陈蕾,姜允东.某型电视制导空地导弹仿真研究[J].系统仿真技术,2012,8(3)：192-196.

［3］马潇潇,李青,耿广龙,等.基于HLA的空地制导武器仿真训练系统研究[J].舰船电子工程,2012(6)：4-7.