基于CSA的电子对抗实体模型构建
2015-06-15杨娜，袁舒，古丛
杨 娜， 袁 舒， 古 丛
(1. 装甲兵工程学院装备指挥与管理系， 北京 100072； 2. 66489部队， 北京 100095；3. 北京特种车辆研究所, 北京 100072； 4. 装甲兵工程学院政治部， 北京 100072)
基于CSA的电子对抗实体模型构建
杨 娜1,2， 袁 舒3， 古 丛4
(1. 装甲兵工程学院装备指挥与管理系， 北京 100072； 2. 66489部队， 北京 100095；3. 北京特种车辆研究所, 北京 100072； 4. 装甲兵工程学院政治部， 北京 100072)
分析了电子对抗实体模型的建模要求，从实体的组成、结构、行为功能出发，抽象了一个通用的、可灵活装配的电子对抗作战实体模型框架CSA(Component, Structure, Action), 并基于该框架探讨了电子对抗实体模型的建模内容，从实体模型的建模过程、生成和实体对象的实例化研究了电子对抗实体模型的实现。研究结果表明: CSA模型框架能够较完整地描述电子对抗实体的特性，适合应用于电子对抗仿真系统中，并对作战仿真中实体模型的构建具有一定的指导意义。
电子对抗；实体模型；模型框架
4. Department of Politics, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China)
在现代信息化作战条件下，电磁技术广泛应用于各种武器装备和作战行动之中，电子对抗贯穿于战场态势感知、指挥控制、通信、机动、防护、火力打击、综合保障、武器装备运用的各个环节，对作战进程的发展产生了巨大的影响，电子对抗已成为现代信息化部队中的重要一员。随着电子对抗在现代作战中地位和作用的提升，以及人们对电子对抗认识的深入，电子对抗建模仿真研究已成为国内外作战仿真中的重要内容之一[1-4]。
战术级仿真建模的思路一般是以作战实体为最小仿真粒度，通过实体之间的编成关联、行为交互等形成对整个作战过程的仿真。电子对抗实体是指人和电子对抗装备构成的统一体，是具有独立功能的最小作战单元。因此，电子对抗实体模型的构建是电子对抗作战仿真的关键。
在作战实体模型的建模研究中，为提高模型的重用性、通用性以及实体行为的描述，Agent、一体化、组件化等建模方法[5-7]常被应用于实体模型的构建中。笔者结合电子对抗技术和装备的发展，对电子对抗实体模型的建模要求、建模框架、建模内容以及模型的实现进行研究，指导电子对抗实体模型的构建，以提高电子对抗实体模型的重用性和通用性，为电子对抗仿真研究奠定基础。
1 电子对抗实体模型的建模要求
1.1 一般作战实体模型的通用建模要求
1) 独立性。实体的行为功能应相对独立。
2) 通用性。作战仿真中实体众多，必须合理地抽象出一般作战实体的共性，建立一个相对通用的模型框架，以便统一表达。
3) 可更新性。随着部队的建设和发展，武器装备不断更新，因此模型建立时必须保证其具有一定的兼容性，要考虑到今后装备的发展变化。
4) 人装结合的特性。实体模型既要描述人，也要描述装备，体现人操作装备所表现出来的实体行为功能。若没有装备，单独的人无法实施作战；若没有人，则无法发挥装备的性能。
5) 与其他模型的交互特性。不同作战实体之间存在大量的交互，在建立模型时不仅要预留接口，还要充分考虑到作战实体间的相互影响和作用。
1.2 电子对抗实体模型的专业建模要求
电子对抗实体既要符合一般作战实体的通用建模要求，又要体现电子对抗实体的专业特点，因此电子对抗实体模型需满足以下专业建模要求。
1) 通专结合。电子对抗实体模型应具有一定的通用性，既可表示通信对抗、雷达对抗、光电对抗等不同专业的电子对抗实体，又可表示不同类型的电子对抗实体。
2) 综合多能。近年来，电子对抗装备发展呈现出多平台、多功能、多专业综合的一体化特性[8-9]，模型要能够描述这些特性所对应的电子对抗实体。
3) 电磁交互。电子对抗通过电磁波作用于电磁领域，在现代战场上，电子对抗实体与敌我双方的指挥控制、通信网络、侦察情报、武器装备等实体之间存在大量的电磁交互，还与作战环境相互影响。因此，模型要考虑到复杂的电磁交互以及电磁环境的威胁和影响。
2 基于CSA的实体模型框架
2.1 实体的抽象
文献[10-11]作者从实体的状态、结构、行为、关系等要素出发研究了实体的概念模型。本文重点从实体的组成(Component)、结构(Structure)和行为功能(Action)3方面展开研究。
组成是指实体的内部要素，包括人和装备。人为单独的个体，不可再分；装备由平台和设备组成，还可以继续向下分解为各个部件、子部件等。由于实体的单装特性，常常对装备组成要素只考虑到平台和设备，不再继续向下分解。
结构是指实体各组成要素之间的关系，包括2层：1)实体结构的描述，即人与装备之间的关系；2)装备结构的描述，指平台和设备之间的关系。结构能够将各组成要素有机地形成一个整体。
行为功能是指实体所具备的行为能力，是人使用装备的体现，包括通用行为功能和专业行为功能2类。一般的作战实体都具有的行为功能称为通用行为功能。由于装备专业特性不同而特有的行为功能称为专业行为功能，如：指挥控制实体的专业指控行为功能、保障实体的保障行为功能、火力打击实体的火力打击行为功能等。本文中专业行为功能主要指电子对抗行为功能。
组成、结构和行为功能三者之间的关系为：实体的组成和结构决定了行为功能；行为功能依附于实体的组成和结构，是组成和结构的体现。如果只对行为功能进行抽象而忽略实体的组成和结构，则实体的平台特性、装备类型、专业特性都封装成一个不可拆分的整体，模型将难以通用。
2.2 实体模型框架CSA及其特点
按照实体的抽象，构建一个通用的实体模型框架CSA(Component, Structure, Action)，如图1所示。其特点如下：
1) 该模型框架包括实体组成模型、实体结构模型和实体行为功能模型3部分，对实体有较完整的描述；
图1 基于CSA的电子对抗实体模型框架
2) 该模型框架实现了模型的模块化装配，具有较好的通用性。通过替换不同的装备模型、专业行为功能模型，并修改相应的实体结构模型，就可以实现对不同军兵种、不同类型装备的描述；
3) 该模型框架相对稳定，不会随实体模型的变化而变化，实现了模型与模型框架的低耦合性。
利用该模型框架建立的电子对抗实体模型能够满足电子对抗实体不同平台、不同对抗专业和多功能综合一体的要求。
3 电子对抗实体模型的建模内容
3.1 电子对抗实体组成建模内容
电子对抗实体组成建模主要是对各要素的状态、性能、分类、特性等属性进行描述。
3.1.1 电子对抗平台建模
电子对抗平台模型是对平台类别、物理特性、机动特性和状态等的描述，可以从其使用空间、行走装置、动力方式和功能等方面进行分类。平台基本属性包括基本标志、平台类别、机动状态、机动性能、其他状态信息和物理特性等属性类，每一类包括多个参数，如表1所示。
表1 平台基本属性
3.1.2 电子对抗设备建模
电子对抗设备模型主要描述设备的工作特性。同一平台上搭载不同的设备，则装备的功能将不同。
一般设备的基本属性有设备编码(作为设备的唯一标志)、设备型号编码、设备名称、设备类型、技术状态和工作状态等。
不同专业、不同类型的对抗设备需要不同的属性来表示，按照属性是否变化可分为以下2类：1)固有能力属性是设备固有的能力值，描述信号的辐射和接收能力；2)工作动态信息是在作战过程中某一时刻电子设备的工作状态，随人员的操作情况而发生变化。表2列出了电子对抗不同专业设备的主要属性[12-13]。
表2 电子对抗不同专业设备的主要属性
3.1.3 人员建模
人员的总体描述包括总数、类型、各类型人员的数量。对个体人的属性描述如表3所示。
表3 个体人属性
人员类型与电子对抗装备相关，在作战任务装备上一般有车长、驾驶员和操作员，其中：车长负责实体的指挥控制；驾驶员负责装备平台的机动；操作员控制电子对抗设备进行侦察和干扰。在指挥控制装备上的人员主要有指挥员和负责不同任务的参谋。人员状态描述身体和生存状态，包括良好、生病、轻伤、重伤、死亡等。经验程度描述人员的能力大小，包括指挥控制水平、平台/设备的操纵熟练程度以及面对战场状况的处理能力等，一般为定性描述，也可用优、良、中、差来定量表示。
人员的属性与实体的行为功能模型相关联，影响装备功能的发挥程度。一旦人员受伤或状态不佳，则装备的能力会下降；若人员死亡，又没有接替的人员，装备的功能就无法体现；经验程度也影响着装备能力的大小。
3.2 电子对抗实体结构建模内容
3.2.1 人员装备关系建模
人员装备关系模型(简称人装关系模型)描述装备上人员的类型和数量，与平台席位相对应。用一个4元组HER=
3.2.2 平台设备关系建模
参照人员装备关系模型，平台设备关系模型用一个4元组表示为DPR=
3.3 电子对抗实体行为功能建模内容
电子对抗实体行为功能模型基于设备、平台的性能建立，描述人员使用、操作电子对抗平台和设备的结果,包括通用行为功能模型和专业行为功能模型2类，如图2所示。
图2 电子对抗实体行为功能模型分类
4 电子对抗实体模型的实现
4.1 电子对抗实体模型的建模过程
图3为基于CSA实体模型框架构建电子对抗实体模型的过程，是对实体组成、结构和行为功能的分析和建模。
图3 电子对抗实体模型的建模过程
1) 电子对抗实体组成分析与建模。对人员和装备进行分析，重点是确定装备的组成要素和各要素分类；对各要素进行抽象，选择合适的参数进行描述，建立不同类型组分的模型，进行响应交互。
2) 电子对抗实体结构分析与建模。分析人员与装备的搭载关系和装备组分之间的配置关系，以此建立相应的关系模型。
3) 电子对抗实体行为功能分析与建模。分析电子对抗设备和平台的功能以及人使用装备产生的各种行动；应用设备和平台模型中的属性，建立行为功能模型，描述实体行为对各种属性参数的影响以及其与外部交互之间的影响和作用。
4) 电子对抗实体模型的校核、验证与确认(Verification, Validation and Accreditation, VVA)。无论是电子对抗实体的分析过程还是建模过程，都离不开模型的VVA。
4.2 电子对抗实体模型的生成
4.2.1 电子对抗实体组成的实现
按照组成建模内容，以属性作为成员，分别构建平台类、设备类和人员类，并按照各组分的内部分类形成类之间的派生继承关系。设备类和平台类的继承关系分别如图4、5所示。
图4 设备类的继承关系
图5 平台类的继承关系
4.2.2 电子对抗实体结构的实现
人装关系模型和装备结构模型采用数据库中的“人装关联表”和“平台设备关联表”表示，表结构分别如图6、7所示。
图6 人装关联表结构
图7 平台设备关联表结构
在仿真准备阶段，根据电子对抗装备上人员和设备情况，通过想定作业写入数据库；在仿真初始化阶段读取该表，写入平台模型中，以此来初始化生成相应的人员和设备对象。其中：人员编码和设备编码是唯一的，作为各表的主属性。如：“30115-2-2010401-1000021300”表示一名人员编码为30115、人员类型为2的指挥员在装备编制编码为1000021300的平台上，具体席位为编号2010401的指挥决策席；同理，“1101-1-1000021300”表示在装备编制编码为1000021300的平台上搭载了1个设备编码为1101的设备。
4.2.3 电子对抗实体行为功能的实现
电子对抗通用行为功能模型与平台模型相关联，有以下2种实现方式：1)设计专门的类，在平台类中包含行为功能对象，通过调用其类函数来实现，这种方法的独立性较好，有利于实现模型的模块化装配；2)直接嵌入平台模型之中，由平台类的成员变量和函数来描述，这种方法适用于平台的性能和功能相对固定的情况。
电子对抗专业行为功能模型与设备模型相关联，设备模型的属性作为行为功能模型的参数，根据设备来调用不同对抗专业的侦察、干扰行为功能模型。若平台上有多个设备，则分别调用各自的行为功能模型。
4.3 电子对抗实体对象的实例化
在“××装备培训与试验系统”中，电子对抗装备包括指挥控制装备、作战装备和维修保障装备3大类，涉及空中平台和地面平台。基于CSA的电子对抗实体模型框架，形成电子对抗实体模型组成如图8所示。
图8 电子对抗实体模型组成
电子对抗实体对象的实例化是以平台类为基础，通过实体结构模型确定设备、人员在平台对象上的搭载情况，生成相应的设备、人员对象；平台对象调用通用行为功能模型，设备对象调用专业行为功能模型，形成实体的行动和功能。以某型地面通信对抗实体对象为例：初始化时，调用地面轮式车辆模型、通信对抗设备模型和人员模型来实现实体的组成，调用装备结构模型和人装关系模型来实现实体的结构；运行时，地面轮式车辆模型调用通用行为功能模型来实现实体的指控、地面机动、防护、一般侦察、通信，通信对抗设备模型调用专业行为功能模型来实现通信对抗侦察、通信干扰和通信防护。
同理，通过实体组成、实体结构和实体行为功能中不同类模型的模块化装配，可构建并实现空中、地面不同的平台，雷达对抗、光电对抗作战任务实体，以及电子对抗指挥控制实体、电子对抗保障实体的模型和对象，实现不同的行为功能。
5 结论
本文从一般作战实体模型的通用建模要求和电子对抗实体模型的专业建模要求出发，研究了基于CSA的实体模型框架，探讨了电子对抗实体模型的构建方法。利用该框架和方法，可通过模块化的模型装配实现不同类型实体的构建，不仅能够完整地描述电子对抗实体的特性，还可应用于其他作战实体的建模，具有良好的通用性、稳定性和适应性。该框架现已用于电子对抗指挥实体、作战任务实体和保障实体的建立，具有较好的重用性，以此为基础所构建的电子对抗仿真系统能够支持陆军信息化部队的装备试验和装备运用研究。然而，本文只是在总体上对电子对抗实体模型的框架和构建方法进行了讨论，下一步，需重点对电子对抗实体行为功能建模展开研究，特别是复杂电磁环境下电子对抗实体与其他实体之间的协同行为和交互响应。
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(责任编辑:尚彩娟)
Modeling of Electronic Countermeasure Entity Based on CSA
YANG Na1,2, YUAN Shu3, GU Cong4
(1. Department of Equipment Command and Administration, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China；2. Troop No. 66489 of PLA, Beijing 100095, China；3. Beijing Special Vehicle Research Institute, Beijing 100072, China;
The modeling requirements of electronic countermeasure entity model are analyzed. A model frame of electronic countermeasure entity named CSA is abstracted from the components, the structure and the action of entity, which is with common use and flexible assembling. Based on model frame of CSA, the modeling contents of electronic countermeasure entity are discussed. Then, the realization of entity model is studied by modeling procedure, building and the instantiation of entity model. The study results show that CSA model frame can completely describe the properties of electronic countermeasure entity and be quite suitable for application in electronic countermeasure simulation system, which is important for guiding the modeling of entities in the simulation.
electronic countermeasure; entity model; model frame
1672-1497(2015)03-0089-06
2014-12-30
杨 娜(1983-)，女，博士研究生。
TN97; TP391.9
A
10.3969/j.issn.1672-1497.2015.03.018
