基于组件的《武器装备系统概论》课程教学实验平台研究

张耀鸿，　谭东风

(国防科技大学 信息系统与管理学院, 湖南 长沙 410073)

基于组件的《武器装备系统概论》课程教学实验平台研究

张耀鸿，谭东风

(国防科技大学 信息系统与管理学院, 湖南 长沙 410073)

摘要《武器装备系统概论》是我校指挥类专业的技术基础必修课程和工程技术类专业的公共基础选修课程，实验教学是其重要组成部分。通过对现有科研成果的适应性改造，构建课程教学实验平台，使之满足课程教学需要，让学员能够通过仿真实验的方法理解课堂教学内容，加强对典型武器装备系统技术原理及其作战应用特点的深入理解，打牢学员结合任务灵活运用武器装备的科学基础和战术意识，提高教学效果。

关键词组件；课程教学；仿真

《武器装备系统概论》是我校军事指挥类专业的技术基础必修课程和工程技术各专业的公共基础选修课程(军事技术系列)。课程旨在使学员掌握主要武器装备的特点、分类、发展简史、装备战术技术性能以及基本科技原理，理解典型作战样式中武器装备的运用原则与方法。

课程通过教学与实验相结合的手段来进行，通过课堂教学使学员对各类武器装备的基本知识有一个系统的了解，通过实验手段对典型武器装备科技原理及其作战应用进行建模分析，打牢学员技术与战术相结合的指挥素养。其中，教学实验平台是让学生通过实验深入掌握课堂所学内容，提高教学效果的重要辅助手段。目前在教学实验平台的建设中，主要根据具体课程的要求、特点来进行构建，构建方法各不相同[1-3]。根据本课程的特点和课时安排，教学实验平台采用建模仿真手段为支撑，学生通过配置武器装备模型参数，构建武器装备模型体系，通过观察仿真运行和分析仿真结果来理解课堂教学内容。

在课程教学实验平台的建设中，调研和试用了相关仿真软件和战争游戏。仿真软件如MAK公司的VR-FORCE软件，VPI公司的STAGE，AGI公司的STK等，这些软件相对比较专业，不易被学生快速掌握，应用于本课程教学中还存在一定的差距[4-6]；战争游戏如《简氏战争》游戏，《驱逐舰指挥官》等，这些游戏画面逼真，对抗性好，但科技原理的分析演示不突出，且不易扩展。这些仿真软件和战争游戏为本课程教学实验平台的建设提供了有益的参考。基于组件的建模仿真环境是我院现有的科研成果，主要是应用于指挥信息系统的建模、仿真与分析。本文介绍了一种基于课程教学要求，对该成果进行适应性改造，建设课程教学实验平台的思路，为提高学生的创新实践能力提供技术支持。

1《武器装备系统概论》课程结构

《武器装备系统概论》课程主要介绍主战装备，不包括保障装备，这些装备的种类较多，相互之间的关系比较复杂，为了有效地安排课程教学内容，课程采用了“四纵四横”的组织框架。所谓“四纵”是按照武器装备的特点，将武器装备系统划分为弹药、武器、平台和体系4个层次；所谓“四横”是指每个层次的装备均按概述、科技原理、装备实例、作战运用4个方面展开介绍，如图1所示[7]。

图1　《武器装备系统概论》课程结构

武器装备系统的4个层次中，首先弹药是对目标实施直接毁伤的装备，如通常所称的战斗部；武器是将战斗部直接投射到目标位置的装备，如枪炮、导弹等，其中信息武器是一种通过电磁波、网络或信息系统等信息传播或处理手段对抗目标及其系统的新型武器；平台是具有装载武器、弹药或其他装备，并能够在相应作战空间中机动到目标区域的装备，如陆上、海上、空中和空间作战平台等；体系则是上述弹药、武器和平台装备组成的具有多种综合作战能力的集成系统，如航母战斗群、联合火力打击装备体系等。

在每类装备的介绍上，课程按概述、科技原理、装备实例和作战运用4个方面展开，其中，概述部分主要介绍装备的基本概念、组成、分类和发展历程等；科技原理部分则主要选择直接决定或影响装备功能、效能和使用方式等方面的科学技术知识；装备实例部分主要分析中外军队典型装备现状、特点及其比较；作战运用部分主要介绍装备的作战用途、使用方式和优缺点等，并结合技术原理进行分析。

2基于组件的课程教学实验平台构造

课程教学实验平台面向本科学员，是课程教学的辅助手段，应该具有操作简便，结构灵活的特点，使得学员能够快速掌握并使用。本课程的教学实验平台构造依托现有的科研成果(基于组件的建模仿真环境)来实现，其优势在于可以充分利用现有的科研成果，如模型库、案例库、想定库等资源，学员可以充分借鉴和利用现有成果，减少工作量。

基于组件的建模仿真环境采用了基于组件的建模仿真方法来设计。这种方法采用软件组件标准(SOA，CORBA，COM标准等)开发仿真应用，实现仿真功能模块的即插即用，提高仿真重用度，在仿真领域得到了广泛应用[8-10]。

基于组件的建模仿真环境系统结构如图2所示。

图2　基于组件的建模仿真环境系统结构

模型编辑器用于建立基本组件仿真模型，并通过模型组合机制构造复合组件模型；可视化仿真编辑器使用户以拖拽的方式从模型组件库中选择模型组件，用图标标识模型，并配置模型间的交互关系，以不同的颜色线表示；模型组件库中存放着组件模型信息，主要包括模型的应用领域，模型类别、设计人员、版本等信息；模型库管理器负责组件库的维护；仿真实验管理器对仿真实验进行配置和管理，在仿真运行中接受用户命令，控制仿真进程；运行支持子系统实现模型间的信息交互、信息共享和时钟同步。

根据教学实验的需求，对现有系统的结构与运行机制进行了相应的调整，以适应课堂教学要求。

1) 模型结构。按照《武器装备系统概论》课程教学的特点，在模型的原有属性集合中，增加了武器的火力指数、武器的毁伤情况、武器的机动状态等属性。与武器装备体系的构成特点类似，模型总体结构中，陆上、海上、空中、空间作战平台和弹药为基本组件模型，利用模型的组合和嵌套机制，平台模型中嵌套弹药模型，平台编队模型中嵌套平台模型，其结构如图3所示。整个武器装备体系可以看成平台、平台编队组成的信息交换网络。

图3　模型结构

2) 运行机制。为便于对课程内容的理解，使得学员能够深入理解课堂内容，需要演示武器装备平台的状态与运动轨迹，平台交互事件(如探测、交火等)及相关事件之间时序关系等内容，以增强教学实验研究的直观性。原有环境采用离散事件仿真技术，仿真时钟的推进是在随机离散时间点上发生，时钟推进步长具有一定的随机性，不便于实现动画演示的平滑效果。为此，系统在仿真调度时，按照等时间的间隔生成动画演示事件，修改平台的状态和动画刷新，实现动画演示的平滑效果。

3) 外部接口。课程教学中，还需要使用其他软件的部分功能，根据不同软件的特点，采用组件调用方式、远程代理方式、HLA/RTI接口等方式实现。例如在讲授空间作战平台中，需要演示卫星轨道、覆盖性计算、链路可见性等内容，需要集成AGI公司的STK软件，根据STK软件的特点，系统采用组件方式调用其功能。

3课程实验教学流程

依托课程教学实验平台，课程实验教学流程可分为以下7种类型。

1) 实验背景设计。结合课堂教学内容，教员根据某军事应用问题，建立实验背景，主要包括作战环境、部队部署、基本作战行动、装备性能参数等内容。

2) 武器装备体系设计。根据实验背景，学员构建武器装备体系。在教学实验平台中，采用“双层网络建模”的方法进行构建，首先建立武器平台、平台编队及其信息交换关系，即信息交换网络；其次，建立武器平台之间的底层通信网络，并将信息交换网络中的信息交换关系与通信网络中的通信连接关系进行关联。

3) 模型设计。在教学实验平台中，已经具备基本的武器平台模型，学员一般不需要进行开发，只需进行选择和配置即可，但特殊情况需要开发新模型时，需要按照教学实验平台的COM组件模型标准，采用Microsoft Visual C++语言、Microsoft Visual Basic 语言或者组件Petri网模型等方式实现。

4) 实验参数设计。根据实验背景设计和武器装备体系，对武器平台模型进行基本配置，例如设定平台位置，平台运动轨迹，武器基本性能参数和敌方基本行动等。

5) 实验配置设计。设置数据采集方式、数据采集周期、动画演示速度、全局共享变量等。

6) 仿真实验运行。启动软件进行仿真，可中断仿真进程，修改当前参数后继续仿真，系统运行界面如图4所示。

7) 数据分析与评估。通过实验产生的数据进行分析处理，并输出实验报告。

图4　系统运行界面

4结 束 语

目前教学实验平台采用单机版的运行方式，学生可以方便地部署到个人计算机上，系统包括了火箭军火力打击、舰队编队对抗、装甲兵机动作战、区域防空等案例，基本涵盖课程中的主要装备，学生通过教学实验平台的仿真实验进一步掌握了课堂讲授知识，同时提高了学习兴趣。通过对科研成果的适应性改造，使之满足课程教学需要，不仅使得学员能够通过仿真实验的方法理解课堂教学内容，而且能够促进教学模式的变革，实现翻转式课堂教学、研讨式教学等，为当前军事院校的教学改革提供有力的技术支撑。

参考文献(References)

[1]王伟,徐振海,傅其祥，等. “雷达原理与系统”课程教学实验平台建设[J].电气电子教学学报,2010,32(5):93-95.

[2]张乐君,夏松竹,国林.“网络安全与防护技术”课程研究型开放式实验教学方法研究[J].考试周刊,2015(22):135-136.

[3]景朋森,许春根,周洪宝，等.《计算机网络管理》课程实验教学平台的开发[J].实验科学与技术,2012,10(4):42-46.

[4]唐雪梅,李斌.VR-FORCES想定管理指南[M].北京：国防工业出版社,2012：23-26.

[5]杨颖,王琦. STK在计算机仿真中的应用[M].北京：国防工业出版社,2005：121-134.

[6]伍江华,陈建勋.STAGE在C3I仿真测试系统中的应用[J].武汉科技大学学报,2004,27(1):76-79.

[7]谭东风,朱一凡,戴长华，等, 武器装备系统概论[M].北京：科学出版社,2015：78-89.

[8]葛新,董朝阳,梁小江.基于OSGi面向服务的软件体系架构[J].计算机技术与发展，2012,26(10):121-124.

[9]张耀鸿,罗雪山,余滨. 基于组件的分布离散事件仿真环境[J].系统仿真学报, 2002,14(8):1019-1021.

[10]ZHANG Y H,ZHANG X F.Modeling and simulation method of component based Petri net[J].Advanced Materials Research,2014,936:2254-2258.

(编辑：田丽韫)

Course Teaching Experimental Platform of“IntroductiononWeaponEquipmentSystems” Based on Component

ZHANG Yaohong，TAN Dongfeng

(Information System and Management School, National University of Defense Technology, Changsha Hunan 410073, China)

Abstract“Introduction on Weapon Equipment Systems” is a technical basic compulsory course for command specialty and a public basic selective course for engineering technology specialty in our school and experimental teaching is an integral part of the course. This paper, builds up a course teaching experiment platform meeting demands of course teaching by adaptive renovation of the existing scientific research achievements. In addition, it can enhance teaching effect by allowing students to understand contents of class teaching by means of simulation experiments, and thus deepens the understanding of technical principles of typical weapon equipment system and its characteristics in military applications and lays a solid foundation in basic scientific knowledge and improve the trainees’ tactic consciousness in different missions.

Keywordscomponent; course teaching; simulation

收稿日期2015-07-19

作者简介张耀鸿(1973—)，男，副教授，博士，主要研究方向为指挥信息系统。yaohongzhang@nudt.edu.cn

中图分类号E073

文章编号2095-3828(2016)03-0034-04

文献标志码A

DOI10.3783/j.issn.2095-3828.2016.03.007