一种分布式结构的电子装备仿真验证平台构建方法

文/刘荣 张凤伟 蔡臻祥

一种分布式结构的电子装备仿真验证平台构建方法

文/刘荣 张凤伟 蔡臻祥

本文从电子装备验证检验过程中的实际使用需求出发，介绍了一种分布式结构仿真验证平台的构建方法。首先通过分析平台的用途，确定了平台需具备的功能。进而从逻辑结构和技术架构两个方面提出了平台的总体结构，并给出了平台各子系统的详细设计，重点描述了各子系统的具体功能及组成模块，最后给出了仿真平台的硬件结构设计。

电子装备 仿真验证 过程推演

1 引言

电子装备在研制过程中，对其性能和技术指标的验证往往需要使用大量装备设备的配合，用以设置使用场景和构建使用环境。若全部用真实装备搭建验证环境首先耗资巨大，时间周期长、实施难度大，并且对于具有毁伤性能的电子装备，有的使用场景无法全部使用真实装备和设备来构建。通过仿真技术能够很好地解决上述难题，因此，仿真平台在电子装备的论证、研制和检验过程中具有重要的作用。

2 平台主要功能

2.1 场景想定分析设计功能

可实现车载、机载电子装备运动轨迹设计，可在二维和三维电子地图上设置电子装备的布署位置，设置使用场景中的地理、气象环境。

2.2 验证过程仿真与控制功能

可根据场景设计自动仿真推演验证过程，并能进行人工干预。可用验证过程仿真数据实时驱动视景仿真模型，对仿真过程进行二维和三维的视景演示。

2.3 使用环境分析功能

可根据装备数量、部署位置、交互态势等，分析验证过程中双方对抗装备所形成的电磁态势。

2.4 装备效能评估功能

可提供效能评估分析与计算工具，辅助完成装备作战效能评估。

3 平台总体架构设计

3.1 逻辑结构设计

根据平台的主要功能，可将该平台从逻辑上划分为场景想定设计、验证过程推演、装备性能评估三个应用子系统和建模与仿真、公共支撑两个基础子系统。逻辑结构见图1。

图1：电子装备仿真验证平台逻辑结构图

3.2 技术架构设计

平台从技术层面可分为验证应用、仿真系统、仿真模型、数据资源、基础设施五层架构，如图2所示。

图2：电子装备仿真验证平台体系结构图

4 子系统设计

4.1 场景想定设计子系统

主要完成电子装备模拟、使用环境模拟、虚拟对抗布署等，构建对抗双方的攻防态势。包括装备载体运动轨迹设计等4个功能模块，如图3所示。

图3：场景想定设计子系统结构图

（1）装备载体运动轨迹设计模块主要实现运动轨迹生成，可设置关键点数据生成轨迹曲线，也可直接绘制轨迹。

（2）验证环境设计模块主要完成气象和地理环境部署，并通过部署相关电子装备构建电磁环境。

（3）装备布局设计模块主要实现所有参与验证仿真过程的装备在电子地图上的位置部署，设计验证场景的布局。

（4）电磁环境分析模块主要计算被验证电子装备与验证检验环境中其他电子装备的相关度，并在推演中统计电磁环境参数，完成电磁环境评估。

4.2 仿真控制与推演子系统

主要对验证检验过程进行仿真推演与视景演示。包括仿真参数初始配置等6个功能模块，如图4所示。

图4：仿真控制与推演子系统结构图

（1）仿真参数初始配置模块主要进行仿真基础参数设置，完成仿真运行的初始化。

（2）时统控制模块为各子系统提供统一的时间步进。可根据不同仿真粒度需要，更改时间步进。

（3）仿真进程控制模块主要是在推演过程中，实现交互对抗双方装备在验证检验中的交互过程控制。

（4）参考坐标系设置模块用于设置基础坐标系，并提供坐标转换服务。

（5）二维与三维可视化模块主要实现装备、环境、场景的可视化仿真。

（6）三维模型动作特效模块主要实现辐射、打击、毁伤等动作效果的可视化仿真。

4.3 模型构建与管理子系统

完成系统各类仿真模型建设，并对模型的调用、存储、修改等进行管理与控制。包括组件建模工具等4个模块，如图5所示。

图5：模型构建与管理子系统结构图

（1）组件建模工具模块主要完成装备模型组件（如天线、发射机、接收机等组件）建模。

（2）模型装配模块主要是提供装备组件模型的自由选择功能，并能将选出的多个装备组件模型组装成完整的装备模型。

（3）模型数据管理模块主要是对单个模型的参数和模型整体进行管理，提供参数的存储、更改、删除等操作。

（4）模型编译模块通过调用不同的编译器完成对装备模型的编译功能。

4.4 装备效能评估子系统

装备效能评估子系统对交互过程的推演结果进行数据处理与效能评估。包括评估指标体系构建等5个模块，如图6所示。

图6：装备效能评估子系统结构图

（1）评估指标体系构建模块的主要是根据指标间的相关度，分层次建立效能、性能、定量化、定性化等指标构成的指标体系。

（2）非同源验证数据综合处理模块主要是将不同来源的验证检验数据按照其相关性，转换为能够直接用于评估指标解算的数据形式。

（3）评估方法模型构建主要是为用户提供评估方法模型建模向导，辅助建立评估方法模型。

（4）评估算法模块的主要是提供通用评估算法工具，支持用户自定义评估算子，并提供算子构建工具。

（5）显示与输出模块主要是以图形、文档、表格等形式存储、显示和输出评估结果。

4.5 数据库与公共支撑子系统

数据库与公共支撑子系统一是为平台提供数据库服务，二是提供平台运行的硬件环境和应用软件的开发运行环境。由硬件平台、软件平台、数据库3部分组成，如图7所示。

图7：数据库与公共支撑子系统结构图

5 平台硬件结构设计

根据平台功能和总体结构，其硬件部分可选择由计算服务器、图形工作站、网络交换机、投影显示设备和终端计算机等构成，结构设计如图8所示。

图8：平台硬件系统结构示意图

（1）计算服务器用于系统的运算与处理，以及时统控制、仿真管控、数据库服务。

（2）图形工作站主要用于验证检验过程的视景演示开发、管理和运行。

（3）终端计算机用于各分系统的开发与运行。

（4）网络交换机用于系统内的数据交互。

（5）投影显示设备用于仿真运行过程中图形、图像与数据的综合显示。

6 结束语

仿真系统的构建与实现方法多种多样，本文通过一种模块化的设计思路，设计组件化的平台体系结构。在结构设计方面采用HLA协议建立分布式仿真结构，使平台兼备开放性、和扩展性。使用者可通过功能模块重组快速构建不同的数字化验证检验场景，对电子装备整系统、整建制的使用进行全数字仿真验证检验。

[1]杨雪生,关永,张昕等著.联合作战仿真引擎分析与设计初探[J].军事运筹与系统工程,2008,22(03):8-11.

[2]温昱.软件架构设计[M].北京：电子工业出版社,2015.

[3]杨峰,王维平等著.武器装备作战效能仿真与评估[M].北京：电子工业出版社,2010.

作者单位河南洛阳电子装备试验中心 河南省洛阳市471003

刘荣（1978-），女，甘肃省白银市人。硕士学位。主要研究方向为电子对抗系统试验与仿真。