联合试验环境对象模型建模方法

92493 部队 许雪梅

武器装备实战化考核必须在贴近真实战场的联合试验环境中进行。为解决联合试验环境构建需要跨军兵种跨靶场试验系统综合集成、试验资源互操作与重用组合的问题，提出联合试验环境对象模型建模方法。以小型化、继承性和少量化原则为遵循，提出建模方法步骤为分析装备实体协议信息，对实体和实体间特征进行一致性处理和分类，构建标准化对象模型，最后优化处理；给出TDL 和UML 语言描述对象模型示例。工程实践表明，利用该方法实现了靶场跨区分布式试验资源的互操作，为武器装备试验鉴定提供了复杂对抗环境，对于相关工程技术人员具有一定参考价值。

武器装备作战效能、适用性以及完成特定作战任务能力的考核是目前靶场武器装备试验鉴定的主要项目。这些考核只有在贴近实战的试验环境下进行才更加真实，而以检验武器装备性能为主的传统靶场试验环境相对理想，难以适应以信息为中心、以联合作战为特征的装备试验需求，存在以单武器系统为主要试验对象、试验系统自成体系互操作性差、威胁目标模拟手段有限、仿真试验置信度偏低、实装试验充分性不足等问题，难以满足武器装备边界性能考核、作战效能以及体系贡献度评估等需求[1,2]。因此实现各类分布式靶场虚实资源的综合集成，实现异构试验系统之间的互联互通互操作和资源的重用组合，构建对抗强度高、电磁环境复杂、贴近真实战场的联合试验环境[3,4]，是目前靶场努力的方向。这其中最关键的技术是实现各类LVC[5,7]（L—实装、V—半实物模拟器、C—数学仿真）资源间的互操作、重用和可组合，其核心就是建立对象模型，因为对象模型是联合试验环境中各种资源交互信息的高度抽象表示，为各种试验资源进行信息交互提供“公共语言”，实现试验系统内部或试验系统之间语义层面的互操作，也就是说对象模型是实现试验资源互操作和重用的基础[8-10]。为此，如何建立联合试验环境对象模型、如何建立标准化的对象模型成为关键问题。

1 联合试验环境对象模型建模原则

联合试验环境对象模型建模过程就是采用面向对象的方法，封装靶场运行过程中需要传输和交换的所有信息，描述与靶场资源相关的对象定义、继承和关联关系。通过聚合各种标准“积木”对象，采用“自底向上”的方法逐步建立标准对象模型。从联合试验环境对象模型建模过程和实际使用角度，可以将对象模型分为3 类：（1）用户定义对象模型，即符合元模型建模要求，由用户为满足某种特定需求而自定义的、不具有通用性的对象模型；（2）准标准对象模型，即符合元模型建模要求，按照逻辑靶场应用定义，具有一定通用性、未经管理机构最终确认的对象模型；（3）标准对象模型，即符合元模型建模要求，按照逻辑靶场应用定义，具有一定通用性、被广泛接受、被管理机构确定为标准的对象模型。

从上述分类可见，对象模型建模是一个循序渐进、不断迭代发展的过程，不可能一蹴而就，为避免走弯路，建议遵循以下原则：

（1）小型化原则，即对象模型的建立首先应是着眼于大多数对象模型所依赖的微小、可重用的对象，而不是着眼于大规模信息建模问题。也就是说首先建立几乎所有靶场资源都可以共用的小型对象模型，大型对象模型则通过“积木式”组合的方式构建。比如，“时间”“位置”“方向”“速度”等小型对象模型先进行建模和标准化，TSPI（T—时间、S—空间、P—位置、I—信息）对象模型（属于中型对象模型）就可以直接由这些标准化的小型对象模型组合而成，而平台、武器、传感器等大型对象模型则由TSPI 和其他对象模型组合而成。

（2）继承性原则，即通过继承通用化、共性对象模型的方式，直接具备了拟构建对象模型的基本属性和行为，再通过增加自身特有的属性和行为，形成新的对象模型。比如，基础平台对象模型的属性和行为是舰船、飞机等平台共有的，则舰船、飞机平台的对象模型在继承基础平台对象模型的基础上，增加舰船本身特有的类型、主要参数、船型系数、动力装置、可操纵性能等属性和行为，构成舰船平台对象模型，同样增加飞机本身特有的类型、起飞与降落、爬升与下降、航行范围、姿态与受力等属性和行为，构成飞机平台对象模型。

（3）少量化原则，即标准对象模型越少越好，最终目标是实现以有限的标准化对象模型表征无限的试验装备资源交互信息。比如靶场的雷达装备包括光测、遥测、连续波脉冲等，体制各异，种类型号繁多，但所有雷达对应的对象模型只能抽象出一个，这就要求对所有雷达的信息交互接口协议进行研究，从中抽离雷达共性属性和行为，形成能够表征靶场所有类型雷达的对象模型。

2 联合试验环境对象模型建模方法

联合试验环境对象模型建模的基本方法是首先分析各类试验装备实体的协议信息，对实体和实体间特征进行一致性处理和分类，再进行小型对象模型或基础对象模型构建，最后构建与实体相对应的对象模型并进行优化处理。

2.1 实体接口协议分析

由于联合试验环境对象模型分为SDO（状态分布对象，是包含状态和方法的分布式对象，支持面向状态的发布/订阅和远程方法调用，适用于分布式实时通信与交互）、消息和数据流3种，因此首先应对各类试验装备实体的交互协议进行分析，确定交互协议描述的内容是实体的状态信息、交互的事件信息还是数据流信息，这3 类信息分别对应SDO、消息和数据流，其中实体的状态信息和交互的事件信息都是针对实体的，统称为实体信息类。

2.2 实体特征一致性处理

对于实体信息类协议，重点分析其中所描述实体的特征以及特征的数据类型。由于实体信息协议数量很多，且由不同人员设计，对于同种类型实体如雷达，若型号不同则很可能实体协议不同，这样就可能存在同种类型实体的实体特征不一致、特征名称不一致、特征类型不一致等问题。因此需要首先进行实体特征的一致性处理，以保证实体信息表达的完整性和准确性。

对于实体特征不一致的情况，将同类实体协议中的实体特征取并集作为该类实体的特征，以保证实体特征的完整性。即其中Pij=(xi1,xi2……xi m),m≥ 0，Ei表示实体，(xi1,xi2……xin)表示实体Ei包含的n个特征，Pij表示协议j中描述的Ei实体所包含的特征，s表示实体协议数量。

对于实体特征类型不一致的情况，使用唯一的特征名称对应一个特征，特征名称不同但实际含义相同的确定为同一特征，不重复记录特征。

对于实体特征类型不一致的情况，如协议中对同一特征对应的数据类型可能存在差异，同样是实体位置特征，某些协议为4 个字节，而在其他协议中为8 个字节，这时取实体特征最大字节数作为该特征的数据类型，以此涵盖全部协议对实体特征数据类型的要求。

2.3 实体间的特征一致性处理

对于不同类型的实体，表征相同特征也可能存在不一致情况，例如飞机平台的高度特征名称为高度，而地形环境的高度特征名称为高程，又如雷达的经度特征数据类型为4 个字节，导弹的经度特征数据类型为8 个字节等。此时需要进行一致性处理使得实体之间具有相同特征的名称和数据类型保持一致，这样做的好处是实现小型对象模型构建的标准化，进而实现组合而成的大型对象模型标准化。

2.4 实体特征分类

在对实体特征进行一致性处理后，对实体特征进一步分析，按照目录结构进行归类，即将实体特征分为若干个大类别，每个大类别再分为若干个子类别，如将时空位置（TSPI）作为大类，再划分出位置、速度、加速度等子类。每个子类可再划分为子类，例如位置类可进一步划分出地心坐标位置类和大地坐标位置类等，将实体特征划分到大类或各个层次的子类中，从而形成类别的树型结构，实体特征全部划分到树型结构的叶子节点，清晰表达出实体特征的层次结构，如图1 所示为2 层分类的树型结构。各实体具有相同特征的类或子类的名称统一命名，从而保证不同实体中具有相同特征的分类名称一致性。分类的目的是为构建小型对象模型或基础对象模型奠定基础。将大多数实体特征按照所属类别划分到不同的子类中，少量不能够划分到子类中的特征则体现了实体本身的特殊性质，独立存在。

图1 实体特征树型结构示意图Fig.1 Diagram of tree structure of entity characteristics

2.5 基础对象模型构建

基础对象模型是对实体子类信息的抽象，每一个实体子类建立一个基础对象模型，以每个子类英文小写命名对象模型名称，对象模型的属性定义原则如下：

（1）若该子类只包含叶子节点，对象模型属性为子类的实体特征集合，实体特征名称英文小写作为属性名称，以实体特征的类型作为对象模型属性类型。此对象模型为小型对象模型，如上述的位置对象模型就是标准化的小型对象模型。

（2）除上述情况外，对象模型属性由两部分组成，一部分为与其直接相连的子类，以子类英文小写作为属性名称，以子类英文首字母大写作为属性类型；另一部分为与其直接相连的叶子节点，即其包含的特征，以实体特征名称英文小写作为属性名称，以实体特征的类型作为对象模型属性类型。此对象模型为由小型对象模型组合而成的中型对象模型，如上述的TSPI 对象模型就是由时间、位置、速度、加速度、方向、角速度、角加速度这些小型对象模型组合而成的中型对象模型。

2.6 大型对象模型构建

大型对象模型是对某一类实体整体的抽象，利用上述已构建的小型对象模型或中型对象模型，通过组合的方式构建大型对象模型。具体方法是将某一类多个实体按照特征进行分类，具有相同特征或相同子类的进行合并，如图2 所示，实体1 和实体2 共用了子类2 和特征5。

图2 多个实体共用实体特征示意图Fig.2 Diagram of multiple entities share entity characteristics

采用组合方式，以实体类别英文小写的名称作为大型对象模型名称，将所有实体直接连接的节点作为对象模型的属性，与实体直接相连的叶子节点的实体特征名称英文小写作为属性名称，以实体特征的数据类型作为对象模型属性类型，以子类英文小写的名称作为属性名称，以子类名英文首字母大写作为属性类型。如基础平台对象模型就是由TSPI 以及平台环境、敌我关系、平台受损状态、DR 算法等中型对象模型组合而成的大型对象模型。

2.7 对象模型优化

由于试验装备类型多交互协议多，在对象模型使用过程中可能会出现构建的对象模型不一定能完全覆盖装备属性的情况，需要不断充实完善，并经过跨靶场跨军种多次使用最终由专门管理机构确认形成标准对象模型，供全军联合试验任务调用。

3 对象模型建模示例与应用

3.1 雷达对象模型建模示例

对象模型可用UML（统一建模语言）、XML（可扩展标记语言）、TDL（实验与训练使能体系结构TENA[11]定义语言）等语言描述。对象模型建模过程是对象模型文档化的过程，利用各种元模型元素将抽象化的对象模型可视化。以雷达对象模型为例加以说明。目前靶场雷达按用途分有警戒雷达、导航雷达、测高雷达、测速雷达、火控雷达、气象雷达等，按信号形式分有脉冲雷达、连续波雷达、频率捷变雷达等，种类多数量大，且研制厂家各异，存在同类型雷达接口协议不同、实体特征不同、特征类型不一致等情况。通过对靶场各型雷达接口协议分析，经过一致性处理和分类，抽象出各型雷达通用的互操作特征属性，如图3 所示。再按照上述建模方法对各特征属性命名，按照先对类型、功能、状态、目标、发射、接收等子类建立基础对象模型，再通过聚合、继承建立雷达实体对象模型，如图4 所示。

图3 雷达互操作特征属性示意图Fig.3 Diagram of radar interoperable feature attributes

图4 雷达对象模型Fig.4 Radar object model

3.2 雷达对象模型应用示例

在联合试验环境中，有些武器装备的边界条件在外场实装环境下难以考核，需要在LVC 资源集成构建任务环境下进行试验。例如多目标拦截项目，由模拟导弹类目标的外场辐射式电子靶标模拟多方向流导弹目标，由内场数字导弹实施拦截，这时各型雷达需要与指挥控制中心、半实物模拟器和内场仿真模型进行实时互操作，按照传统方法需要各型雷达协议逐一与交互装备对接并进行接口改造，周期长效率较低，而采用各型雷达都通用的标准对象模型作为互操作的公共语言，就可极大提高资源重用效率。如图5 所示，各型雷达探测电子靶标信息，并将信息送至指控中心，由指控中心处理融合，向内场导弹模型发送拦截指令，从而完成信息的实时交互。该过程中雷达对象模型和弹药模型起到了公共通信语言的重要作用。

图5 对象模型应用示例Fig.5 Example of object model application

4 结论

利用上述对象模型建模原则和方法，建立了应用于试验训练领域的具有海军特色的标准对象模型集，涵盖平台、武器、交战、装备、环境、应用管理等类别，已成功应用于靶场跨四个地理区域的试验资源集成，不仅实现了外场实装间的互操作，还实现了内场仿真与外场实装间的互操作，为武器装备实战化考核构设了贴近实战的复杂对抗环境，较好解决了以往试验环境较理想以及武器装备边界条件难以考核的问题。

引用

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