空地導彈模擬訓練仿真系統設計研究

賴貴旺 肖樹臣

（中國人民解放軍空軍航空大學，吉林 長春130022）

0 引言

在現代戰爭中，空地導彈往往發揮著決定性作用。例如在2011年發生的利比亞戰爭中，多國部隊利用空地導彈對卡扎菲政府軍目標進行持續打擊，直接引導著戰爭局勢的走向，取得了顯著效果。戰時的高效完成任務，取決于平時的大量訓練。而在日常訓練中，空地導彈裝備受費用、壽命、數量等因素制約，難以快速提升戰斗力。為了解決訓練量與裝備壽命等的矛盾，可采用現代仿真技術開發出相應的模擬訓練系統，以較低的成本和較高的仿真度來滿足空地導彈的日常訓練需求[1]。

在當前仿真技術中，HLA以其良好的仿真應用的互操作性和仿真資源的可重用性已成為開發分布式仿真訓練系統的首選方案，是當前大型仿真訓練系統的主要發展方向。據此本文采用基于HLA技術進行某型空地導彈模擬訓練系統設計的開發研究。

1 高層體系結構HLA

高層體系結構HLA由美國國防部提出，主要目的是促進仿真應用的互操作性和仿真資源的可重用性。HLA將實現某種特定仿真目的的仿真系統稱為聯邦。聯邦由聯邦對象模型、若干聯邦成員和運行時間支撐系統RTI構成。

HLA顯著的特點是通過RTI將仿真應用層同底層支撐環境功能分離開，即將具體的仿真功能實現、仿真運行管理和底層傳輸三者分離，隱蔽各自的實現細節，從而使開發具有相對獨立性，同時實現應用系統的即插即用。因此，利用RTI作為仿真支撐系統軟件，進行多領域建模及基于HLA的分布式協同仿真運行，解決了空地導彈這樣復雜系統綜合仿真要求的仿真應用互操作性、可重用性、可擴展性和實時性等，能夠達到很好的效果。

2 仿真系統總體結構設計

仿真訓練系統主要目的在于提供一個能夠滿足部隊人員進行空地導彈模擬訓練的仿真環境，該系統基于HLA框架，能夠對各個部分進行相對獨立的開發研究。系統以飛機、空地導彈和目標為仿真對象，模擬導彈加載任務規劃、飛機發射導彈、電視導引頭開機并回傳圖像、識別并跟蹤目標以及摧毀目標等過程。下面開始進行聯邦設計。

2.1 設計聯邦、確定聯邦成員

聯邦設計是在系統分析的基礎上進行的，并不需要將每一個仿真實體都作為一個聯邦成員，根據仿真的目的和應用，每個聯邦成員可以包含若干個仿真實體。據此系統可劃分成以下幾個聯邦成員：仿真控制邦員、模型管理邦員、飛機邦員、空地導彈邦員、數據記錄邦員以及視景仿真邦員等，其主要組成如圖1所示。

其中，主要邦員所要完成的功能如下：

1）模型管理邦員：負責制定仿真過程中的各種模型，使得仿真以模型驅動的方式運行，增加仿真的逼真程度，提高模擬訓練的效果。

2）仿真控制邦員：負責推進仿真運行，以及各聯邦成員之間的同步控制。

3）指控邦員：用戶與系統的接口，用戶通過指控邦員進行模擬訓練，主要有航跡規劃，發射控制導彈，控制導引頭截獲目標，引導導彈打擊目標等。

4）飛機邦員：在模擬訓練系統中用于模擬某型空地導彈系統的指揮控制樞紐，規劃導彈的航跡，控制導彈的發射，接收導彈回傳的信息及視頻信號。

5）空地導彈邦員：模擬導彈的各種工作情況，模擬導彈型號，接收飛機邦員信息并反饋，發送“導彈準備好”信息，回傳末制導視頻，識別目標并跟蹤，摧毀目標。

6）視景仿真邦員：虛擬飛機座艙、戰場環境、目標等。

圖1 系統仿真平臺聯邦結構

2.2 系統FOM/SOM開發設計

聯邦對象模型（FOM）和仿真對象模型（SOM）由仿真設計人員制定并頒布。設計對象類和交互類是FOM/SOM設計的最重要內容，通過它們可實現聯邦成員之間的信息交換和互操作。通過設計對象類和交互類，從而確定各個聯邦成員之間的數據流和控制流。系統根據功能需求，設計了目標、導彈、飛機、環境、干擾和指揮等幾個對象類，控制仿真、指控信息、以及空地導彈四個交互類。對象類的基本屬性、屬性標識以及數據類型等具體如表1所示，交互類的參數、參數標識以及數據類型等具體如表2所示。

表1 對象類基本屬性

表2 交互類

2.3 發布與訂購

在HLA中，系統通過每個邦員公布計劃產生的對象類和交互類，并訂購感興趣的對象類和交互類，以此實現各個邦員之間的信息交換和互操作。模擬訓練系統中各個邦員與對象類交互類的發布訂購關系如表3所示：

表3 FOM/SOM發布與訂購關系（P：發布；S：訂購）

3 系統實現

3.1 開發環境

系統采用Windows XP操作系統，以協同仿真平臺的高層建筑BH RTI 2.0軟件為建模環境，利用VC++6.0編程軟件，搭建一個集空地導彈通信指揮、發射控制、操作流程及系統教學為一體的仿真模擬訓練平臺。

3.2 仿真執行過程

仿真執行的具體步驟如下：

1）仿真開始運行，系統調用InitializeFederation()初始化各個數據，調用Fed.CreateFederation()創建空地導彈模擬訓練系統聯邦，調用Fed.JoinFederation()使總控、指控、發控、導彈、數據記錄等邦員加入聯邦；

2）系統調用Fed.InitRTI()獲取導彈、控制平臺等對象類及其屬性，仿真控制、指控、發控、導彈等交互類及其參數的句柄值；

3）調用Fed.PublishAndSubscribe()聲明對象類、交互類以及各個邦員之間的發布/訂購關系；

4）調用Fed.InitializeTimeManagement()聲明本訓練系統時間推進策略；

5）調用CreateFederation()類下的派生類，注冊對象類；

6）判斷仿真是否結束，如果條件不滿足，則進入循環，繼續仿真；如果滿足條件，則進入下一步驟；

7）調用 Fed.ResignFederationExecution()和 Fed.DestroyFederation Execution()退出并注銷聯邦，模擬訓練仿真過程結束。

4 總結

本文首先簡要講述了高層體系結構HLA原理，并重點研究了某型空地導彈模擬訓練系統的具體設計開發過程。研究表明，對模擬訓練系統聯邦的各個成員的定義及對象類、交互類的設計，是整個系統設計實現的關鍵，在整個設計中具有決定性作用。由于本系統基于HLA開發，具有較高的兼容性及可擴展性，可以在后續工作中繼續進行空空導彈、火箭彈以及航空炸彈模塊的開發，也可以嵌入或者加載其它仿真訓練系統，構成龐大的仿真訓練網絡，這對于未來空地導彈模擬訓練系統的進一步開發設計具有一定的參考價值。

［1］王利,趙振南,張亮.基于 HLA 的導彈仿真系統[J].信息技術,2013(6)：152-156.

［2］陳蕾,姜允東.某型電視制導空地導彈仿真研究[J].系統仿真技術,2012,8(3)：192-196.

［3］馬瀟瀟,李青,耿廣龍,等.基于HLA的空地制導武器仿真訓練系統研究[J].艦船電子工程,2012(6)：4-7.