基于HLA的裝備作戰保障仿真設計與實現

林榮亮，田曉東

（1. 海軍湛江地區裝備修理監修室，廣東湛江 524005；2. 海軍青島雷達聲納修理廠，山東青島 266100）

0 引言

裝備維修保障是裝備建設全壽命周期中的重要一環，也是作戰系統有效性的重要組成部分，將裝備保障仿真融入到組站仿真中是大勢所趨。

HLA興起于上世紀90年代。1995年，美國國防部提出了規模宏大的建模與仿真主計劃，旨在解決軍用仿真行業出現的可重用程度低、標準不統一、信息互聯互通互操作性差的問題，HLA的出現解決了這些問題，在此后的十幾年間，HLA的行業標準不斷向前發展，從1996年的1.0[1]版本逐漸完善，發展到現在的IEEE1516.x[2]系列標準，目前HLA為分布式交互仿真的國際標準，美軍也決定在1999年之后不再資助非基于HLA的仿真研究。

HLA適用范圍廣泛，在軍事領域[3-5]和民用領域[6]都發揮了重要的作用，尤其在通信系統、分布式應用等方面。目前，國內基于 HLA的仿真應用開發技術的已較為成熟，已經有多個具有自主知識產權的RTI產品及多種基于國內外RTI產品的二次開發工具，國內關于 HLA的研究及應用取得了較多成果，涉及航空航天、導彈控制、雷達建模、兵力對抗等方面。

由于裝備保障系統具有業務上的獨立性，與作戰系統的銜接僅在于作戰仿真實體單元，只需要在作戰仿真系統中加入裝備損壞模型及數據交互。文中探討了基于 HLA的裝備保障作戰系統仿真體系架構的設計與實現，重點在于裝備保障業務的仿真實現，HLA框架的可擴展性決定了該系統將來可直接與基于 HLA的分布式作戰系統無縫對接，對于擴展仿真業務，營造逼真的戰場環境具有重要實際應用價值。

1 分布式裝備保障系統仿真系統組成

基于 HLA的裝備作戰保障系統包含導調成員、系統數據庫服務器、RTI服務器，以及作訓科、作戰仿真系統成員、修理所、修理科、支隊倉庫、艦隊倉庫6個聯邦成員組成，之間通過以太網連接。導調成員具有聯邦成員管理和仿真控制的功能，可以控制各個聯邦成員的啟動和加載聯邦，監控聯邦成員狀態，控制仿真速度、終止或者暫停仿真等。系統數據庫存儲仿真過程數據，用于仿真結果存儲和分析用。

其中，作戰仿真系統成員可以直接參與作戰仿真，也可以采用業務集成的方式收集裝備維修需求，在參與裝備保障業務流程。

作訓科、裝備平臺、修理所、修理科、支隊倉庫以及艦隊倉庫成員屬于裝備保障系統核心業務成員，通過以太網訪問數據庫。

圖1 基于HLA的裝備平臺保障系統物理結構示意圖

2 分布式裝備保障系統仿真系統設計

2.1 導調功能設計

導調成員是基于 HLA的裝備平臺裝備保障系統的重要組成部分之一，在系統正常運行過程中起著十分重要且關鍵性的作用。它將作訓科聯邦、裝備平臺聯邦、修理所聯邦、修理科聯邦、支隊倉庫聯邦、艦隊倉庫聯邦有機地鏈接成一體化的模擬訓練環境，并對整個系統進行訓練準備、訓練組織、仿真調度等，從而使系統正常運行，保證訓練的順利實施。

導調成員能對訓練進行管理和控制。通過RTI將導調指令發送到各成員節點上，在訓練過程中可對模擬系統進行運行控制，包括啟動、暫停和終止等。在訓練過程中，還可以需要調整推進步長。

其功能包括聯邦成員管理、仿真控制、仿真成員信息顯示等。

圖2 導調成員功能流程圖

2.1 業務功能成員設計

裝備作戰保障系統各個主成員的業務流程各不相同，但其仿真主框架相似。不考慮其業務流程，其仿真主流程如圖所示。

圖3 仿真業務成員仿真主流程示意圖

2.2 對象類與交互類設計

裝備平臺裝備保障系統是一種過程仿真，該系統中不存在需要即時更新的仿真實體，故在聯邦成員設計中只需要交互類即可完成軟件功能，未設計仿真對象類。仿真交互類設計如圖4所示。

仿真中的交互類設計源自于仿真的業務流程，如icShipToTrainingOffice交互類表示當裝備平臺狀態發生改變時，裝備平臺向作訓科報告裝備平臺狀態信息。

在本系統中，Fom表通過XML文件的形式表現，以icShipToTrainingOffice交互類為例，其表現形式如圖5。

圖4 基于HLA的裝備平臺裝備保障系統交互類設計圖

圖5 FOM表交互類

上面發送的交互類中，包括“舷號”和“裝備平臺狀態”兩個信息。

3 系統開發與實現

作戰系統仿真大多是離散仿真系統，采用時間推進的方式實現，這是需要將傳統的連續型系統離散化，實現裝備保障仿真。圖6為仿真過程函數實現。

· onWaitTimeAdvance：等待時間推進，聯邦成員時間同步等待。

· onPreTimeAdvance：成員時間推進參數設定。

· onTimeAdvanced：時間推進完成 RTI的回調函數。主要處理功能如下：

1） 接收訂閱數據；

2） 執行業務流程，更新業務狀態、刷新程序界面；

3） 對象類、交互類輸出。

· onPostTimeAdvance：一次業務執行成功后設定，一般更新仿真時間。

· onEnd：仿真運行結束判斷。

圖6 仿真過程函數實現

4 結論

基于 HLA的架構搭建裝備作戰仿真架構，具有擴展靈活、重用性強的特點。實際應用表明，該裝備作戰保障仿真架構結構簡明，易于實現，可在裝備保障仿真中發揮重要作用，同時還將有利于實現裝備保障系統和作戰仿真系統的集成。

[1]High-Level Architecture Rules Version 1.3[EB/OL].http: // www.openskies.net/ files/ HLA-rules1 -3.pdf, 2010-08-18.

[2]IEEE Standard No.1516-2000，IEEE Standard for modeling and simulation (M&S) High Level Architecture (HLA)—Framework and rules[S].USA:IEEE, 2000.

[3]Dan C, Stephen J T, Cai Wentong, etal. A decoupled federate architecture for high level architecture-based distributed simulation[J].Parallel Distrib. Comput.2008, (68): 1487–1503.

[4]Judith S D. High Level Architecture for Simulation[C].Distributed Interactive Simulation and Real Time Applications, IEEE 1997, First International Workshop on 9-10 Jan. USA: IEEE,1997: 9-14.

[5]劉俊杰, 戴亞林, 劉濱, 基于HLA的戰術級裝備保障系統研究[J]. 科學技術與工程, 2006, 6(24):3966-3970.

[6]?zer U, Ercan ? , Cemalettin K. Scenario based distributed manufacturing simulation using HLA Technologies[J].Information Sciences 2009(179):1533–1541.