基于任務分解的作戰仿真模型測試

李 震，姜本清，姚 萍

（1.海軍航空工程學院信息融合研究所，山東煙臺 264001；2.中國人民解放軍61618部隊，北京 102102）

基于任務分解的作戰仿真模型測試

李 震1，姜本清1，姚 萍2

（1.海軍航空工程學院信息融合研究所，山東煙臺 264001；2.中國人民解放軍61618部隊，北京 102102）

面向聯合作戰的仿真系統已成為指揮訓練和作戰想定驗證的重要手段。由于這類仿真系統中的作戰仿真模型數量多、交互關系復雜，仿真模型的可信性測試非常困難。針對上述難點，本文提出基于任務分解的作戰仿真模型測試方法，使模型的測試工作能聚焦任務需求，從而針對性更強、工作效率更高。給出了層次化的模型測試框架，并用實例說明了該方法的有效性。

作戰仿真模型；任務分解；可信性測試

1 引 言

仿真技術已在國防領域得到了廣泛的應用，面向聯合作戰的仿真系統現已成為指揮訓練或者作戰想定驗證的重要手段。面向聯合作戰的仿真一般可以進行多方作戰集團的模擬，并包含大量的武器裝備以及作戰實體模型。目前較成熟的該類系統有美軍的擴展防空系統（Extended Air Defense Simulation，EADSIM），戰區級聯合作戰仿真系統（Joint Theater Level Simulation，JTLS）［1～2］，聯合作戰仿真系統（JointWarfare System，JWARS），聯合仿真系統（Joint Simulation System，JSIMS）［3］等。

模型是仿真系統的主要部分，模型的可信性很大程度決定仿真系統的可信性。對源代碼不僅費時、費力，也難以對模型的動態特性和模型之間的復雜交互關系進行有效驗證；同時，用戶技術方面的限制也是一個重要原因。因此，基于黑盒測試的軟件測試方法［4］，即通過仿真運行對模型輸出結果進行統計判斷是通常情況下的一種主要選擇。

復雜仿真系統的模型體系一般由若干層次的眾多模型組成，每個模型又包括幾個底層模塊和若干特性參數［5］，對整個模型體系的可信性測試工作是一項艱巨的任務。測試從哪個層級的哪個模型開始？對每個模型進行測試的時候，先測試模型的哪個參數和特性？這些問題都是在系統功能檢查、測試驗收過程中必然遇到的問題。為了在較短的時間內對模型的主要特性進行有效的測試，本文提出基于任務分解的仿真模型測試方法及流程。該方法以仿真系統要完成的仿真任務為牽引，對任務相關的模型及其特性，通過任務分解的方法進行分層次的測試，即簡化了測試，又可以有效保證仿真系統完成某類仿真任務的可信性，因而，非常適合于研制過程中的快速檢查和系統的驗收測試等工作。

2 作戰仿真模型特點

面向聯合作戰的作戰仿真系統（下面簡稱作戰仿真系統）在仿真建模過程中，一般將功能建模問題從實體、行為和交互［6］三個方面考慮。

（1）實體是指仿真系統所建立的作戰單位的類型、組成以及其具有的屬性特征。

作戰單位的概念比較廣泛，可以是某個武器裝備，如某個導彈模型；可以是某個裝備體系，如一個航母模型；也可以是整支部隊，如一個航母戰斗群。實體的屬性包括靜態屬性和動態屬性，靜態屬性是指模型在仿真運行過程中固定不變的參數，如模型的標志屬性和編成屬性等，動態屬性是指隨著仿真進程而不斷變化的實體屬性，如模型的狀態和裝配關系等［7］。

（2）行為是指仿真運行過程中，模型對實體間交互以及仿真環境的變化所表現實體動態屬性的狀態遷移，如艦艇模型發射防空導彈。

（3）交互是指仿真模型之間，也是實體行為之間的交互聯系和相互作用。

實體是仿真模型行為和交互的基礎，行為是對實體屬性變化的體現，而交互是實體行為的結果，也是實體行為產生的動力。由于仿真模型的許多指標是動態的、且與戰場自然環境、電磁環境和目標環境有關，因此僅使用靜態檢查難以完成模型驗證，必須通過觀察在仿真運行過程中的實體、行為和交互的特性來完成測試工作。再考慮到作戰仿真的復雜性以及時間節點和成本方面等因素，實際工作中，很難對所有模型及其全部屬性、行為和交互進行全面、完整的測試。概括的說，仿真模型測試的難點主要來自以下幾個方面：

（1）仿真模型數量大，每個模型所能完成的任務不同，具有的屬性就不同；

（2）不同的仿真模型具有多種不同的行為，導致仿真系統中模型的交互數量巨大；

（3）作戰行動的隨機性決定仿真模型行為具有不確定性，導致仿真系統模型交互的不確定性；

（4）模型交互的映射關系復雜，一種行為對不同的實體可能引起多種不同的交互結果。

為克服上述測試難點，本文以滿足特定仿真任務的要求為出發點，提出基于任務分解的作戰仿真模型分層拓展測試方法。以任務為導向，通過作戰任務的性質不同，將任務分解為子任務；相應地，對模型進行分解，建立模型的層次體系；對于每個子任務，找出完成該任務的模型。這樣，將仿真系統大量的模型屬性以及繁雜的模型行為及其交互進行有效劃分，使測試工作更加具有條理性和針對性。該方法適合于對某個仿真任務中仿真模型的可信性測試，與實際仿真工作中的需求相吻合。在需要對系統進行全面測試的場合，只要對系統能夠完成的任務列表逐一進行測試即可。

3 基于任務分解的測試方法

3.1 測試方法介紹

由于模型體系龐大，復雜作戰仿真一般將實體模型進行分層建模［8～9］。模型測試一般也按照實體模型的層次性進行自底向上或自頂向下的分層測試。文［9］提出基于體系－實體－行為（SEB）的模型分層描述方法，文［10］提出依次按質量功能、問題類型、和物理本質將系統劃分為子系統、基準模型和單元模型的模型確認方法，但是前者對實體的復雜層次沒有很好的表述，不能很好的支撐模型的測試工作，而后者分層原則過于復雜，方法難以充分理解，使用不夠方便。

本文對作戰仿真模型進行基于任務分解的仿真模型測試。基本思想是以任務作為測試的導向，確定需要測試的模型使命，并將該使命空間分成多個不同的任務組成的任務空間［11］；通過使命任務選擇需要測試的模型，并按照任務的層次性將模型進行相應的分解，在仿真模型執行任務過程中，對其進行測試。

具體方法是綜合運用“按類型、依主體、逐層級”細化的原則［12］，以某待測的使命任務為起點，將其向下細化為作戰子任務，直到戰斗動作性任務，形成樹狀的任務空間。按任務類型選擇測試模型體系，并按照任務層次將模型體系與任務的分解過程對應進行，將模型體系自頂向下的分解成系統層、子系統層、組件層。基于任務的模型分解結構如圖1所示。

圖1 基于任務的模型分解結構Fig.1 M odel Decomposition structure based on task

對分解后的模型體系，從動作性任務開始，自底向上對仿真模型進行漸增式的滾動拓展測試。首先對各組件層的任務進行測試，當測試通過，則選擇子系統層模型的各項任務逐個加入測試工作中，這樣對測試任務進行滾動拓展，直到所有子系統層任務全部測試完畢，則對系統層模型任務，即系統的使命任務進行測試。系統各層模型測試方法如圖2所示。

基于對模型測試方法的總體把握，有必要形成適合特定層級作戰仿真模型執行特定任務的具體測試框架，為測試工作提供指導，以避免測試工作的盲目。首先需要明確的是，測試的最終目標是驗證仿真模型執行特定任務模擬的可信性情況。所以本文介紹的測試方法的基本思想是根據某類模型設計時規定的執行任務能力設計任務框架，以任務確定測試模型實例，以任務和模型實例的綜合約束設計測試用例。

圖2 模型測試方法Fig.2 M odel testmethod

在對任務和模型進行層次分解的基礎上，首先確定待測任務對應的待測層模型，并確定執行任務的模型實例，基于對任務和執行任務的模型實例的分析，確定任務執行過程中的輸入項和任務執行的約束條件，并通過約束條件確定理論的輸出項，通過仿真運行統計觀察的實際輸出項，最后根據具體情況利用適當的統計學方法，將結果進行對比，仿真模型測試框架如圖3所示。

下面列出測試框架需要的主要要素，并進行相應解釋：

圖3 仿真模型測試框架Fig.3 Test framework ofmodels

Task是待測任務集，每個任務為Taski；Type是待測模型類型集，執行Taski的模型類型為Typej；Mset是Typej的模型實例Modeltypej的集合；Inset是輸入事件集，ModelTypej執行Taski的輸入；Cons是ModelTypej執行Taski時，產生輸出的約束條件Consn；Outset是約束條件Consn下的理論輸出集；Obset是實際觀測輸出項集合；fCheck是理論輸出項與實際觀測輸出項的對比校核方法集。

3.2 測試實例設計

以海軍航母戰斗群的防御任務為例，測試工作的流程為：

（1）確定海軍作戰模型測試的使命任務為防御任務。

（2）確定測試目標模型體系為海軍航母戰斗群，并建立測試用的模型實例。

（3）分解任務模型，選擇測試任務為海軍航母戰斗群的防空任務。

（4）將仿真模型與任務模型對應進行層次分解，具體如圖4。

（5）自底向上確定每一層測試的任務及相關的仿真模型，并確定輸入和輸出事件序列。例如圖4中底層的基本測試任務中，發現目標任務對應相關傳感器的測試，然后確定傳感器測試的相關事件序列。

（6）設計測試用例，并統計數據，分析模型的可信性。

利用用戶熟悉的軍事領域知識，橫向上從兵種角度對模型分類，縱向上基于模型應履行的作戰任務對模型進行分解，實現模型自頂向下的分層表示，該方法更加適合非仿真和測試專業領域的用戶，使模型的分解工作更加方便入手。同時從用戶的角度，直接從需求的模型功能入手對模型進行測試，使測試工作更加直接高效。

實驗中應注意，本文介紹的模型測試方法是針對特定級別的仿真，故對各層次模型測試時，有其自己的側重點：

動作性任務的測試，重點是對組件層各實體模型對應的能力參數的測試。

次級子任務測試中，測試的重點是模型的機動力以及上述組件層模型的裝配問題。機動力重點是模型在不同環境因素下的運行速度；而裝配問題重點是組件層模型在實體裝備中協同工作的能力，以及其在戰場動態變化過程中各組件的產生與消亡問題。

圖4 仿真模型與任務模型對應層次分解Fig.4 Decom position of themodel corresponding to the task decom position

子任務層和系統層模型測試的則是模型協同運行執行任務的能力，重點是交互。交互測試內容包括本方實體間的信息交互和敵對雙方之間的對抗性交互，其中對抗性交互分兩類，一是以武器系統為代表的火力硬毀傷，二是以干擾器為代表的非火力軟毀傷，測試工作也許從不同的角度考慮。

4 結束語

對面向聯合作戰的作戰仿真模型特點進行分析的基礎上，總結了該類仿真模型可信性測試的重點、難點，提出基于任務分解的仿真模型測試方法，為這類模型的測試工作提供了一種實用的思路和方法。在后續的工作中，將對特定模型可測的參數類型分類以及不同類型參數的測試數據統計方法和處理方法進行相關研究，以期進一步完善對復雜系統仿真模型的測試方法。

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李 震 男（1990－），山東乳山人，碩士生，主要研究方向為信息系統測試。

姜本清 男（1965－），山東海陽人，教授，碩士生導師，主要研究方向為系統仿真。

Warfare Simulation Model Test Based on Task Decomposition

LIZhen1，JIANG Benqing1，YAO Ping2

（1.Institution of Information Fusion，Naval Aeronautical and Astronautical University，Yantai264001，China；2.No.91440 Troop of PLA，Beijing 102102，China）

The warfare simulation system has become an important tool for commander training and operation plan verification.Because of the large number ofmodels and the complexity of the interactions between models in such systems，the credibility test ofmodels is very difficult.A method based on task decomposition is proposed as an attempt to overcome the difficulties.The proposed test method can ensure focusing on special task requirements，so it is targeting and more efficient.A detailed description of themodel test frame and an example are given.

warfare simulation model；task decomposition；credibility test

TP 391.9

A