體系對抗仿真SEII 模型體系頂層框架探索

張斌 李瑞軍

(復雜系統仿真總體重點實驗室，北京100101)

1 引言

模型是對仿真對象的認知。體系仿真的模型設計，不僅是技術方法問題，更是怎么理解認識體系結構、演化規律、交互關系，并依據仿真相似性原理進行抽象提煉的問題。目前，模型體系框架是體系對抗仿真的熱點，也取得較為豐富的成果［1-11］。但隨著體系理論的不斷發展和對體系認知的逐步增強，體系仿真的模型框架也會不斷豐富完善。吸收借鑒模型體系框架研究現有成果，結合體系基礎理論與聯合作戰理論研究最新進展，提出面向“體系結構(S:Structure)、體系演化(E:Evolution)與體系交互(I:Interaction)一體化(I:Integrated)”的SEII 模型體系頂層框架，進一步探索解決體系模型的組合化描述、體系演化模型的作戰域描述和體系交互模型的高性能解算等方面問題。

2 模型體系頂層框架概念及意義

2.1 頂層框架基本概念

“框架(framework)”，一般是指用于進行復雜結構可重用設計的抽象概念結構，廣泛用于軟件工程等領域。從仿真角度來看，模型體系框架主要解決模型結構與組織等基礎共性問題，以支撐仿真模型的廣泛重用和快速繼承。體系對抗仿真的模型體系頂層框架，是指以體系基礎理論、作戰模擬原理與仿真工程方法為指導，從頂層設計的角度，按照聯合作戰使用要求，對信息化武器裝備體系對抗仿真所需模型體系的宏觀分類、交互關系與模型組織等方面進行的總體約定與描述，為實現模型體系的組合構模與參量化建模等重用機制提供基礎形態，是進一步提高體系仿真科學化水平與體系仿真系統建設效益，支撐保障體系級作戰實驗研究的基礎條件，如圖1 所示。

圖1 模型體系頂層框架

頂層框架重點關注模型體系基本要素主要類別與層次，確定模型體系的宏觀邊界、模型體系交互邏輯模型體系類別間、層次間主要耦合交互關系模型體系組織方法模型體系框架實現可重用的基本原則與方法等三個方面的內容。

2.2 頂層框架主要特點

模型框架，是確保模型高效重用與模型一致性的基礎性架構。頂層模型體系框架與其他類型的模型體系框架比較而言，具有如下特點:一是頂層宏觀性，是從頂層設計的角度提出了武器裝備體系對抗仿真所需模型對象宏觀類別和模型構建基本原則;二是機理相似性，應突出反映模型對象的體系對抗本質機理，為開展機理模擬提供條件;三是深化擴展性，可依據應用需要，以頂層框架為基礎，對模型類別領域不斷豐富、對描述深度細化擴展，以支撐聯合作戰研究、裝備發展論證、重大裝備貢獻率分析等不同需要進行的針對性拓展。

2.3 頂層框架主要作用

模型體系框架重點解決模型設計中的模型構成、交互及組織等基礎共性問題。就武器裝備體系對抗仿真而言，由于“體系對抗”仿真對象和“體系實驗”仿真目的的特殊性，所帶來的模型設計問題更加突出，主要體現在兩個變化上:一是由系統到體系，建模對象的本質機理發生根本性轉變，更加突出對體系內在機制和運行原理的描述;二是由簡單到復雜，模型構成及組織的復雜度大幅提高，增加了仿真系統，特別是仿真模型體系建設難度。頂層模型體系框架研究，將針對體系對抗機理規律，結合體系理論研究成果與仿真技術發展，梳理體系級對抗仿真中模型體系架構的基本構成與構建方法，促進模型建設與應用能夠高效滿足各類體系實驗的開展。

3 SEII 模型體系頂層框架

3.1 SEII 框架

SEII 模型體系頂層框架，是指面向“體系結構、體系演化與體系交互一體化”的模型體系頂層框架，主要從體系結構、演化規則和交互關系等本質屬性出發，考慮武器裝備體系組織結構、動態作戰運用以及交互效果計算等模型體系屬性和構建方法而進行總體性描述。

3.2 SEII 框架結構

模型體系頂層框架SEII，具有三域兩層的結構化特點，如圖2 所示。其中三域是指SEII 的三個描述域:主要包括D1 體系結構域描述子框架(Structure Field Description Framework)、D2 演化規則域描述子框架(Evolution Rule Field Description Framework)以及D3 交互計算域描述子框架(Interaction Rule Field Description Framework)。兩層是指對每一描述領域進行概要表達的兩個基本層級，包括L1 概略分類描述層和L2 領域細化描述層。

圖2 “三域兩層”基本架構

3.3 SEII 框架實現機制

該框架主要通過參數化和組合化機制來具體實現，主要包括五個方面，如圖3 所示:一是自下而上由系統組合裝備(兵力)，如水面艦艇由傳感器、指控系統、通信系統、武器系統等各類系統組合而成;二是自點到網由裝備構建體系，裝備模型構建完成后，按照作戰使用，通過通信關系、指控關系、作戰支持關系建模，將獨立裝備模型向上聚合為體系模型;三是由少到多由型號擴展類型，完成了一型裝備型號建模后，可通過修改性能及使用參數，快速完成新型裝備建模，達到原模型在結構上的重用、參數上的替換。四是由靜到動實現體系運轉，通過規則模板的參數填制，形成各類作戰計劃與作戰規則(包括裝備(兵力)作戰使用規則以及指揮控制規則等)，并加載到對應裝備(兵力)實體模型上，驅動模型在對抗條件下的行為活動，構成體系對抗的整體演化。五是由單到雙配對交互關系，按照作戰交互關系，將各類裝備進行配對，比如紅方反艦導彈對藍方水面艦艇的毀傷關系、命中概率、不同部位的毀傷概率;紅方內部各裝備或兵力通信系統間的通信關系、通信內容、成功概率等內容;各類交互模板參數，交互參數可根據未來作戰使用要求或戰技性能狀態進行調整，支撐比較實驗。

圖3 框架的參數化／組合化實現機制

4 SEII 各子框架概述

4.1 體系結構域描述子框架

體系結構域描述子框架，主要用于描述武器裝備體系、體系平臺、功能系統、背景環境等內容，如圖4 所示。體系構成平臺，是指在武器裝備體系中用于搭載各類功能系統的裝備平臺;體系功能系統，是指可在掛載于各類體系平臺上的功能系統;體系關聯關系，依托平臺及其掛載系統間的作戰組織關系進行搭建，如通信關系、指控關系、交戰關系、保障關系;體系背景環境，是指武器裝備體系運用的各類環境。

圖4 體系結構域描述子框架概述

4.2 演化規則域描述子框架

體系動態演化規則子框架，主要用于描述武器裝備體系演化過程中的作戰計劃以及單系統、多系統作戰使用規則和規則優先機制等內容，如圖5 所示。其中，單系統級行為規則主要描述裝備實體的行為規則，如遭受攻擊反應、威脅判斷、平臺自主行為等;體系級行為規則主要描述聯合任務中武器裝備體系中各裝備的戰術戰役規則，如監視戰術、攻擊戰術、自主戰術等;規則優選準則則是武器裝備選擇系統級行為規則和體系級行為規則發生沖突時的優先選擇原則。

圖5 演化規則域描述子框架概述

4.3 交互計算域描述子框架

由于體系對抗仿真，涉及聯合作戰全系統全要素聯動，模型交互頻度激增。單一依托體系級仿真系統內設模型直接解算，計算量巨大。美軍較為先進的大型作戰模擬系統，為降低計算復雜度，同時提高仿真實驗可信性，一般采用兩種做法:一是與戰術模擬、裝備模擬、技術模擬仿真系統綜合使用，由高分辨率系統計算通信、毀傷等方面少對少的交互效果，結果數據提供給體系對抗仿真系統直接使用;二是導入歷史經驗數據、作戰統計數據和訓練實驗數據作為交互裁決依據。SEII 框架借鑒此機制，如圖6 所示，在交互效果計算域描述子框架中設置交互裁決模板，主要包括探測效果交互、毀傷效果交互以及信息對抗交互以及通信成功概率等，將預先采集的各類交互數據(來自歷史經驗、軍事訓練、作戰實驗與作戰專家等渠道)進行集中組織與管理，支撐體系仿真系統的交互模型解算直接調用。

圖6 交互計算域描述子框架概述

5 結束語

模型是系統行為、過程、結構、關系的抽象表示，是運用仿真方法對實際已有或未來發展系統進行描述和實驗的檢驗與設計。體系級仿真，突破了簡單確定性系統和裝備工程技術層次模擬的傳統內容，重點以反映體系能力涌現、全系統全要素聯動、各作戰域鉸鏈等體系運行規律，模型對象的核心機理發生本質轉變，模型構成及組織的復雜度大幅增加。頂層框架研究，用來對模型體系領域范疇、建模機制、表述邏輯、組織原則等一些基礎要素進行界定，以解決體系模型設計原理方法中的基礎性問題和體系建模實踐中的一系列共性問題，從而全面指導模型體系設計和建模工作的全面開展。本文所提SEII 框架，是關于體系仿真模型的一個初步探索，著力從結構、演化和交互三個方面刻畫體系模型，并依托參數化和組合化建模來加以實現。目前該框架在描述粒度方面仍在豐富完善，不斷提升服務模型體系設計工作的實際能力。

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