一種分布式結構的電子裝備仿真驗證平臺構建方法

文/劉榮 張鳳偉 蔡臻祥

一種分布式結構的電子裝備仿真驗證平臺構建方法

文/劉榮 張鳳偉 蔡臻祥

本文從電子裝備驗證檢驗過程中的實際使用需求出發，介紹了一種分布式結構仿真驗證平臺的構建方法。首先通過分析平臺的用途，確定了平臺需具備的功能。進而從邏輯結構和技術架構兩個方面提出了平臺的總體結構，并給出了平臺各子系統的詳細設計，重點描述了各子系統的具體功能及組成模塊，最后給出了仿真平臺的硬件結構設計。

電子裝備 仿真驗證 過程推演

1 引言

電子裝備在研制過程中，對其性能和技術指標的驗證往往需要使用大量裝備設備的配合，用以設置使用場景和構建使用環境。若全部用真實裝備搭建驗證環境首先耗資巨大，時間周期長、實施難度大，并且對于具有毀傷性能的電子裝備，有的使用場景無法全部使用真實裝備和設備來構建。通過仿真技術能夠很好地解決上述難題，因此，仿真平臺在電子裝備的論證、研制和檢驗過程中具有重要的作用。

2 平臺主要功能

2.1 場景想定分析設計功能

可實現車載、機載電子裝備運動軌跡設計，可在二維和三維電子地圖上設置電子裝備的布署位置，設置使用場景中的地理、氣象環境。

2.2 驗證過程仿真與控制功能

可根據場景設計自動仿真推演驗證過程，并能進行人工干預。可用驗證過程仿真數據實時驅動視景仿真模型，對仿真過程進行二維和三維的視景演示。

2.3 使用環境分析功能

可根據裝備數量、部署位置、交互態勢等，分析驗證過程中雙方對抗裝備所形成的電磁態勢。

2.4 裝備效能評估功能

可提供效能評估分析與計算工具，輔助完成裝備作戰效能評估。

3 平臺總體架構設計

3.1 邏輯結構設計

根據平臺的主要功能，可將該平臺從邏輯上劃分為場景想定設計、驗證過程推演、裝備性能評估三個應用子系統和建模與仿真、公共支撐兩個基礎子系統。邏輯結構見圖1。

圖1：電子裝備仿真驗證平臺邏輯結構圖

3.2 技術架構設計

平臺從技術層面可分為驗證應用、仿真系統、仿真模型、數據資源、基礎設施五層架構，如圖2所示。

圖2：電子裝備仿真驗證平臺體系結構圖

4 子系統設計

4.1 場景想定設計子系統

主要完成電子裝備模擬、使用環境模擬、虛擬對抗布署等，構建對抗雙方的攻防態勢。包括裝備載體運動軌跡設計等4個功能模塊，如圖3所示。

圖3：場景想定設計子系統結構圖

（1）裝備載體運動軌跡設計模塊主要實現運動軌跡生成，可設置關鍵點數據生成軌跡曲線，也可直接繪制軌跡。

（2）驗證環境設計模塊主要完成氣象和地理環境部署，并通過部署相關電子裝備構建電磁環境。

（3）裝備布局設計模塊主要實現所有參與驗證仿真過程的裝備在電子地圖上的位置部署，設計驗證場景的布局。

（4）電磁環境分析模塊主要計算被驗證電子裝備與驗證檢驗環境中其他電子裝備的相關度，并在推演中統計電磁環境參數，完成電磁環境評估。

4.2 仿真控制與推演子系統

主要對驗證檢驗過程進行仿真推演與視景演示。包括仿真參數初始配置等6個功能模塊，如圖4所示。

圖4：仿真控制與推演子系統結構圖

（1）仿真參數初始配置模塊主要進行仿真基礎參數設置，完成仿真運行的初始化。

（2）時統控制模塊為各子系統提供統一的時間步進。可根據不同仿真粒度需要，更改時間步進。

（3）仿真進程控制模塊主要是在推演過程中，實現交互對抗雙方裝備在驗證檢驗中的交互過程控制。

（4）參考坐標系設置模塊用于設置基礎坐標系，并提供坐標轉換服務。

（5）二維與三維可視化模塊主要實現裝備、環境、場景的可視化仿真。

（6）三維模型動作特效模塊主要實現輻射、打擊、毀傷等動作效果的可視化仿真。

4.3 模型構建與管理子系統

完成系統各類仿真模型建設，并對模型的調用、存儲、修改等進行管理與控制。包括組件建模工具等4個模塊，如圖5所示。

圖5：模型構建與管理子系統結構圖

（1）組件建模工具模塊主要完成裝備模型組件（如天線、發射機、接收機等組件）建模。

（2）模型裝配模塊主要是提供裝備組件模型的自由選擇功能，并能將選出的多個裝備組件模型組裝成完整的裝備模型。

（3）模型數據管理模塊主要是對單個模型的參數和模型整體進行管理，提供參數的存儲、更改、刪除等操作。

（4）模型編譯模塊通過調用不同的編譯器完成對裝備模型的編譯功能。

4.4 裝備效能評估子系統

裝備效能評估子系統對交互過程的推演結果進行數據處理與效能評估。包括評估指標體系構建等5個模塊，如圖6所示。

圖6：裝備效能評估子系統結構圖

（1）評估指標體系構建模塊的主要是根據指標間的相關度，分層次建立效能、性能、定量化、定性化等指標構成的指標體系。

（2）非同源驗證數據綜合處理模塊主要是將不同來源的驗證檢驗數據按照其相關性，轉換為能夠直接用于評估指標解算的數據形式。

（3）評估方法模型構建主要是為用戶提供評估方法模型建模向導，輔助建立評估方法模型。

（4）評估算法模塊的主要是提供通用評估算法工具，支持用戶自定義評估算子，并提供算子構建工具。

（5）顯示與輸出模塊主要是以圖形、文檔、表格等形式存儲、顯示和輸出評估結果。

4.5 數據庫與公共支撐子系統

數據庫與公共支撐子系統一是為平臺提供數據庫服務，二是提供平臺運行的硬件環境和應用軟件的開發運行環境。由硬件平臺、軟件平臺、數據庫3部分組成，如圖7所示。

圖7：數據庫與公共支撐子系統結構圖

5 平臺硬件結構設計

根據平臺功能和總體結構，其硬件部分可選擇由計算服務器、圖形工作站、網絡交換機、投影顯示設備和終端計算機等構成，結構設計如圖8所示。

圖8：平臺硬件系統結構示意圖

（1）計算服務器用于系統的運算與處理，以及時統控制、仿真管控、數據庫服務。

（2）圖形工作站主要用于驗證檢驗過程的視景演示開發、管理和運行。

（3）終端計算機用于各分系統的開發與運行。

（4）網絡交換機用于系統內的數據交互。

（5）投影顯示設備用于仿真運行過程中圖形、圖像與數據的綜合顯示。

6 結束語

仿真系統的構建與實現方法多種多樣，本文通過一種模塊化的設計思路，設計組件化的平臺體系結構。在結構設計方面采用HLA協議建立分布式仿真結構，使平臺兼備開放性、和擴展性。使用者可通過功能模塊重組快速構建不同的數字化驗證檢驗場景，對電子裝備整系統、整建制的使用進行全數字仿真驗證檢驗。

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[3]楊峰,王維平等著.武器裝備作戰效能仿真與評估[M].北京：電子工業出版社,2010.

作者單位河南洛陽電子裝備試驗中心 河南省洛陽市471003

劉榮（1978-），女，甘肅省白銀市人。碩士學位。主要研究方向為電子對抗系統試驗與仿真。