作戰仿真中的戰場環境仿真系統設計

文/衛翔 范學滿 邵作浩

各類作戰仿真系統往往都需要具備戰場環境仿真功能，這也是提高作戰仿真效果的一個重要環節。但由于目前不同系統中關于戰場環境仿真部分與系統本身緊密耦合在一起，因此設計一個與具體系統松耦合且易集成的戰場環境仿真系統久顯得尤為必要。按照模塊化、層次化和分布式設計思想，本文設計了一個基于MAXSim 仿真平臺的，可用于各類作戰仿真系統的公共服務系統，可以為聯合作戰條件下裝備對抗仿真、人在環仿真推演、裝備效能評估等系統提供戰場環境仿真或環境數據。

圖1：戰場環境仿真子系統體系架構

1 功能與架構

戰場環境仿真一般應包括：地理環境、電磁環境、氣象環境、水聲環境等仿真功能的戰場環境仿真系統。MAXSim 仿真平臺主要通過GIS 接口實現對地形信息的讀取并與模型交互來反應地理環境，同時可擴展地物實體及地效Agent 以實現地理環境的仿真，電磁環境仿真主要通過全局或區域的電磁環境及電磁仿真模型來實現。氣象環境主要通過全局及局部的氣象信息進行設置。

為了保證戰場環境仿真系統的可擴展性和可靠性，技術上應采用組件化的設計模式來實現對戰場環境的仿真，這樣可以充分利用MAXSim 現有的仿真功能并根據項目需求進行定制擴展，從而實現與其他系統模塊的無縫集成。其體系架構如圖1所示。

表1：環境實體描述符組成表

表2：高程網表結構

表3：高程索引信息表結構

表4：氣象條件表結構

表5：電磁條件表結構

2 系統組成

從功能上可以看出，戰場環境仿真系統主要提供環境數據及環境模型的仿真服務，其模塊組成如圖2所示。

2.1 地理與實體環境模型庫

地理與實體環境模型庫主要由綜合地理信息（數字地圖）、地物及軍事設施實體組成。綜合地理信息由各種標準格式的地理信息數據文件構成，可表達經緯度、高程、河流、行政界線等信息，這些信息由相應的GIS 進行讀取并可進行相關的坡度、梯度、通視等計算。地物及軍事設施實體由MAXSim 平臺進行實體建模以實現與其它模型的交互。

2.2 氣象信息庫

氣象信息庫主要由階段性的時序氣象信息為主，在進行仿真時可由氣象信息處理Agent 讀取并處理，通過環境數據實體的相關描述符與其它模型進行交互。

2.3 電磁信息庫

主要由全局基礎電磁信息背景及某區域的局部電磁信息構成，可以進行配置及選擇，仿真運行時由電磁信息處理Agent 讀取并處理，通過環境數據實體的相關描述符與其它模型進行交互。

2.4 環境數據實體

環境數據實體由MAXSim 平臺中進行實體建模而來，主要用于承載環境數據信息（包含氣象、電磁等）并可根據應用的需求進行靈活擴展，以表達更復雜的環境條件。

2.5 環境仿真計算

環境仿真計算可采用基于Agent 的思想設計，主要由GIS 檢索計算接口、氣象信息處理Agent、電磁信息處理Agent、電磁干擾仿真計算Agent、聲傳播計算Agent 組成，用于對戰場環境的仿真計算。

2.6 環境交互接口

主要用于戰場環境仿真子系統與仿真平臺引擎間的信息交互，從而實現子系統間的互連對接。

3 設計實現

戰場環境仿真主要由環境交互模型通過環境仿真計算來實現綜合戰場環境的模擬。環境交互模型主要通過環境實體來獲取環境仿真數據描述戰場環境，并通過更新黑板描述符實現與系統中其它模型間的交互。部分環境模型的數據專用的模塊來處理，如地形數據。部分環境模型數據由環境交互模型獲取，如氣象、電磁處理模型。

3.1 環境數據實體

環境實體主要用于承載環境模型所提供的數據，通過所持有描述符及黑板與外部的模型仿真模型進行數據交互。

為滿足與外部環境仿真模型的交互環境實體應設計如表1所示的描述符以容載相應的信息。

3.2 環境交互接口

環境交互模型主要用于環境實體與外部環境模型間的數據交互邏輯的處理（環境仿真計算），包括數據格式、制式轉換；數據更新速度設置；仿真模型對環境的回饋控制等功能，其組成結構如圖3所示。

3.3 外接環境信息

外接環境信息主要包括：地理、氣象、電磁等信息庫，其通常的表述及格式如下。

3.3.1 地理環境

地理環境信息是用網格化與矢量化相結合的方法來設計的一個分層模型，它以戰場環境數據庫數據的分類為依據。戰場環境數據庫的分層模型如圖4所示。

基本網格信息里又分為地形高程屬性、地表材質屬性、機動力學屬性、電磁環境屬性、地貌通過性屬性。基本網格以高程網格建立。如表2、表3所示。

對于地理環境信息可通過開源的Gmap.net 組件來進行處理，MAXSim 仿真平臺系統提供了相關的封裝接口及配置以實現其與特點的GIS 進行集成交互。

3.3.2 氣象信息

氣象條件信息主要考慮到大氣溫度、風力、風向、天氣類型等，其信息結構表如表4所示。

3.3.3 電磁環境信息

電磁環境包括電磁條件描述和（強）電磁源模型描述等，其信息結構表如表5、表6所示。

4 結論

按照模塊化、層次化和分布式設計思想，本文設計了一個基于MAXSim 仿真平臺的，與具體系統松耦合且易集成的戰場環境仿真系統。結合MAXSim 仿真平臺的其它仿真功能，可方便地為聯合作戰條件下裝備對抗仿真、人在環仿真推演、裝備效能評估等系統提供戰場環境仿真服務，具有較好的適配性和通用性。

表6：電磁輻射源表結構

圖2：戰場環境模塊組成

圖3：環境交互模型組成結構

圖4：環境數據分層模型