聯合試驗環境對象模型建模方法

92493 部隊 許雪梅

武器裝備實戰化考核必須在貼近真實戰場的聯合試驗環境中進行。為解決聯合試驗環境構建需要跨軍兵種跨靶場試驗系統綜合集成、試驗資源互操作與重用組合的問題，提出聯合試驗環境對象模型建模方法。以小型化、繼承性和少量化原則為遵循，提出建模方法步驟為分析裝備實體協議信息，對實體和實體間特征進行一致性處理和分類，構建標準化對象模型，最后優化處理；給出TDL 和UML 語言描述對象模型示例。工程實踐表明，利用該方法實現了靶場跨區分布式試驗資源的互操作，為武器裝備試驗鑒定提供了復雜對抗環境，對于相關工程技術人員具有一定參考價值。

武器裝備作戰效能、適用性以及完成特定作戰任務能力的考核是目前靶場武器裝備試驗鑒定的主要項目。這些考核只有在貼近實戰的試驗環境下進行才更加真實，而以檢驗武器裝備性能為主的傳統靶場試驗環境相對理想，難以適應以信息為中心、以聯合作戰為特征的裝備試驗需求，存在以單武器系統為主要試驗對象、試驗系統自成體系互操作性差、威脅目標模擬手段有限、仿真試驗置信度偏低、實裝試驗充分性不足等問題，難以滿足武器裝備邊界性能考核、作戰效能以及體系貢獻度評估等需求[1,2]。因此實現各類分布式靶場虛實資源的綜合集成，實現異構試驗系統之間的互聯互通互操作和資源的重用組合，構建對抗強度高、電磁環境復雜、貼近真實戰場的聯合試驗環境[3,4]，是目前靶場努力的方向。這其中最關鍵的技術是實現各類LVC[5,7]（L—實裝、V—半實物模擬器、C—數學仿真）資源間的互操作、重用和可組合，其核心就是建立對象模型，因為對象模型是聯合試驗環境中各種資源交互信息的高度抽象表示，為各種試驗資源進行信息交互提供“公共語言”，實現試驗系統內部或試驗系統之間語義層面的互操作，也就是說對象模型是實現試驗資源互操作和重用的基礎[8-10]。為此，如何建立聯合試驗環境對象模型、如何建立標準化的對象模型成為關鍵問題。

1 聯合試驗環境對象模型建模原則

聯合試驗環境對象模型建模過程就是采用面向對象的方法，封裝靶場運行過程中需要傳輸和交換的所有信息，描述與靶場資源相關的對象定義、繼承和關聯關系。通過聚合各種標準“積木”對象，采用“自底向上”的方法逐步建立標準對象模型。從聯合試驗環境對象模型建模過程和實際使用角度，可以將對象模型分為3 類：（1）用戶定義對象模型，即符合元模型建模要求，由用戶為滿足某種特定需求而自定義的、不具有通用性的對象模型；（2）準標準對象模型，即符合元模型建模要求，按照邏輯靶場應用定義，具有一定通用性、未經管理機構最終確認的對象模型；（3）標準對象模型，即符合元模型建模要求，按照邏輯靶場應用定義，具有一定通用性、被廣泛接受、被管理機構確定為標準的對象模型。

從上述分類可見，對象模型建模是一個循序漸進、不斷迭代發展的過程，不可能一蹴而就，為避免走彎路，建議遵循以下原則：

（1）小型化原則，即對象模型的建立首先應是著眼于大多數對象模型所依賴的微小、可重用的對象，而不是著眼于大規模信息建模問題。也就是說首先建立幾乎所有靶場資源都可以共用的小型對象模型，大型對象模型則通過“積木式”組合的方式構建。比如，“時間”“位置”“方向”“速度”等小型對象模型先進行建模和標準化，TSPI（T—時間、S—空間、P—位置、I—信息）對象模型（屬于中型對象模型）就可以直接由這些標準化的小型對象模型組合而成，而平臺、武器、傳感器等大型對象模型則由TSPI 和其他對象模型組合而成。

（2）繼承性原則，即通過繼承通用化、共性對象模型的方式，直接具備了擬構建對象模型的基本屬性和行為，再通過增加自身特有的屬性和行為，形成新的對象模型。比如，基礎平臺對象模型的屬性和行為是艦船、飛機等平臺共有的，則艦船、飛機平臺的對象模型在繼承基礎平臺對象模型的基礎上，增加艦船本身特有的類型、主要參數、船型系數、動力裝置、可操縱性能等屬性和行為，構成艦船平臺對象模型，同樣增加飛機本身特有的類型、起飛與降落、爬升與下降、航行范圍、姿態與受力等屬性和行為，構成飛機平臺對象模型。

（3）少量化原則，即標準對象模型越少越好，最終目標是實現以有限的標準化對象模型表征無限的試驗裝備資源交互信息。比如靶場的雷達裝備包括光測、遙測、連續波脈沖等，體制各異，種類型號繁多，但所有雷達對應的對象模型只能抽象出一個，這就要求對所有雷達的信息交互接口協議進行研究，從中抽離雷達共性屬性和行為，形成能夠表征靶場所有類型雷達的對象模型。

2 聯合試驗環境對象模型建模方法

聯合試驗環境對象模型建模的基本方法是首先分析各類試驗裝備實體的協議信息，對實體和實體間特征進行一致性處理和分類，再進行小型對象模型或基礎對象模型構建，最后構建與實體相對應的對象模型并進行優化處理。

2.1 實體接口協議分析

由于聯合試驗環境對象模型分為SDO（狀態分布對象，是包含狀態和方法的分布式對象，支持面向狀態的發布/訂閱和遠程方法調用，適用于分布式實時通信與交互）、消息和數據流3種，因此首先應對各類試驗裝備實體的交互協議進行分析，確定交互協議描述的內容是實體的狀態信息、交互的事件信息還是數據流信息，這3 類信息分別對應SDO、消息和數據流，其中實體的狀態信息和交互的事件信息都是針對實體的，統稱為實體信息類。

2.2 實體特征一致性處理

對于實體信息類協議，重點分析其中所描述實體的特征以及特征的數據類型。由于實體信息協議數量很多，且由不同人員設計，對于同種類型實體如雷達，若型號不同則很可能實體協議不同，這樣就可能存在同種類型實體的實體特征不一致、特征名稱不一致、特征類型不一致等問題。因此需要首先進行實體特征的一致性處理，以保證實體信息表達的完整性和準確性。

對于實體特征不一致的情況，將同類實體協議中的實體特征取并集作為該類實體的特征，以保證實體特征的完整性。即其中Pij=(xi1,xi2……xi m),m≥ 0，Ei表示實體，(xi1,xi2……xin)表示實體Ei包含的n個特征，Pij表示協議j中描述的Ei實體所包含的特征，s表示實體協議數量。

對于實體特征類型不一致的情況，使用唯一的特征名稱對應一個特征，特征名稱不同但實際含義相同的確定為同一特征，不重復記錄特征。

對于實體特征類型不一致的情況，如協議中對同一特征對應的數據類型可能存在差異，同樣是實體位置特征，某些協議為4 個字節，而在其他協議中為8 個字節，這時取實體特征最大字節數作為該特征的數據類型，以此涵蓋全部協議對實體特征數據類型的要求。

2.3 實體間的特征一致性處理

對于不同類型的實體，表征相同特征也可能存在不一致情況，例如飛機平臺的高度特征名稱為高度，而地形環境的高度特征名稱為高程，又如雷達的經度特征數據類型為4 個字節，導彈的經度特征數據類型為8 個字節等。此時需要進行一致性處理使得實體之間具有相同特征的名稱和數據類型保持一致，這樣做的好處是實現小型對象模型構建的標準化，進而實現組合而成的大型對象模型標準化。

2.4 實體特征分類

在對實體特征進行一致性處理后，對實體特征進一步分析，按照目錄結構進行歸類，即將實體特征分為若干個大類別，每個大類別再分為若干個子類別，如將時空位置（TSPI）作為大類，再劃分出位置、速度、加速度等子類。每個子類可再劃分為子類，例如位置類可進一步劃分出地心坐標位置類和大地坐標位置類等，將實體特征劃分到大類或各個層次的子類中，從而形成類別的樹型結構，實體特征全部劃分到樹型結構的葉子節點，清晰表達出實體特征的層次結構，如圖1 所示為2 層分類的樹型結構。各實體具有相同特征的類或子類的名稱統一命名，從而保證不同實體中具有相同特征的分類名稱一致性。分類的目的是為構建小型對象模型或基礎對象模型奠定基礎。將大多數實體特征按照所屬類別劃分到不同的子類中，少量不能夠劃分到子類中的特征則體現了實體本身的特殊性質，獨立存在。

圖1 實體特征樹型結構示意圖Fig.1 Diagram of tree structure of entity characteristics

2.5 基礎對象模型構建

基礎對象模型是對實體子類信息的抽象，每一個實體子類建立一個基礎對象模型，以每個子類英文小寫命名對象模型名稱，對象模型的屬性定義原則如下：

（1）若該子類只包含葉子節點，對象模型屬性為子類的實體特征集合，實體特征名稱英文小寫作為屬性名稱，以實體特征的類型作為對象模型屬性類型。此對象模型為小型對象模型，如上述的位置對象模型就是標準化的小型對象模型。

（2）除上述情況外，對象模型屬性由兩部分組成，一部分為與其直接相連的子類，以子類英文小寫作為屬性名稱，以子類英文首字母大寫作為屬性類型；另一部分為與其直接相連的葉子節點，即其包含的特征，以實體特征名稱英文小寫作為屬性名稱，以實體特征的類型作為對象模型屬性類型。此對象模型為由小型對象模型組合而成的中型對象模型，如上述的TSPI 對象模型就是由時間、位置、速度、加速度、方向、角速度、角加速度這些小型對象模型組合而成的中型對象模型。

2.6 大型對象模型構建

大型對象模型是對某一類實體整體的抽象，利用上述已構建的小型對象模型或中型對象模型，通過組合的方式構建大型對象模型。具體方法是將某一類多個實體按照特征進行分類，具有相同特征或相同子類的進行合并，如圖2 所示，實體1 和實體2 共用了子類2 和特征5。

圖2 多個實體共用實體特征示意圖Fig.2 Diagram of multiple entities share entity characteristics

采用組合方式，以實體類別英文小寫的名稱作為大型對象模型名稱，將所有實體直接連接的節點作為對象模型的屬性，與實體直接相連的葉子節點的實體特征名稱英文小寫作為屬性名稱，以實體特征的數據類型作為對象模型屬性類型，以子類英文小寫的名稱作為屬性名稱，以子類名英文首字母大寫作為屬性類型。如基礎平臺對象模型就是由TSPI 以及平臺環境、敵我關系、平臺受損狀態、DR 算法等中型對象模型組合而成的大型對象模型。

2.7 對象模型優化

由于試驗裝備類型多交互協議多，在對象模型使用過程中可能會出現構建的對象模型不一定能完全覆蓋裝備屬性的情況，需要不斷充實完善，并經過跨靶場跨軍種多次使用最終由專門管理機構確認形成標準對象模型，供全軍聯合試驗任務調用。

3 對象模型建模示例與應用

3.1 雷達對象模型建模示例

對象模型可用UML（統一建模語言）、XML（可擴展標記語言）、TDL（實驗與訓練使能體系結構TENA[11]定義語言）等語言描述。對象模型建模過程是對象模型文檔化的過程，利用各種元模型元素將抽象化的對象模型可視化。以雷達對象模型為例加以說明。目前靶場雷達按用途分有警戒雷達、導航雷達、測高雷達、測速雷達、火控雷達、氣象雷達等，按信號形式分有脈沖雷達、連續波雷達、頻率捷變雷達等，種類多數量大，且研制廠家各異，存在同類型雷達接口協議不同、實體特征不同、特征類型不一致等情況。通過對靶場各型雷達接口協議分析，經過一致性處理和分類，抽象出各型雷達通用的互操作特征屬性，如圖3 所示。再按照上述建模方法對各特征屬性命名，按照先對類型、功能、狀態、目標、發射、接收等子類建立基礎對象模型，再通過聚合、繼承建立雷達實體對象模型，如圖4 所示。

圖3 雷達互操作特征屬性示意圖Fig.3 Diagram of radar interoperable feature attributes

圖4 雷達對象模型Fig.4 Radar object model

3.2 雷達對象模型應用示例

在聯合試驗環境中，有些武器裝備的邊界條件在外場實裝環境下難以考核，需要在LVC 資源集成構建任務環境下進行試驗。例如多目標攔截項目，由模擬導彈類目標的外場輻射式電子靶標模擬多方向流導彈目標，由內場數字導彈實施攔截，這時各型雷達需要與指揮控制中心、半實物模擬器和內場仿真模型進行實時互操作，按照傳統方法需要各型雷達協議逐一與交互裝備對接并進行接口改造，周期長效率較低，而采用各型雷達都通用的標準對象模型作為互操作的公共語言，就可極大提高資源重用效率。如圖5 所示，各型雷達探測電子靶標信息，并將信息送至指控中心，由指控中心處理融合，向內場導彈模型發送攔截指令，從而完成信息的實時交互。該過程中雷達對象模型和彈藥模型起到了公共通信語言的重要作用。

圖5 對象模型應用示例Fig.5 Example of object model application

4 結論

利用上述對象模型建模原則和方法，建立了應用于試驗訓練領域的具有海軍特色的標準對象模型集，涵蓋平臺、武器、交戰、裝備、環境、應用管理等類別，已成功應用于靶場跨四個地理區域的試驗資源集成，不僅實現了外場實裝間的互操作，還實現了內場仿真與外場實裝間的互操作，為武器裝備實戰化考核構設了貼近實戰的復雜對抗環境，較好解決了以往試驗環境較理想以及武器裝備邊界條件難以考核的問題。

引用

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