基于HLA的自行高炮CGF的研究与设计

2011-07-17 15:11:57来源: 互联网

0 引言
    随着计算机网络技术和军事需求的不断提高,作战模拟逐步由单机环境转向网络环境,分布交互式作战仿真成为研究的重点,各种支撑技术相继出台,最具代表性和发展潜力的是基于高层体系结构(High Level Architecture,HLA)框架下构建的作战仿真系统。计算机生成兵力(Computer Generated Forces,CGF)是作战仿真系统的一个重要组成部分,它通过一定的协议把分布在模拟器中的个体联入同一个虚拟战场环境中实现综合仿真。通过对人类作战行为足够的建模,这些实体能不需要人为的交互而自动地对仿真战场环境中的事件和状态做出反应。基于HLA的某自行高炮武器系统模拟训练平台是采用HLA的技术、体制和思想构建起来的先进仿真训练环境,它主要完成高炮的战法演练、日常训练、装备论证等任务。高炮CGF是某自行高炮武器模拟训练系统中的一个联邦成员,其本身也作为一个独立的联邦,能为受训人员提供交战对手或援军的主要兵力实体,其模型的准确性、有效性、真实性将直接关系到高炮作战模拟训练的效果。由上可知,构建基于HLA的高炮CGF对整个仿真系统科学、有效地运行具有重要的意义。

1 高炮CGF的设计思想及原则
1.1 设计思想
   
由上可知,高炮CGF是作为一个联邦成员加入高炮武器系统模拟训练平台的,如图1所示,需要说明的是,高炮CGF本身也是一个联邦,它也有自己的联邦成员,本文所研究的就是高炮CGF作为联邦其本身的构建过程。按照联邦开发执行过程(Federation Development and Execution Process,FEDEP),根据明确的联邦开发目标来开发联邦概念模型(Federation Conceptual Model,FCM)。高炮CGF联邦的开发目标是建立一个能够在高炮武器系统模拟训练平台中为受训人员提供交战援军的智能高炮兵力实体,它不仅具有构建各种不同类型和功能的高炮的重用能力,更重要的是通过给定不同的初始化数据可快速重构出高炮作战训练所需要的具有不同层次的指挥决策能力和战术行为的仿真智能高炮。


1.2 设计原则
   
高炮CGF实体采用简化的动态模型,具有节省时间、充分体现对象外在特性、模型易于机动控制的特点。高炮CGF必须符合HLA所提出的联邦成员规则,才能与HLA兼容。HLA为联邦和联邦成员提出了必须遵循的10条规则,其中联邦成员规则有5条,分别为:每个联邦成员必须具有一个符合HLA OMT规范的仿真对象模型(Simulation Object Model,SOM);每个联邦成员必须能够更新或反射其在SOM中说明的任何属性、发送和接受SOM中说明的交互实例;在联邦运行过程中,联邦成员应能动态转移或接受在它的SOM中说明的对象属性所有权;联邦成员应能改变其SOM中规定的更新属性值的条件(例如阈值);联邦成员应该能管理局部时间,从而允许它和联邦中的其他成员协调数据交换。
    HLA主要由规则(Rules)、对象模型模板(OMT,Object Model Template)和接口规范(Interface Specification)3部分组成。在HLA中将仿真应用与底层的通信和分布仿真基本功能相分离,由运行时间框架(Run Time Infrastructure,RTI)提供的服务来实现底层的通信和基本功能,即在一个联邦的执行过程中,所有的联邦成员按照HLA的接口规范说明所要求的方式同RTI进行数据交换,实现成员间的互操作。高炮CG-F、联邦通过向RTI请求服务的方式完成某些操作,并及时更新对象实例的属性和交互类属性。

2 高炮CGF系统的仿真模型
   
通用CGF系统中的模型主要有3种,即物理行为模型、智能行为模型和环境模型,只有正确地建立这3种模型,最后所得到的CGF对象才是可信的。高炮CGF实体一般行为是指高炮在战场中的物理行为,中间包含了智能行为的实现,智能行为模型建立在物理模型之上,在通过物理模型获取感知和命令的基础上,经过推理产生决策,并通过物理模型实施决策、产生效应,作用于战场环境。如高炮实体在虚拟战场环境中的机动、侦查、开火,射弹散布,以及高炮分队路径规划、队形变换、火控运用等聚合级行为。根据某自行高炮的战斗行为,将高炮CGF的实体模型进行分类,如图2所示。

   高炮攻防对抗过程可看成是由一系列离散一连续事件和活动组成,该CGF系统主要由CGF操作员接口和5大模型组成,即机动模型、火控模型、毁歼效能评判模型、数据库模型和智能决策模型。
    (1)机动模型。主要包括进攻过程中单炮机动模型,分队作战的路径规划模型。
    (2)火控运用模型。主要包括目标探测模型,目标选择模型,瞄准射击模型,射道分布模型。
    (3)评判模型。主要包括红蓝双方的毁伤结果,并进行相关的数据统计分析。
    (4)数据库模型。主要包括双方参战的性能参数,红蓝方的战术机制,高炮的位置、配置地域等情况。
    (5)智能决策模型。智能决策模型设计是建模的关键环节,主要采用人工智能技术来进行智能决策模型的建立。

3 高炮CGF智能决策模型的实现方案
    CGF的研究重点在于实体行为,尤其是智能行为的实现。目前,实现CGF的智能行为主要采用人工智能技术。高炮CGF行为模型中的智能决策模块将由物理模型传来的信息根据知识库进行决策,模块内部由2大部分组成:接口模块和决策模块。其中接口模块由接收属性模块、发布交互模块组成。决策模块分为决策器模块、数据库管理模块、战术控制规则数据库和历史信息库模块。决策模块采用人工神经网络的智能算法实现,决策过程为:决策机制接收当前环境的状态信息,结合炮车的自身状态,参照任务目标做出决策,产生动作控制信息。在高炮CGF系统中,先用模糊逻辑的方法对当前态势进行分类,判断所采用战术规则的类别,再根据规则库实施战术决策,并对当选战术进行动作规划,再将决策结果作为控制信息传回给物理模型实体。在智能决策过程中,需要考虑当前状态数据与规则条件的匹配、规则的搜索、冲突消解、匹配失败的处理等问题,同时还要考虑智能决策的实时性问题。实时决策是指在决策过程中,当某规则最适合当前态势时,能够迅速启用该规则,充分抓住战机;而当所有规则都不适合当前态势时,要尽快结束本次决策过程,以便随时迅速进入下一轮决策,决策流程如图3所示。



4 基于HLA的高炮CGF系统设计
   
基于HLA的高炮武器系统模拟训练平台的设计是联邦的开发过程,高炮CGF仿真子系统的设计则是联邦成员的开发过程。按照联邦成员的开发过程,应对高炮作战过程、涉及的事件、构建的模型、工作时序、输入输出信息及与其他仿真成员组之间的关系等进行分析。
4.1 高炮CGF仿真子系统与其他联邦成员的关系
   
由高炮武器系统联邦结构图(图1)可知,高炮CGF仿真子系统(红方成员)与其他子系统(成员组)之间是通过HLA接口与RTI连接,由RTI实现成员(对象)之间的数据交换和控制。
4.2 高炮火控单元射击指挥过程分析
   
高炮火控单元的射击指挥过程,即火控单元完成对空中目标射击的全过程可用下列事件来表征:目标搜索控制、目标跟踪处理、目标威胁评估及排序、发生决策、火控分配、发射和杀伤效果评估及火控转移。
4.3 信息公布订购关系
   
高炮CGF仿真子系统要完成防空作战过程仿真,必须与其他仿真成员之间发生信息交互,交互的信息主要有:
    (1)与导演台成员组之间订购的交互类包括:启动仿真运行、暂停和结束的控制信息;显示方式、内容的控制信息;武器系统性能参数信息。
    (2)公布的交互类包括:防空火控单元的类型、数量及部署位置(坐标)信息;炮弹的飞行轨迹数据;防空作战结果数据等。
    (3)与战场环境成员组之间订购的交互类包括:被保卫阵地的类型、编号、坐标等信息;电子干扰手段、样式信息等。
    (4)公布的交互类包括:防空火控单元的类型、数量及部署位置信息;预警雷达类型、数量、及部署位置信息等。
    (5)与蓝方成员组之间订购的交互类包括:空中目标的航迹数据(批次、架次、坐标、时间等)信息;攻击机投放的炸弹航迹数据信息等。
    (6)公布的交互类包括:炮弹的飞行轨迹数据;火控单元阵地毁伤信息。
    高炮CGF作战仿真系统的工作流程图如图4所示。


4.4 基于HLA的CGF高炮系统决策仿真实例
   
图5为基于HLA的高炮CGF系统决策仿真实例,本CGF系统中的RTI采用HLA1.3标准,仿真开始后,目标信息、高炮状态和炮手决策参数从输入端传人,经过仿真运行,得到炮手决策的相关参数和高炮的开火状况,如图5所示。


    决策结果炮手立刻开火射击。该仿真平台能够模拟火控系统工作过程的整个场景,实现了比较逼真的火控系统工作过程的决策行为模拟。

5 结语
   
在HLA框架下实现高炮CGF,用少量的网络节点达到大量增加战场实体,扩展作战仿真规模的目的。下一步工作中要继续完善联邦成员的各种模型,使之成为一个具有标准HLA接口和完善功能的联邦成员,并按照OMT一致的标准开发高炮CGF的联邦对象模型(Federation Object Model,FOM),给出其核心类表。同时,要进一步提高CGF系统的自治性,将所研制的CGF系统置于分布式虚拟环境中,以提高基于分布式虚拟战场环境的军事演练的真实水平。

关键字:研究  设计

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/0717/article_7197.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
研究
设计

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved