1、基于 HLA 海军岸基指挥自动化训练仿真系统设计总体方案与实现仿真技术基于 HLA 海军岸基指挥自动化训练仿真系统设计总体方案与实现SchemeandImplementationofNavalTSCCSBasedorlHLA(武汉海军_T 程大学)金亮杨露菁罗兵池晓春Jin,LiangYang,LujingLuo,BingChi,Xiaochun摘要:指挥自动化系统仿真对我军指挥自动化建设和指挥自动化人才的培训具有较高的军事效益和经济效益.出于增强系统的通用性,灵活性,重用性和互操作性的考虑,本文提出了基于 HLA 构建海军岸基指挥自动化训练仿真系统的总体方案:其次,详细介绍了联邦的组成,指挥
2、所建模的功能模块和系统网络信息流程;最后,阐述了联邦开发过程中所使用的建模工具.以及整个 TSCCS 的联邦运行流程关键词:高层体系结构;指挥自动化训练仿真系统;运行时问支持结构; 联邦对象模型;成员对象模型中圈分类号:TP391.9 文献标识码.AAbstract:TheTrainingSimulationsystemofShorebasedNavalCommandandControlfTsCCS)iSofgreatmilitaryandeconomicbenefittobuildingourCommandandControlSystemandtrainingourautomationtal
3、ents.Forthepurposeofimprovingtheuniversality,flexibility,reusabilityandinteroperabilityoftheTSCCS.adesignframeworkoftheHLAbasedTSCCSiSbroughtout.AndthenthefederationcomponentsandfunctionalmodulesRIFepresentedbyabundantuseofdetailorthoroughnessoftreatmentAlsotheinfor-mationstreamsinsystemnetworkarein
4、troducedindiagram.BoththemodclingtoolswhichareusedduringthedevelopmentprocessforfederationandthewholeexecutiondiagramofTSCCSaregivenatlast.Keywords:IIigllLevelArchitecture;TSCCS;R 岫一 TimeInfrastructure(RTI);F0M;S0M1 引言指挥自动化系统的研制对于提高我海军作战指挥自动化程度和作战能力具有重大意义.院校中对指挥自动化人才的培训常常通过一些专用的模拟器材进行相应的操作训练,由于没有相应的
5、战术环境和综合训练功能,其真实性差,往往达不到所需要的训练效果.而且其装备费用高,后期维护复杂,培训效率较低.所以构建海军岸基指挥自动化训练仿真系统成为一种前期投入较少,后期效益较高的选择.海军岸基指挥自动化训练仿真系统(TrainingSimulationSystemofShore-basedNavalCommandandControl,TSCCS)围绕海军基地一级的作战使命,以不同作战模式和战术应用为背景.紧密结合指挥自动化系统功能,全过程模拟作战指挥过程.系统具备三重功能:第一,通过网络构成分布式交互系统,提供基于指挥自动化系统的人机交互式教学训练和软件功能模块测试平台;第二,围绕某一战
6、术想定,从组织计划到实施战斗,实现作战指挥的全过程推演;模拟指挥自动化系统在作战指挥工作中的作业和信息处理流程,提供指挥自动化系统理论教学,装备维护,操作金亮:硕士研究生基金资助:军内 2110 工程,编号不公开培训,战术训练的功能平台.第三,按照 HLA 协议,开发六大基础功能模块,并将其综合集成于各标准操作台位,具有良好的重用性和互操作性.2 高层体系结构简介HLA 是在美国国防部(DoD) 建模仿真办公室指导下提出的新一代仿真规范.HLA 结构规范定义由三部分组成,分别为:1.规则(Rules);2.对象模型模板(OMT:ObjectModelTemplate);3.接口规范说明(Int
7、erfacesSpecification).在 HLA 中,对象模型是描述客观事物的一组对象的集合.在对象模型中描述了这些对象的属性,联系与交互.对象模型在 HLA 中分为两类:一类是联邦对象模型 FOM(FederationObjectMode1).它描述了在联邦执行过程中所有成员可共享的信息;另一类是成员对象模型 SOM(SimulationObjectMode1),用于说明成员(仿真应用 )在参与联邦时能提供的能力.R 皿是HLA 框架的核心.它实现接口规范中定义的联邦管理,声明管理,对象管理,所有权管理,时钟管理,数据分发管理等六类服务.目的是将仿真应用与底层通信及基本功能相分离,提供
8、底层的通信和基本功能支持.海军岸基 TSCCS 基于 HLA 设计可实现应用系统嘲邮局订阅号_82 删 360,年-259仿真技术中文核心期刊微计算机信息(测控自动化)2006 年第 22 卷第 11期的即插即用,易于仿真系统的集成和管理,并且可根据不同的需求和目的实现联邦的快速组合和重新配置,保证了联邦范围内的互操作和重用.3IILA 框架下海军岸基 TSCCS 设计总体方案3.1 系统组成结构根据软件的应用目的和研究需要,以及将来的应用扩展,设计仿真系统的硬件结构如图 1 所示.图 1TSCCS 组成框导演控制台:仿真的综合管理,协调仿真对象,负责仿真的开始,运行,暂停,继续,回溯,重演等
9、,并记录仿真运行中所有交互的数据及信息.战术环境(战场态势) 生成:战场态势生成系统生成的数据包括作战地域的地理环境(海图),以及根据某一作战模式下战术想定生成的兵力编成与兵力部署数据.这些数据以高逼真度保障模拟系统进行战场推演的顺利实施.数据库服务器:存储和管理战场环境数据库,目标态势,作战文书文件,兵力管理,多媒体数据等.存贮仿真中相关数据,供其它仿真节点读出或写入数据.指挥所各功能台位:根据作战指挥系统中的使命任务,设有作战,情报,电子战,后勤,装备等台位.各台位根据敌情和作战首长的决心,制定本台位作战方案,协同计划和控制部队的作战行动.各台位拥有与本台位职能相符合的兵力管理,装备管理,
10、组织计划实施等功能.探测系统:主要根据导演控制模块的战场环境设定和数据库服务器中的环境输出参数,进行原始信号捕获,处理,输出相关信息(如目标方位,距离,频率等),模拟声纳,雷达,预警机,电子侦察台等工作过程.武器系统:模拟岸基武器(主要是导弹,岸炮)的相关行为和性能.将来也可以把舰载武器系统作为一个联邦成员集成进来.三维视景:根据导演台和战术环境生成台生成的战场态势以及相关台位产生的目标机动和武器打击的效果.利用 OpenGL 函数接口调用立体模型库对战场态势和推演过程进行多方位多视角实时演示.3.2 指挥所台位功能模块指挥所各台位之间可以通过 RTI 进行态势,文件,数据等各种信息交互,为达
11、到参谋作业和作战指挥的人员培训和仿真目的,设计仿真系统各台位由以下四种功能模块组成.地理信息模块:地理信息模块建立在矢量海图数据的基础上,以数字化的纸质海图为基础,参照 ARC/INFO 地理信息系统建立起适用于复杂大系统,同时经过扩充(解密算法) 可直接读取的数字矢量海图存储,显示系统.军图标绘模块:军图标绘是为系统提供的一套独立于海图的图上电子标绘手段.出于对方便参谋人员标绘作业的操作的考虑,系统提供可标绘基本的直线,圆,椭圆,多边形,矩形,文字,标注框等基本图元,同时提供标图手册上 700 余个军标标绘.提供所标绘军标的任意点选,移动,旋转.标绘最终数据可以保存为态势标绘文件存储,以供以
12、后使用.文书管理:在指挥所,机关参谋人员的日常:l作与训练过程中.或者在军事模拟演习过程中,需要处理大量的各种格式的文书,迅速,准确地完成文电的相互传输,所以本分系统应能够对各种日常文书,战图 2 系统网络信息流程图发送视景控制信息一260360L/年邮局订阅号:82.946仿真技术时文书进行处理和有效地组织管理,具有在本地网络及远程网络上传输各种类型文电的功能.战术计算模块:是系统中的重要基本模块,战术计算模块能进行各种战术计算,帮助指挥员在制定决心方案时进行数量分析决策;该子系统还能对指挥员所作的战斗决心方案进行评估.主要可分为对海战术计算,对空战术计算,对潜战术计算,对水雷战术计算,其他
13、战术计算以及作战效能评估六大类别.以对海战术计算中的舰艇机动计算为例.有定时占领阵位,定速占领阵位,定速迅速接近,定速迅速与目标扩大,两目标相对方位和距离,目标到达指定距离所需时间,目标的瞬变率,目标与我舰最近距离最大,一定时间后的目标方位,与目标的最近距离,到达指定方位所需时间等多个计算模型.按照仿真系统的作战推演步骤,其系统网络内的信息流程如图 2 所示.4ItLA 框架下海军岸基 TSCCS 的实现4.1 联邦设计开发仿真系统对 FOM/SOM 的建模采用 LabWorks.其四个基本模块:OMDT:实现 HLA 对象模型(SOM,FOM)的自动化设计.FedProxy:生成可直接运行的
14、 HLA 联邦成员.测试 HLA 联邦成员.FedDirection:实现 HLA 联邦由产生到退出的全生命周期的运行管理.Omni:实现 HLA 联邦成员和 RTI 的集成.整个系统软件的开发采用 MicrosoftVisualc+6.0,部分数学模型的开发采用 Maflab6.0.RTI 采用 pRTI(PortableRTI)j_行支撑框架,使用最小的资源消耗提供最大的效能,使联邦成员可以运行在从手持 PC 直至大型工作站的多种硬件平台上.4.2 联邦执行系统仿真的运行是由 RTI 提供支持的.RTI 由RtiExec,FedExec,LibRTI 三部分组成.其中,RtiExec是一个
15、全局进程,主要管理联邦创建,结束及多个联邦的管理;FedExec 管理联邦成员的加入和退出 ;LibR11 是一个接口函数库.它为开发者提供 HLA 接口规范所描述的服务.仿真计算机开机后.进行相应的初始化和后台联邦成员的启动,待系统全部初始化完毕且系统报告正常时,由仿真管理联邦成员发送交互信息,对整个仿真过程进行管理和控制.模拟作战指挥的的整个过程.系统具备三种仿真模式.即实时仿真,快速仿真,仿真重演.它们之间的差别主要在于:实时仿真方式是人在回路中的方式.人在其中可以对仿真进行相应的控制和改变;重演仿真方式是在实时仿真方式的基础上进行的,只是数据的来源有所区别.它直接读取以前实时仿真的数据
16、,而不必再进行中间变量的相关运算;快速仿真方式无需人的参与,系统按照既定的过程以尽可能快的速度运行.从而可以节约大量时间,它主要是为分析某些参数的影响而采取的方式.系统运行流程见图 3 所示.图 3 系统运行流程图5 结论海军岸基 TSCCS 的研制需要包括仿真算法,部队作战模拟技术,计算机网络技术,虚拟现实技术,GIS技术等各方面知识.系统建设需要多个部门通力合作.本文对基于 HLA 体系结构的岸基 TSCCS 提出了总体设计方案和实现方法.TSCCS 按照一定的战术需求,合理组成具有一定编制体制的演练单元,可以进行各种形式的演练.对人员的培训和战术的推演具有较高的应用价值和军事效益;其良好
17、的可重用和可扩展机制便于将来集成嵌入到复杂海军 C4ISR 系统, 具有较高的开发价值.参考文献f1周彦,戴建伟 ,HIJA 仿真程序设计 【M.北京:电子工业出版社200262杨静宇等. 战场数据融合技术,北京:兵器工业出版社.1994.3苏长云海战场信息系统和武器系统综合仿真技术研究,情报与指挥控制系统,Vo1.3,4 连载,200434鲁飞,徐国治 ,应忍冬.基于 IntelPXA250 处理器工作状态的功耗仿真模型及分析J.微计算机信息,2005,1:131133SDMSO.HLAObjectModelTemplate.Version1.1.1997.http:www.dm.mil.作
18、者简介:金亮:男,1980.11.11,硕士研究生,研究方向为指挥自动化系统仿真.Email:;杨露菁:女,1966.3.22,副教授,硕士生导师.(见第 1l2 页)冉邮局订 82.舛 6360/#-_26l 一数采与监测中文核心期刊微计算机信息)(测控自动化)2006 年第 22 卷第 11期其中 ADM202 及 P3.0W3.1 构成了与计算机通信的 RS232 接 El,它有两个功能 ,一是实现计算机与数据采集系统的数据通信.另一功能是与 JPI 配合使用,完成将程序从计算机下载到 ADuC812 片内的闪速/电除程序存储器中.当下载程序时,需将单片机系统的电源关掉.用屏蔽帽屏蔽 J
19、P1,单片机系统再上电,ADuC812 进入程序下载状态.运行 SERIALWINDOWDOWNLOAD 可以将 HEX 文件下载到芯片内.ADM812 组成了系统的复位电路.3 应用程序的软件流程图PC 机与单片机的串口通信技术可以说已经比较成熟.但在工程实际中应用较多的是 VC,VB 通信控件,一般人员开发具有一定的困难.本文的 PC 机应用程序是运用 MAqq_AB 的类(SERIAL)和 M 语言开发,辅以 MATLAB 的 GUIDE 工具箱,程序开发相对简单.单片机的程序应用 Mcs 一 51 汇编,只需在程序的第一行加$MOD812 标识符即可.整个传输过程是:由单片机发送握手信
20、号,Pc 机接到握手信号后发应答信号,并准备接收信号,单片机接收到应答信号后准备发送数据,并说明通信过程挂钩成功,总的测量次数和键值作为第 0 组发送,发送完毕累加校验和,发现传输错误时重发,程序的流程图如图 1 所示图 l 单片机与微机的通信流程图MATLAB 的 SERIAL 类核心是用 JAVA 语言编写的,与 VC 等高级语言相比存在许多不足,如不能以中断的方式访问该串口类,但是对一般的应用要求该类还是可以满足要求的,同时由于该类的使用方法极其简单,故而也有一定的实用性.参考文献:【l】先锋工作室.单片机程序设计实例【M】.清华大学出版社.2003.1【2 啊英,何强.MATLAB 扩
21、展编程【M】清华大学出版社.2003【3】李刚.M.ADuC8XX 使用指南.北京航空航天大学出版社 .4王长利,全厚德 .基于数据库的通信设备自动测试系统设计J.微计算机信息,2005,1:6971作者简介:赵云鹏,男,1974 年 3 生,汉族,检测技术与自动化装置方向的研究生,现为海军工程大学节能技术研究中心工程师,从事自动化装置的研究与教学.Email:zyp5699yahoo.COAuthorbriefintroduction:ZhaoYunpeng,male,borninMarch1974Han.ReceivedhismasterdegreefromTianjinUniversit
22、yofScienceandTechnologyin2005.NowheisanengineerofResearchCenterofEnergyConservationTechnologyNavyUniversityofEnd“neering.Hisworkinterestsineludeteachingandresearch.(300450 天津塘沽海军工程大学节能技术研究中心)赵云鹏(ResearchCenterofEnergyConservationTechnol-ogyNavyUniversityofEngineeringTianJinTang-Gu,300450)Zhao,YunPeng联系方式:(300450 天津塘沽河北路 l 号节能技术研究中心)赵云鹏(投稿日期:2005.7.1)(修稿日期 :2005.7.16)(接第 261 页)AuthorsA 咖 afion:Jin,Liang:Men,1980.11.1l,P0stgraduate,Researchdirection:ControlandCommandSystemSimulation;Yang,Lujing:Woman,1966.3.22,
