LVC仿真技术体系架构

吉伟宏 张清泉 邱尔妮

摘要：本文详细介绍了LVC仿真技术体系架构，并分析了与之相关的支撑仿真技术。

关键词：仿真;架构;模型

LVC（Live，Virtual，Constructive）仿真是指包含实况仿真、虚拟仿真、构造仿真等三种类型或模式的仿真。

要求基于LVC仿真技术体系架构构建的仿真系统必须全面支持虚拟仿真（V）、构造仿真（C）或实况仿真（L）三种类型中的任何一种或多种类型模式的组合，也就是要求仿真技术体系架构必须支持模型的互操作和可组合以及资源的可重用。

其中：L即Live Simulation，实况仿真，是指真实的人在实际战场上，使用实际装备进行假想的行动，主要用于开展相关试验和演练行动。归结起来，实况仿真是依托实地外场空间环境，由真实人员操作实物仿真模拟装备参与的仿真，可以把它理解为“实地外场+真人+实物仿真模拟装备”模式，真人CS野外对抗游戏就是实况仿真最典型的应用。

V即Virtual，虚拟仿真，是指系统在虚拟合成的战场上模拟作战，表现为真人操纵模拟系统，主要用于开展单装或专项训练或分队力量合训。归结起来，虚拟仿真是依托虚拟空间环境，由真实人员操作能够反映（装备）使用与作用本质特征的模拟装备参与的仿真，可以把它理解为“虚拟合成外场+真人+半实物或实物仿真模拟装备”模式，各类训练模拟器就是虚拟仿真最典型的应用。

C即Constructive，构造仿真，是一种作战推演与分析的平台工具，通常是在虚拟空间，由模拟人操纵模拟系统，主要用于实施相关作战或演练过程的推演、试验的过程实现与评价。归结起来，构造仿真完全是在虚拟空间中实施的仿真，可以把它理解为“虚拟合成外场+虚拟仿真使用人员+虚拟仿真模拟装备”模式，各类虚拟空间作战推演和作战试验系统就是构造仿真最典型的应用。

相关仿真支撑技术

近年来兴起了高层体系结构（HLA，high level architecture）、基本对象模型（BOM，base object model）、试验与训练使能体系结构（TENA，test training enabling architecture）和模型驱动体系结构（MDA，model driven architecture）等仿真技术，虽然它们的技术特点、使用领域各不相同，但它们都有一个共同的目的，就是解决L、V、C仿真与模型的互操作性和可组合性、资源可重用性等问题。

1）高层体系结构（HLA）

1998年完成HLA的最终定义，2000年9月成为IEEE1516.X系列标准，形成了一系列比较完整的理论、标准和协议，已成为通用工程实践的一部分。HLA源自于先进分布式仿真（ADS）技术的概念，经历了先进分布式仿真技术经历了平台级分布交互式仿真（DIS）、聚合层仿真协议（ALSP）到高层体系结构（HLA，high level architecture）的过程。

HLA主要由三部分组成：规则（Rules）、对象模型模板（OMT：Object Model Template）、接口规范说明（Interface Specification）。为了保证在仿真系统运行阶段各联邦成员之间能够正确交互，HLA规则定义了在联邦设计阶段必须遵守的基本准则。HLA对象模型模板提供了一种标准格式，以促进模型的互操作性和资源的可重用性。接口规范定义了联邦成员与联邦中其他成员进行信息交互的方式，即RTI的服务。

HLA是一个开放式的、支持面向对象的体系结构。它显著的特点就是通过提供通用的、相对独立的支撑服务程序，将应用层同底层支撑环境分离。

2）基本对象模型（BOM）

由于HLA仅对联邦和联邦成员作出规范，而对更小粒度的仿真对象缺乏开发规范，导致仿真模型开发随意性较强、重用性较差。为了解决这些问题，20世纪90年代后期，仿真互操作性标准化组织（SISO）提出了一种高效的仿真建模框架-基本对象模型（BOM，base object model），2006年3月发布了相关的标准。BOM主要包括模型识别信息、概念模型定义、模型映射和对象模型定义等四个部分。其中，模型标识主要是描述模型开发信息，包括了模型的可重用信息;概念模型通过概念实体类型和概念事件类型描述现实事物，通过状态机和交互模式来反映现实事物的状态变化和交互关系;模型映射将概念模型中的实体类型和事件类型映射到HLA-OMT中的对象类型，从而使得概念模型和HLA对象模型的开发呈现松耦合特性。

3）试验与训练使能体系结构（TENA）

虽然BOM的出现可以提高仿真模型重用性，但BOM只是一个标准，并未提供领域所需的具体基本对象模型。并且由于HLA要想支持各种领域系统的开发与集成，要能够将不同类型的仿真（包括大量已有的仿真）集成起来互操作，它必须非常灵活，特点是对具体应用的实现所施加的限制必须非常少，因此，仅有BOM标准和HLA并不能满足具体应用的特定需求。并且由于HLA不能用于硬实时应用环境，而在装备试验与训练领域，必须要把实际的测试设备加入到试验 与训练系统，对实时性要求比较高，因此在该领域HLA的使用受到了很多限制。为此，美国开发了“试验与训练使能体系结TENA（test training enabling architecture）”，其体系结构由TENA应用、非TENA应用、TENA对象模型、TENA公共基础设施和TENA实用程序等部分组成。TENA公共基础设施包括TENA中间件、TENA仓库和TENA逻辑靶场数据档案。

TENA提供了所需的更多特定能力，特别是增加了GPS对象模型、平台对象模型、时间空间位置信息对象模型等，并在通信机制、时间管理等方面也进行了改进，旨在提高在试验与训练中应用建模与仿真技术时的互操作性、可重用性及可组合性。

4）模型驅动体系结构（MDA）

在BOM中提出要对实体和事件进行概念建模，形成概念模型定义，并通过模型映射将概念模型中的实体类型和事件类型映射到HLA-OMT中的对象类和交 互类。但在BOM中仅仅给出了概念模型与HLA对象模型之间的映射规则，而仅有这些在实际应用中还是远远不够的，因为概念模型还不是可运行的程序，如果 要运行还必须转换成与平台相关的模型。但如果对同一个模型需要针对不同的平台、不同的中间件、不同的语法采用手工转换，也就无法实现真正的可重用和互操作了。为了解决该问题，目前在仿真领域采用了软件工程中模型驱动的体系结构（MDA，model driven architecture）思想。

MDA是由对象管理组于2001年开发的规范集，用以改进计算机软件的互操作性和可重用性，提高生产率。MDA的概念是基于元模型这种理念提出来的，其基本思想是首先要以元模型的形式给出一个能够解决通用的、最本质问题的概念模型，而不是直接给出程序或编码来解决问题。其核心思想是使用一个通用的、稳定的概念模型，该概念模型是与语言、开发商和中间件等无关，即将模型与特定平台的实现分开。MDA通过定义模型转换的规则将平台无关的模型（PIM）转换为平台特定模型（PSM），在PSM中包含了具体的实施细节。模型转换是MDA方法的关键。

虽然MDA方法不是来源于仿真建模领域，但是很显然，MDA可以解决BOM中概念模型的转换，提高仿真软件的互操作性和可重用性。

参考文献

[1] 熊光楞等 先进仿真技术与仿真环境 北京：国防工业出版社，1997

[2] 刘珍藻等 系统仿真 北京：北京理工大学出版社，1998