基于MAXSim的装备体系作战仿真系统架构设计

刘 帅，张宏江

(1. 航天工程大学研究生院，北京 101416；2. 陆军装甲兵学院演训中心，北京 100072)

1 引言

装备体系作战试验是以联合作战为背景，以检验装备体系作战效能与作战适用性，发现装备体系短板弱项，强化装备体系实战运用，推动装备体系建设为目的，涉及多领域的成建制、成体系的装备试验鉴定活动，具有实兵对抗组织难、蓝军装备模拟难、实装试验样本少等特点，需要建立有效的仿真系统，为开展想定编辑、作战仿真、运行管控、分析评估等提供手段和平台。本文基于MAXSim通用仿真平台，以陆军轻型高机动步兵营装备作战试验为背景，研究装备体系作战试验仿真系统架构设计问题，对系统主要功能、技术体系结构、运行流程等进行了设计，可为装备体系作战仿真系统开发提供参考借鉴。

2 系统组成

装备体系作战试验具有实体多、行为复杂等特点，MAXSim平台是一个以通用黑板(GBB)技术为交互基础，基于多Agent建模思想开发出的一个具有开放性的分布式仿真平台系统，具有二次开发性好、模型资源丰富、战法编辑方便、仿真实体负载量大等优点，能够满足装备体系作战试验仿真系统开发需求。以陆军轻型高机动步兵营装备作战试验为例，基于MAXSim平台设计的试验仿真系统组成如图1所示，主要包括红蓝兵力及战场环境仿真模型系统、试验运行、态势显示、运行管控和统计分析功能子系统/单元，在MAXSim仿真引擎及已有基础模型，装备性能、战场环境等数据库的支撑下，完成试验设计、试验管控、试验运行和试验结果统计分析。

图1 轻型高机动步兵营装备体系作战试验仿真系统组成

3 系统功能

系统主要功能框架如图2所示。其中，仿真模型系统主要是根据仿真试验需要实现相关环境、装备及行为模型调度管理，支持实时推演及实验运行模式，模型系统按试验要求进行重用或开发；试验运行子系统主要是进行试验数据准备、试验想定制作、试验方案设计与运行、记录仿真过程和结果数据等；态势显示子系统主要是为系统提供综合态势显示功能，对兵力实体状态、交战关系、指挥关系、通信链路等信息进行显示与查询等。运行管控子系统主要是对系统的运行方式、运行模式进行管理设置(集中式、分布式运行配置)，能观察系统仿真模型运行占用资源情况；分析评估子系统主要针对试验运行子系统收集的数据进行处理，并根据不同的评估目的确定评估方案，主要包括确定数据、建立评估指标体系、确定评估模型、进行分析评估并形成评估报告，具备仿真运行回放功能。

图2 仿真系统功能体系架构

3.1 模型系统设计

模型体系涉及陆、海、空等军种机动、探测、打击、毁伤等各种物理及行为模型，可通过行为规则编辑来表达复杂的战场行动。根据装备体系作战试验需求，本着立足现有、适度扩展的原则对系统模型体系进行设计。装备体系作战试验仿真系统主要通过四类模型来表现计算机生成兵力及其之间的复杂行为与交互，四类模型间的具体关系如图3所示。

图3 模型间的关系

1)行为控制类模型

由一个行为控制模型来控制实体的行为，模型按照建模人员定义的“规则”，根据实体所处的状态及仿真环境来决定实体的具体行为。行为控制模型将这些行为的逻辑指令发送给逻辑控制类模型。即行为控制模型对行为进行“解析”并将这一行为需要进行的具体动作指令发送给逻辑控制类模型，进行进一步的处理。

2)逻辑控制类模型

逻辑控制类模型主要负责将行为控制模型传递过来的逻辑指令转换成一系列简单的实际指令发送给具体的物理执行类模型。比如：机动控制模型将“按导航计划飞行”这逻辑指令转换成顺序到达一系列目标位置点的实际机动指令发送给运动执行模型。机动控制模型监测实体的位置，当到达某一目标点后再发送下一目标点给运动执行模型。

3)物理执行类模型

物理执行模型抽象地仿真实际装备的基本动作，为上一层的逻辑控制模型提供基本动作的调用接口，主要负责计算具体动作的执行结果。比如：飞机的运动执行模型从逻辑控制模型得到目标点信息后，根据飞机的当前位置及机动参数来计算飞机在下一任意时间的位置。

4)战场环境类模型

环境仿真主要由战场环境仿真系统或其他专业环境仿真系统负责模拟，计算机生成兵力系统的环境交互模型主要通过环境实体来获取环境仿真数据描述战场环境，并通过更新黑板描述符实现与系统中其它模型间的交互。部分环境模型的数据直接由计算机生成兵力系统的仿真引擎管理，如地形数据。部分环境模型数据由计算机生成兵力系统的环境交互模型获取，如电磁环境模型。

3.2 试验运行子系统设计

试验运行子系统主要用于仿真试验的准备、运行及记录，是进行仿真试验设计及运行，获取试验数据的核心子系统。仿真试验准备主要包括基础数据、环境数据及想定数据的准备；仿真试验运行在仿真平台引擎及模型系统的支持下根据运行管理系统的配置及控制进行仿真试验；仿真运行的记录及回放可实现仿真运行数据的收集存储及试验的回放分析。试验运行子系统的体系架构如图4所示。

图4 试验运行子系统功能架构

3.3 态势显示子系统设计

态势显示子系统主要包括信息显示规则管理服务、角色管理、过滤控制、标号管理、信息显示管理等模块。由通信管理模块负责接收订购信息和对订购信息的提交，数据接口模块主要用于解析数据和存储数据。面对不同通信方式提交的数据，数据接口模块将数据统一转换成态势工具内部使用的串行网络适配器(SNA)数据结构。将数据保存到内存中通过获取数据的接口提供给数据管理模块调用。数据管理模块主要用于封装查询数据和修改知晓状态的接口。过滤管理模块主要用于对数据配置类的修改。读取到配置文件中的规则配置，根据配置判定数据是否显示在二维态势界面上。信息显示规则管理模块主要用于根据过滤配置调用数据管理模块的对应过滤接口，整合过滤后的实体数据列表。态势显示子系统功能架构如图5所示。

图5 态势显示子系统总体结构图

3.4 运行管控子系统设计

运行管控工具主要用于对系统运行方式及模式进行管理设置及监控仿真试验运行的软件工具。主要功能包括系统运行配置、仿真运行控制及进程监控等。其体系架构如图6所示。

图6 运行管控子系统架构图

运行管控子系统主要由系统运行配置及系统运行监控两个模块组成，分别实现运行方式、模式及运行节点配置和仿真控制及进程监控的功能。系统运行配置主要对系统运行的方式(单机、分布式)及系统运行的模式(仿真推演、仿真试验)进行设置。系统运行监控主要对系统运行过程中的运行状态进行监视及控制，如对仿真运行开始、暂停、快进、慢进等进行控制或是对仿真运行中的仿真进程进行启动、停止及重启等。

3.5 分析评估子系统设计

分析评估子系统主要由评估数据输入接口、评估指标编辑模块、评估方案编辑模块、评估执行模块、评估结果输出模块构成，主要根据仿真试验运行所采集到的数据进行评估指标编辑、确定评估方案、执行评估，接收仿真试验准备子系统的仿真结果数据，并最终输出评估结果，其架构图如7所示。

图7 分析评估子系统数据流程图

4 技术体系结构

选用分层体系架构进行系统设计，主要包括基础设施、数据资源、服务支撑和应用等四层，如图8所示。

图8 仿真系统技术体系结构图

第一层为基础设施层，构建在硬件设施之上，包括操作系统、数据库等基本软件支撑环境；

第二层为运行支撑数据层，由相应的数据库和资源库组成，提供应用系统运行所必须的数据、资源和数据资源访问支持。

第三层为服务支撑层，采用MAXSim仿真平台引擎及模型系统为软件开发、部署、运行提供支撑，其中模型系统、仿真想定编辑和运行综合管控、装备及行为建模等部分，是系统的核心服务支持层。

第四层为应用功能层，系统在基本运行环境、运行支撑数据层及应用服务支撑层基础上，按需装配相应的应用功能。

5 系统运行流程

系统运行流程如图9所示。利用实战化对抗试验采集的数据，进一步校核仿真模型，完善作战规则数据；修改完善仿真推演系统；开展武器装备体系作战效能评估试验设计，在同一的作战环境、作战对手、作战任务条件下，代入不同的装备体系编配方案，进行体系对抗仿真试验，采集、记录仿真试验数据进行统计分析，并结合其他演习、试验数据，计算武器装备体系作战效能和体系内各类武器装备的单项作战效能，通过对作战过程的因果关系及相关指标分析，得到重点装备对作战体系的贡献率，为形成装备体系作战试验评估结论提供依据，并能支撑后续开展的装备编配方案优化和装备性能改进研究。

图9 仿真系统运行流程图

第一步：基于军事想定，利用装备建模工具及行为建模工具，进行装备及行为模型建模。

第二步：基于装备及行为模型，利用想定编辑工具，将军事想定转换成符合仿真架构的仿真想定。

第三步：基于仿真引擎，进行仿真推演，利用运行综合管理工具，可将系统运行模式配置为集中式或分布式；利用想定监控及管理工具，对想定进行监控及管理，进行二维态势显示；利用仿真数据记录工具进行数据记录；

第四步：利用仿真数据统计工具进行数据统计；利用仿真数据回放工具进行回放，对仿真结果作进一步分析。

6 结论

1)基于MAXSim平台设计的装备体系作战试验仿真系统，在功能结构上能够满足装备体系作战试验仿真需求，能够为装备体系作战试验仿真规划设计、运行管控、态势显示和结果统计分析提供有效手段和平台。

2)基于MAXSim平台设计的装备体系作战试验仿真系统架构，已用于设计开发陆军轻型高机动部队装备体系作战试验仿真系统，为试验实施提供了有效支撑，未来可进一步优化系统体系结构、拓展系统应用功能。