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作战仿真模型体系分析及其模型设计与实现关键技术研究

彭勇  
【摘要】:随着仿真技术和需求的发展,仿真技术成为人们学习和研究战争的一种重要手段,成功应用于武器装备的论证/研制/效能评估、军事人员的训练和作战方案的分析评估。作战仿真需要对不同军兵种的武器装备和军事力量进行建模,需要集成不同类型的模型,而且这些模型往往具有不同分辨率和粒度等属性,具有继承、组合、交互和指挥控制等复杂关系。因此,作战仿真系统模型体系的设计以及模型设计与实现一直是作战仿真面临的一个难题。针对这一问题,本文对作战仿真模型体系进行分析,研究作战仿真模型体系设计及其模型设计与实现的相关关键技术,主要内容概括如下: 分析了JWARS(Joint Warfare System)和FLAMES(Flexible Analysis Modeling and Exercise System)等仿真系统的模型体系、模型组合方式以及模型体系的设计方法,指出模型体系是模型以及它们之间继承、组合、交互、隶属以及指挥控制等关系构成的集合。采用系统工程理论分析系统结构的ISM(Interpretive Structural Modelling)方法建立模型体系的结构模型,从模型之间关系的角度分析模型体系的结构特点。在此基础上,从模型的关系、接口、行为、假设和约束几个方面给出了模型重用的判断方法。 针对模型的表示与检索问题,论文研究了基于逻辑的模型实验框架表示方法、基于BOM(Base Object Model)规范的模型接口和行为表示方法,并证明了BOM概念模型和层次系统规范的耦合系统层模型具有等同表达能力;研究了软件组件检索方法中基于相似度评估的模型行为检索方法和基于规约的模型接口匹配方法,并将这两种方法分别应用于BOM概念模型行为相似度评估和对象模型接口匹配,在此基础上提出了基于BOM相似度评估的仿真模型检索方法,通过实验证明该方法有较好的效果。 对模型体系的组合性进行分析,提出了面向组合的模型体系设计方法。首先设计了模型体系的可组合三层结构模型并分析每一层的设计原则和层次之间的组合关系;然后提出了基于系统层次结构的模型分类与设计方法;最后结合工程实践,指出模型语法组合的不足,提出了基于领域规则的模型组合方法。 针对模型设计的问题,研究了模型的通用功能设计和领域功能设计。前者以实现模型组合和提高模型运行性能为目标,提出了面向多层次组合的HMP(Hierarchical Message and Process)仿真模型设计方法,该模型实现了基于消息传递和过程调用的数据传递机制;研究了仿真模型运行支撑框架的并行时间同步算法,提出了三层结构的高效数据分发管理机制和面向逻辑进程的Min-Max-Exchange动态负载平衡算法,并将这些方法应用于联邦成员的组件化与并行化。最后通过实践证明HMP模型及其运行支撑框架能提高模型的组合性和重用性,能提高仿真系统的运行性能。模型的领域功能设计主要研究了基于BML(Battle Management Language)的仿真模型指挥控制信息处理方法,分析了BML的基本概念及其应用、软件基础设施、数据模型和形式语法,扩展了其语法的时空关系表达能力,最后给出基于BML的仿真模型指挥控制信息处理子系统的设计。 在工程实践方面,以某电子对抗仿真系统为背景,将模型体系分析方法及模型设计与实现关键技术应用于其模型体系开发,并设计和实现了模型开发工具和模型组合工具。目前该仿真系统已经交付部队使用,并参加了部队的实装演习,通过实践证明论文研究的理论和关键技术的有效性。


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