基于高层体系结构（HLA）的系统建模与仿真研究

【摘要】： 建模与仿真高层体系结构(HLA)已成为IEEE标准。本文围绕基于HLA的系统建模与仿真问题从理论和实践两方面进行了以下研究：首先围绕HLA联邦(仿真系统)的开发与运行过程(FEDEP)对单联邦、持久联邦和多联邦的开发问题进行了详尽的分析与论述，从而在阐明HLA本质的基础上，为基于HLA进行大型仿真系统的开发提供了详细而灵活的指导；然后针对其中最具HLA特色的内容，重点研究了HLA联邦开发中的模型问题、联邦设计与开发问题、联邦测试以及联邦安全问题。 研究模型所解决的是基于HLA开发仿真系统整个过程中的各种模型及其关系问题。这些模型可分类为概念模型、HLA对象模型和联邦成员的实现模型，如果存在“任务空间概念模型(CMMS)”，则借助于联邦剧情可直接从CMMS中抽取相应的知识形成联邦概念模型(FCM)。FCM为联邦的设计与开发奠定了基础，基于它所设计的联邦的成员组成及其功能分配、HLA对象模型(各联邦成员的仿真对象模型SOM及联邦对象模型FOM)的开发并转化成各联邦成员的具体实现(实现模型描述)是HLA联邦开发中的模型问题的关键所在：它不仅直接影响联邦目标的成功实现，还将影响到各成员今后的重用。为此，本文在阐明了概念模型、HLA对象模型和实现模型各自的作用、相互之间的区别与联系之外，还重点讨论了它们的开发与描述方法及工具。 基于HLA所开发的仿真系统是分布式的、由多个成员组成的，在设计仿真系统时，整个系统该由哪些成员组成、各个成员该承担哪些功能的仿真、成员之间信息交换的标准接口即FOM以及联邦协定的确定、各成员是基于现有的系统改造还是重新开发、是虚拟仿真／构造仿真还是真实仿真，以及在整个仿真运行过程中，各成员所承担的仿真对象的属性所有权的转换问题都要仔细考虑。本文结合实例研究了联邦设计中所需考虑的以上典型问题。 基于HLA所开发的仿真系统中的各成员既可能由现有的仿真系统改造而成，也可能要完全重新开发，而各种模型之间的关系必须体现在各成员的具体实现中。本文分别针对这两种情况对HLA仿真成员的开发进行了详细研究，讨论了基本原理，提供了开发工具，并给出了应用实例。 对于联邦测试，本文研究了联邦测试过程中针对联邦成员及整个联邦的多层次测试的原理、方法及其实现。最后，本文总结了基于HLA开发仿真系统所必须考虑的安全问题及下一步应做的工作。 特别地，本文在实践中创新性地完成了以下工作：系统地提炼、扩展了基于HLA进行仿真应用开发的原理与方法；开发了具有自主版权、符合DMSO HLA OMT V1.3规范的对象模型开发工具KD OMDT，向IEEE 1516.2的移植工作正在进行当中；设计并指导实现了基于Internet网共享的HLA对象模型库(OML)；成功地采用HLA对某大型飞行分析训练系统进行了改造；成功地将CASE工具Rational Rose软件应用于HLA仿真系统的开发；设计并指导实现了基于Matlab／Simulink开发HLA仿真应用的自动化工具。