CN103593516B - 一种作战体系建模与仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种作战体系建模与仿真系统，该系统由体系结构建模模块、体系结构逻辑验证模块、体系结构时序文件生成模块、体系仿真想定生成模块、体系仿真用户界面、体系仿真引擎和仿真数据记录回放模块组成，首先采用体系结构建模模块建立符合DoDAF规范的体系结构模型，然后采用体系结构逻辑验证模块验证其逻辑流程是否正确，验证通过后由体系结构时序生成模块生成对应的时序描述文件，体系仿真想定生成模块导入并解析体系结构时序文件，自动生成仿真想定，根据该想定，体系仿真引擎加载所需的仿真实体模型进行作战过程仿真，通过体系仿真用户界面显示战场态势图，并利用仿真数据记录回放模块记录仿真过程数据，进行仿真过程回放。

Description

一种作战体系建模与仿真系统

技术领域

本发明属于计算机仿真技术领域，特别是涉及一种作战体系建模与仿真系统。

背景技术

随着战争形态的变革、战争理论的发展以及武器装备的进步，现代战争对作战指挥提出了新的要求。依靠指挥员的谋略素质，通过各类辅助系统的应用，不但要解决战争中“干什么”和“怎么干”的问题，而且要辅助解决“这样干，行不行”的问题。而解决这一过程模拟的重要手段就是作战体系建模与仿真。

作战体系建模与仿真包含作战体系结构建模和以此为基础的体系仿真两方面内容。

体系结构是研究、分析作战体系的有效方法之一，它确定了作战的组成要素；各组成要素之间的静态结构关系和动态行为关系；战场态势演进所遵循的原则。通过对作战体系结构的研究，可有效协助完成复杂战场对抗过程的建模以及作战方案的设计工作。

体系仿真是在一定的战场环境中，在参战各方部署和行动的基础上，按照各方制定的行动计划，依据作战规则，对参战各方作战行动和效果进行仿真展示，对作战进程以及作战进程中可能出现的情况进行模拟，可用于研究、检验作战计划，评估作战体系效能，研究新的作战理论等。

目前，美国国防部体系结构框架（DoDAF）已成为研究体系结构的重要标准，得到了广泛的应用，国内较多科研机构和院校也对体系结构进行了研究，但这些系统大都停留在依据DoDAF标准建立各视图的层面，缺乏简单有效的手段对整个体系结构的逻辑流程的验证，也没有考虑如何基于体系结构建立实际可用的仿真系统，缺乏与后续仿真系统的接口，因而不能加载各作战实体真实的数学模型并且以直观的方式对战场的态势进行展示。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种作战体系建模与仿真系统，打通了从体系结构建模到体系仿真之间的通道，实现了从作战体系结构静态建模、动态逻辑验证到体系仿真的一体化仿真流程。

本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：

一种作战体系建模与仿真系统，包括体系结构建模模块、体系结构逻辑验证模块、体系结构时序文件生成模块、体系仿真想定生成模块、体系仿真用户界面、体系仿真引擎以及仿真数据记录回放模块，其中：

体系结构建模模块：采用UML描述方法，得到DoDAF1.0版本的体系结构模型，所述体系结构模型包括依次生成的DoDAF1.0版本的OV-1高层作战概念图、OV-4组织关系图、OV-7逻辑数据模型图、OV-3作战信息交换矩阵图、OV-2作战节点连接关系描述图和OV-6b状态转换描述图；

体系结构逻辑验证模块：首先将UML描述的DoDAF1.0版本的体系结构模型生成C语言代码，然后对生成的C语言代码进行编译和链接，生成可执行模型程序，接着调用Telelogic Tau软件的模型验证器运行所述可执行模型程序，通过Socket网络接口获取所述可执行模型程序的状态转换和事件信息，在OV-6b状态转换描述图中动态显示模型执行过程；同时将动态执行过程中的所有实体属性信息、状态转换信息和事件信息进行存储，供体系结构时序文件生成模块使用；

体系结构时序文件生成模块：以时间和各实体的状态转换为主线，将体系结构逻辑验证模块中存储的所有实体属性信息、状态转换信息和事件信息存储为文本格式的体系结构时序文件；

体系仿真想定生成模块：首先从体系结构时序文件生成模块中导入体系结构时序文件，并解析出体系结构时序文件中所有实体属性信息，状态转换信息和事件信息，生成作战实体列表、作战实体状态列表和作战实体消息列表，然后根据其中的作战实体列表创建作战实体，根据其中作战实体状态列表和作战实体消息列表为创建的所述每个作战实体创建相应的作战计划，将所述作战实体及作战计划进行保存，生成体系仿真想定文件；

体系仿真用户界面：使用HLA网络接收体系仿真引擎发送的仿真态势数据，实时动态显示作战态势，并响应用户操作，向仿真引擎发送仿真控制指令，实现对仿真引擎的控制；

体系仿真引擎：根据体系仿真想定文件创建作战实体对象，为作战实体对象添加作战计划，对所有作战实体和作战计划进行管理，并通过HLA网络接口向体系仿真用户界面发送作战态势数据；进行仿真时间的推进和仿真定时器的调度；管理所有类工厂，以类工厂模式创建作战实体的组件；

仿真数据记录回放模块：将体系仿真引擎中所有作战实体状态和作战实体交互事件保存成数据文件，并实现数据文件的回放。

在上述作战体系建模与仿真系统中，OV-1高层作战概念图采用UML用例图描述，描述作战体系的使命、高层作战设想、组织和资源的分布；所述OV-4组织关系图采用UML类图描述，描述在体系结构中作战实体之间的指挥结构或指挥关系；所述OV-7逻辑数据模型图采用UML类图描述，定义逻辑数据类型；所述OV-3作战信息交换矩阵图采用UMLSignal集合图描述，建立各作战节点之间传递的所有的信号类；所述OV-2作战节点连接关系描述图采用UML复合结构图描述，描述各个作战实体之间需要交换的信息、信息交换通道及各个作战实体之间的接口关系；所述OV-6b状态转换描述图采用UML状态图描述,描述各个作战实体对不同事件的响应，定义各个作战实体的动态行为，所述动态行为包括状态转移、转移条件、转移动作。

在上述作战体系建模与仿真系统中，体系仿真想定生成模块中创建的作战实体包括传感器组件、控制器组件和执行器组件，传感器组件监测实体的状态，通知控制器组件驱动执行器组件作出相应的动作；控制器组件根据传感器组件提供的信息以及实体状态信息实现控制逻辑；执行器组件实现作战实体的数学模型，根据仿真事件变更作战实体状态并与其它作战实体进行信息交互。

在上述作战体系建模与仿真系统中，体系仿真用户界面采用Qt图形库实现，实时动态显示的作战态势包括各作战实体的图标、实时位置、局势信息、实体信息交互效果。

在上述作战体系建模与仿真系统中，体系仿真引擎包括对象管理器、仿真管理器和类工厂管理器，其中：

对象管理器：根据体系仿真想定文件创建作战实体对象，为作战实体对象添加作战计划，对所有作战实体和作战计划进行管理，并通过HLA网络接口向体系仿真用户界面发送作战态势数据；

仿真管理器：进行仿真时间的推进和仿真定时器的调度；

类工厂管理器：管理仿真引擎中的所有类工厂，支持对象管理器以类工厂模式创建作战实体的组件。

在上述作战体系建模与仿真系统中，仿真数据记录回放模块将体系仿真引擎中所有作战实体状态和作战实体交互事件保存成数据文件，并实现数据文件的回放的具体过程如下：

记录模式下，接收体系仿真引擎的数据，仿真开始时创建要写入的数据文件，写入要记录的所有实体对象的列表，仿真过程中每个仿真周期写入所有作战实体的当前状态数据和事件数据，记录停止时关闭已打开的数据文件；

回放模式下，回放开始时打开要读取的数据文件，读取所有作战实体对象列表，通知仿真引擎按照所述列表创建作战实体对象，回放过程中每个回放周期读取所有作战实体的当前状态数据和事件并发送给仿真引擎，回放停止时关闭已打开的数据文件。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

（1）本发明充分利用UML统一建模语言的系统架构能力，建立符合DoDAF规范的作战体系结构模型，通过UML交互图、类图、状态图等直观的形式将作战体系中各实体的行为加以描述，具有较好的通用性和灵活性；

（2）本发明通过对DoDAF体系结构模型状态机的仿真，可充分验证体系结构模型的逻辑正确性，从而保证了后续生成的体系仿真想定的正确性；通过对体系结构模型状态机运行的跟踪，可以在状态机出现死锁时快速查找问题，修正体系结构设计，这样便实现了在体系仿真系统开发的早期及时验证逻辑，大大提高开发效率，节约开发成本；

（3）本发明采用HLA协议连接体系仿真用户界面和体系仿真引擎，仿真用户界面通过发送网络消息控制体系仿真引擎的运行，体系仿真引擎也通过发送网络数据驱动体系仿真态势显示模块的界面显示，这样的分离设计可以使多个仿真引擎和多个用户界面分布到不同的计算机上进行仿真，增加了系统部署的灵活性；

（4）本发明打通了从体系结构建模到体系仿真之间的通道，有效保证了体系结构与仿真想定的数据一致性，实现了从作战体系结构静态建模、动态逻辑验证到体系仿真的一体化仿真流程，通过体系仿真进一步验证体系作战时序的正确性，根据仿真推演验证结果，对体系作战流程给出修正建议；

（5）本发明提出的全新的作战体系建模与仿真系统，可对作战过程以及作战进程中可能出现的情况进行模拟，可用于研究检验作战计划，根据存储的仿真数据进行作战体系效能评估，为真实作战提供决策参考。

附图说明

图1为本发明作战体系建模与仿真系统结构示意图；

图2为本发明仿真系统中的体系结构建模模块工作流程图；

图3为本发明仿真系统中的体系结构逻辑验证模块工作流程图；

图4为本发明仿真系统中的体系仿真用户界面与体系仿真引擎之间的结构关系图；

图5为本发明仿真系统中的体系仿真用户界面和体系仿真引擎的交互关系图；

图6为本发明仿真系统中的体系仿真引擎结构图；

图7为本发明仿真系统中的实体对象结构图；

图8为本发明仿真系统中的实体网络接口图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

如图1所示为本发明作战体系建模与仿真系统结构示意图，该作战体系建模与仿真系统包括体系结构建模模块、体系结构逻辑验证模块、体系结构时序文件生成模块、体系仿真想定生成模块、体系仿真用户界面、体系仿真引擎和仿真数据记录回放模块。

一、体系结构建模模块

由于DoDAF1.0版本、1.5版本和2.0版本中都保留了OV视图，并且对于OV视图的基本定义和主要内容是统一的。因此，如图2所示为本发明仿真系统中的体系结构建模模块工作流程图，该模块利用TelelogicTau软件，采用UML描述方法，按步骤建立DoDAF1.0版本的OV（作战视图）产品，得到DoDAF1.0版本的体系结构模型，体系结构模型包括依次生成的DoDAF1.0版本的OV-1高层作战概念图、OV-4组织关系图、OV-7逻辑数据模型图、OV-3作战信息交换矩阵图、OV-2作战节点连接关系描述图和OV-6b状态转换描述图；最终建立各个作战实体的状态机，即OV-6b视图，这样就完成了DoDAF体系结构模型的建立。

这些需建立的作战OV视图产品说明如下表1所示。

表1 OV视图产品说明

二、体系结构逻辑验证模块

如图3所示为本发明仿真系统中的体系结构逻辑验证模块工作流程图，首先调用Telelogic Tau软件的C代码生成器（C Code Generator）将UML描述的DoDAF1.0版本的体系结构模型生成C语言代码，然后通过外部编译器（如Visual Studio）对生成的C语言代码进行编译和链接，生成可执行模型程序，接着调用Telelogic Tau软件的模型验证器运行所述可执行模型程序，通过Socket网络接口获取所述可执行模型程序的状态转换和事件信息，在OV-6b状态转换描述图中动态显示模型执行过程；同时将动态执行过程中的所有实体属性信息、状态转换信息和事件信息进行存储，供体系结构时序文件生成模块使用。

当体系结构模型的逻辑出现死锁时，表现为状态机停滞在某一中间状态，不能向下执行，此时OV-6b视图将显示当前体系结构模型停留在的状态，用户可根据该提示修改体系结构模型，直至OV-6b视图能够完整运行到最终状态。

体系结构逻辑验证模块验证建立的体系结构模型逻辑流程是否正确，验证通过后由体系结构时序生成模块生成对应的时序描述文件，否则给出逻辑流程错误提示，返回修改体系结构模型逻辑流程。

三、体系结构时序文件生成模块

体系结构模型通过逻辑验证之后，以时间和各实体的状态转换为主线，将体系结构逻辑验证模块中存储的所有实体属性信息、状态转换信息和事件信息存储为文本格式的体系结构时序文件；时序文件的基本单元如下所示：

***TRANSITION START

* Inst:ZCJ:1

* State:On_Duty

* Trigger:BackCmd

* Sender:ZHB:1

* Now:250.0000

* ASSIGN HomeLat:=38.7578

* ASSIGN HomeLon:=120.6086

* OUTPUT of ReadyBackSignal to ZHB:1

***NEXTSTATE BackingHome

其中“***TRANSITION START”表示状态转换描述开始；“***NEXTSTATE BackingHome”表示下一个状态是BackingHome；“Inst”代表作战体系中的一个实例，即作战实体；“ZCJ”表示实体类别，其后面的“:1”表示该类别实体的第一个实例；“State:On Duty”表示当前状态为On Duty；“Trigger:BackCmd”表示由当前状态向下一状态转换的触发条件是收到BackCmd消息，且根据“Sender:ZHB:1”可知道BackCmd消息由ZHB:1发出；“Now:250.0000”表示状态转换开始起作用的时间；”ASSIGN HomeLat:=38.7578”表示将当前实体的HomeLat属性值设置为38.7578；“OUTPUT of ReadyBackSignal toZHB:1”表示在向下一个状态转换时，向ZHB:1实体发送ReadyBackSignal消息。

可见，按照该表示方法生成的时序文件包含了所有实体信息、状态转换信息和事件信息。

四、体系仿真想定生成模块

首先从体系结构时序文件生成模块中导入体系结构时序文件，并解析出体系结构时序文件中所有实体属性信息，状态转换信息和事件信息，生成作战实体列表、作战实体状态列表和作战实体消息列表，然后根据其中的作战实体列表调用VR-Forces软件API函数创建作战实体，根据其中作战实体状态列表和作战实体消息列表调用VR-Forces软件API函数为创建的所述每个作战实体创建相应的作战计划，将所述作战实体及作战计划进行保存，生成体系仿真想定文件。

体系仿真想定生成模块中创建的作战实体包括传感器组件、控制器组件和执行器组件，并在内部维护实体状态信息，传感器组件监测实体的状态，通知控制器组件驱动执行器组件作出相应的动作；控制器组件根据传感器组件提供的信息以及实体状态信息实现控制逻辑；执行器组件实现作战实体的数学模型，根据仿真事件变更作战实体状态并与其它作战实体进行信息交互（如发送或接收消息）。

该模块为每一个实体消息接收方建立消息响应，为实体消息发送方建立实体任务，通过实体任务的执行来向接收方发送消息，当接收方收到消息后通过实体执行器组件进行实体状态的迁移和（或）实体属性参数的修改。实体任务的集合称为计划，将这些实体及其计划按照VR-Forces的文件格式保存，即生成体系仿真想定文件。

五、体系仿真用户界面

体系仿真用户界面可动态显示整个仿真过程，包括所有作战实体的状态信息和交互情况，同时接收用户操作控制仿真引擎的运行。该界面基VR-Forces二次开发完成，采用Qt图形库实现，使用HLA网络接收体系仿真引擎发送的仿真态势数据，实时动态显示作战态势，并响应用户操作，向仿真引擎发送仿真控制指令，实现对仿真引擎的控制。

该体系仿真用户界面与体系仿真引擎之间的结构关系如图4所示，其中RTI实时接口层是对HLA协议描述的实现层，用户可以通过该层进行联邦成员数据的发布和订购；Link层是对RTI层的更高层封装，提同更高层的应用开发接口，用以方便用户快速开发。体系仿真用户界面和体系仿真引擎都是对Link层的高级应用，它们同属于同一层次的HLA联邦成员，用户界面通过发送HLA网络消息控制仿真引擎的运行，从而实现对象管理、仿真管理和类工厂管理功能。这样的分离设计可以使多个仿真引擎和多个用户界面分布到不同的计算机上进行仿真，增加了系统部署的灵活性。

用户界面和仿真引擎的交互关系如图5所示，用户界面接收仿真引擎发送的仿真态势数据帧协议如下表2，表3、表4和表5所示。

表2 数据帧定义

数据帧的数据内容通过类型type进行区别，数据帧内容data的格式如下表格所示：

表3 实体列表数据

表4 实体状态数据（地心直角坐标系）

表5 实体事件数据

六、体系仿真引擎

如图6所示为本发明仿真系统中的体系仿真引擎结构图，体系仿真引擎在VR-Forces仿真API基础上开发完成，包括对象管理器、仿真管理器和类工厂管理器，其中：

对象管理器：根据体系仿真想定文件创建作战实体对象，为作战实体对象添加作战计划，并对所有作战实体和作战计划进行管理，并通过HLA网络接口向体系仿真用户界面发送作战态势数据。

仿真管理器：进行仿真时间的推进和仿真定时器的调度。

类工厂管理器：管理仿真引擎中的所有类工厂，支持对象管理器以类工厂模式创建作战实体的组件。

体系仿真引擎按照以下步骤进行工作：

1）创建并初始化一个DtCgf实例；

2）使用它的loadScenario()函数加载一个仿真想定；

3）调用run()函数开始仿真时间计时；

4）周期调用tick()函数。

体系仿真引擎中各模块的具体功能描述如下：

（一）、对象管理器

对象管理器的功能是管理仿真的所有本地和远程实体对象，包括实体对象的创建、删除和修改。该管理器维护一个实体对象列表，本地实体通过用户操作或想定加载进行创建、删除和修改，远程实体通过接收仿真消息获知远程实体对象的加入和移出，本地实体列表的更改最终通过消息接口通知网络上的其它仿真引擎和用户界面。在加载和保存想定文件时，对象管理器负责读写实体的状态文件。对象管理器还负责将接收到的实体消息分发给对应实体对象。对象管理器在每个仿真周期调用实体列表中所有实体对象的tick()函数，更新实体状态。

对象参数数据库存储实体对象的参数，当实体对象创建时，对象管理器根据实体类型标识在对象参数数据库中找到该实体所对应的参数项，根据参数项的内容依次创建组成该实体的子组件（子组件的创建通过类工厂完成），然后调用所有子组件的init()初始化函数初始化实体对象，最后将新实体对象加入实体对象列表中进行管理。

组织结构管理器负责维护所有实体的组织结构，它提供所有本地和远程实体的最新组织结构，并具备修改组织结构的接口。实体的组织结构通过其编队ID来表示，格式为：[实体标识符][实体种类]，[编队标识符][编队种类]，[兵力等级标识符][兵力]，如第1等级，第1分队中第3辆M2坦克，其编队ID字符串应当是：3M2,1Unit,1Force。

实体对象由状态仓库、网络接口、任务管理器（仅限本地实体）、计划管理器（仅限本地实体）和组件管理器（仅限本地实体）构成。具体结构如图7所示，图7为本发明仿真系统中的实体对象结构图。

实体对象中的状态仓库存储实体对象的所有状态信息：如实体的位置、速度、加速度和姿态等。对于本地实体，状态信息由仿真计算产生，实体的组件负责修改状态仓库的数据，对于远程实体，状态信息来自于远程网络接口；

如图8所示为本发明仿真系统中的实体网络接口图，实体对象中的网络接口是实体状态仓库和它对应的网络Link层的表示，仿真实体可以是本地的也可以是远程的，在仿真过程的每一帧，如果实体是本地的，网络接口使用来自于实体状态仓库的信息更新网络Link层的发布器；如果实体是远程的，网络接口使用来自网络Link层表示对应实体的数据更新实体状态仓库。

实体对象中的任务管理器维护实体的任务控制器组件列表，列表中的每一个任务控制器组件都注册了其可以执行的任务的类型，当某个类型的任务需要执行时，任务控制器负责通知对应的控制器组件执行任务，当前正在执行的任务会被终止。任务管理器不处理任务的执行，比如沿路线行进或是移动到指定位置，任务的执行通过任务控制器组件来处理。任务管理器还负责报告实体可以执行哪些任务。实体的控制器组件注册的任何任务类型都认为是实体可以执行的任务。任务代表实体可以执行的行动，任务总是包含任务的类型和任务需要的参数，实体任务的指派可以通过向实体发送任务消息来完成，也可以作为计划的一部分程序化地指派给实体。

实体对象中的组件管理器负责管理实体的组件实例，它可以创建和连接实体的组件，同时维护实体的组件列表。在每个仿真周期，组件管理器负责运行组件列表中所有组件的tick()步进函数。实体组件有三个基本的类型：传感器，控制器和执行器，单个实体的组件结构支持任意数目的传感器、控制器和执行器，实体的功能模型通过实体组件的组合实现。传感器组件提供环境和事件感知模型；控制器组件使用传感器来做出决策和执行任务，并提供执行器组件的控制输入；执行器组件对实体的真实物理模型进行仿真，并可与其他仿真实体交互，可以发送消息，在HLA网络上生成事件，修改被仿真实体的状态：如位置，姿态和速度等。

实体对象中的计划管理器是计划和任务管理器之间的接口，负责管理实体所要执行的计划，包括通知实体顺序执行实体计划中的所有任务，监控任务的执行状态，根据条件语句选择要执行的可选任务，中断和恢复当前任务以及终止某个正在执行的任务等。实体的任务管理器和组件管理器一起处理实体的所有任务，并向实体的计划管理器报告任务完成情况。

（二）、仿真管理器

仿真管理器是仿真引擎通的顶层控制器，负责进行仿真时间的推进和仿真定时器的调度。

仿真管理器在tick()函数中使用仿真时钟类推进仿真时间，使用仿真调度器类管理定时器列表，执行定时器回调函数，通过仿真消息接口类处理和仿真系统相关的所有消息。

仿真运行过程的开始、暂停和复位通过控制仿真时钟类的时间推进来实现。仿真时钟类被仿真管理器调用时，根据最近一次tick()函数被调用的时间和当前实时时间来推进仿真时间的值。

仿真调度器类管理一个定时器对象的列表，它将定时器对象按调用时间顺序排序，仿真调度器类的tick()函数中，调度器判断需要执行的定时器并调用定时器所绑定的回调函数，并将已执行过的定时器对象从列表中移出。

仿真消息接口类直接通过HLA Link层进行消息通信，提供创建并发送消息、发送消息和处理消息接收队列等接口功能函数，当接收到仿真消息后，该类调用注册的消息回调函数来处理收到的消息。

（三）、类工厂管理器

类工厂管理器管理仿真引擎中的所有类工厂的指针，支持对象管理器以类工厂模式创建作战实体的组件。

仿真引擎采用了类工厂的机制实例化C++类对象，而不直接通过new操作来实例化C++类。在类工厂中注册有所有可以实例化的C++类的静态创建函数的指针及其对应的类的标识符，类标识符是区分不同类的字符串或枚举值。实例化某个功能类时，类工厂会查找和指定标识符匹配的C++类的静态创建函数的指针，通过调用创建函数获取新实例化的子类的指针。

通过向类工厂注册C++类的静态创建函数的指针，仿真引擎可以在不同功能的子类中选择要实例化的子类，从而配置不同的功能，也可以添加新的子类，完成新的功能，这样可以很好地扩展系统的功能，同时实现了可以通过插件动态链接库来动态扩展系统的功能，大大增加了系统的灵活性和可扩展性。

七、仿真数据记录回放模块

将体系仿真引擎中所有作战实体状态和作战实体交互事件保存成数据文件，并实现数据文件的回放。

记录模式下，接收体系仿真引擎的数据，仿真开始时创建要写入的数据文件，写入要记录的所有实体对象的列表，仿真过程中每个仿真周期写入所有作战实体的当前状态数据和事件数据，记录停止时关闭已打开的数据文件。

回放模式下，回放开始时打开要读取的数据文件，读取所有作战实体对象列表，通知仿真引擎按照所述列表创建作战实体对象，回放过程中每个回放周期读取所有作战实体的当前状态数据和事件发送给仿真引擎，回放停止时关闭已打开的数据文件。

仿真数据记录回放模块使用了两个数据文件分别存储实体状态和仿真事件，数据文件采用简单的TXT格式，列间使用制表符（TAB）间隔，实体状态数据文件的具体格式如下：

第1行：<ENTITY STATE DATA FILE>。

第2行：仿真开始时间。

第3行：实体1名称（实体1类型）实体2名称（实体2类型）……实体n名称（实体n类型）。

第4行：当前仿真时间实体1名称_X实体1名称_Y实体1名称_Z实体1名称_theta实体1名称_psi实体1名称_phi实体1名称_VX实体1名称_VY实体1名称_VZ实体2名称_X实体2名称_Y……实体n名称_X实体1名称_Y……。

第5行开始到文件末是和第4行所对应的当前仿真时间和实体的状态参数值。

仿真事件数据文件的文件名取自状态数据文件的文件名，但文件扩展名固定为*.evt，文件内容的格式如下：

第1行：<ENTITY EVENT DATA FILE>。

第2行：T Sender Receiver EventName EventId ArgDisplay；其中T代表当前仿真时间，Sender代表事件的发送方，Receiver代表事件的接收方，EventName代表事件名称，EventID代表事件ID，Arg代表事件的参数，Display代表该事件发生时需要在用户界面态势显示窗口显示的信息。

第3行开始到文件末是和第2行所对应的当前仿真时间和事件的信息。

本发明提出的全新的作战体系建模与仿真系统，可对作战过程以及作战进程中可能出现的情况进行模拟，可用于研究检验作战计划，根据存储的仿真数据进行作战体系效能评估，为真实作战提供决策参考。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种作战体系建模与仿真系统，其特征在于：包括体系结构建模模块、体系结构逻辑验证模块、体系结构时序文件生成模块、体系仿真想定生成模块、体系仿真用户界面、体系仿真引擎以及仿真数据记录回放模块，其中：

体系结构建模模块：采用UML描述方法，得到DoDAF1.0版本的体系结构模型，所述体系结构模型包括依次生成的DoDAF1.0版本的OV-1高层作战概念图、OV-4组织关系图、OV-7逻辑数据模型图、OV-3作战信息交换矩阵图、OV-2作战节点连接关系描述图和OV-6b状态转换描述图；

体系结构逻辑验证模块：首先将UML描述的DoDAF1.0版本的体系结构模型生成C语言代码，然后对生成的C语言代码进行编译和链接，生成可执行模型程序，接着调用Telelogic Tau软件的模型验证器运行所述可执行模型程序，通过Socket网络接口获取所述可执行模型程序的状态转换和事件信息，在OV-6b状态转换描述图中动态显示模型执行过程；同时将动态执行过程中的所有实体属性信息、状态转换信息和事件信息进行存储，供体系结构时序文件生成模块使用；

体系结构时序文件生成模块：以时间和各实体的状态转换为主线，将体系结构逻辑验证模块中存储的所有实体属性信息、状态转换信息和事件信息存储为文本格式的体系结构时序文件；

体系仿真想定生成模块：首先从体系结构时序文件生成模块中导入体系结构时序文件，并解析出体系结构时序文件中所有实体属性信息、状态转换信息和事件信息，生成作战实体列表、作战实体状态列表和作战实体消息列表，然后根据其中的作战实体列表创建作战实体，根据其中作战实体状态列表和作战实体消息列表为创建的每个作战实体创建相应的作战计划，将所述作战实体及作战计划进行保存，生成体系仿真想定文件；

体系仿真用户界面：使用HLA网络接收体系仿真引擎发送的仿真态势数据，实时动态显示作战态势，并响应用户操作，向仿真引擎发送仿真控制指令，实现对仿真引擎的控制；

体系仿真引擎：根据体系仿真想定文件创建作战实体对象，为作战实体对象添加作战计划，对所有作战实体和作战计划进行管理，并通过HLA网络接口向体系仿真用户界面发送作战态势数据；进行仿真时间的推进和仿真定时器的调度；管理所有类工厂，以类工厂模式创建作战实体的组件；

仿真数据记录回放模块：将体系仿真引擎中所有作战实体状态和作战实体交互事件保存成数据文件，并实现数据文件的回放；

所述体系仿真想定生成模块中创建的作战实体包括传感器组件、控制器组件和执行器组件，传感器组件监测实体的状态，通知控制器组件驱动执行器组件作出相应的动作；控制器组件根据传感器组件提供的信息以及实体状态信息实现控制逻辑；执行器组件实现作战实体的数学模型，根据仿真事件变更作战实体状态并与其它作战实体进行信息交互。

2.根据权利要求1所述的一种作战体系建模与仿真系统，其特征在于：所述OV-1高层作战概念图采用UML用例图描述，描述作战体系的使命、高层作战设想、组织和资源的分布；所述OV-4组织关系图采用UML类图描述，描述在体系结构中作战实体之间的指挥结构或指挥关系；所述OV-7逻辑数据模型图采用UML类图描述，定义逻辑数据类型；所述OV-3作战信息交换矩阵图采用UML Signal集合图描述，建立各作战节点之间传递的所有的信号类；所述OV-2作战节点连接关系描述图采用UML复合结构图描述，描述各个作战实体之间需要交换的信息、信息交换通道及各个作战实体之间的接口关系；所述OV-6b状态转换描述图采用UML状态图描述,描述各个作战实体对不同事件的响应，定义各个作战实体的动态行为，所述动态行为包括状态转移、转移条件、转移动作。

3.根据权利要求1所述的一种作战体系建模与仿真系统，其特征在于：所述体系仿真用户界面采用Qt图形库实现，实时动态显示的作战态势包括各作战实体的图标、实时位置、局势信息、实体信息交互效果。

4.根据权利要求1所述的一种作战体系建模与仿真系统，其特征在于：所述体系仿真引擎包括对象管理器、仿真管理器和类工厂管理器，其中：

对象管理器：根据体系仿真想定文件创建作战实体对象，为作战实体对象添加作战计划，对所有作战实体和作战计划进行管理，并通过HLA网络接口向体系仿真用户界面发送作战态势数据；

仿真管理器：进行仿真时间的推进和仿真定时器的调度；

类工厂管理器：管理仿真引擎中的所有类工厂，支持对象管理器以类工厂模式创建作战实体的组件。

5.根据权利要求1所述的一种作战体系建模与仿真系统，其特征在于：所述仿真数据记录回放模块将体系仿真引擎中所有作战实体状态和作战实体交互事件保存成数据文件，并实现数据文件的回放的具体过程如下：

记录模式下，接收体系仿真引擎的数据，仿真开始时创建要写入的数据文件，写入要记录的所有实体对象的列表，仿真过程中每个仿真周期写入所有作战实体的当前状态数据和事件数据，记录停止时关闭已打开的数据文件；

回放模式下，回放开始时打开要读取的数据文件，读取所有作战实体对象列表，通知仿真引擎按照所述列表创建作战实体对象，回放过程中每个回放周期读取所有作战实体的当前状态数据和事件并发送给仿真引擎，回放停止时关闭已打开的数据文件。