CN107729696A - 一种基于毁伤场或干扰场的lvc毁伤或干扰仿真方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法及系统，首先在空间三维坐标系中，定义毁伤场或干扰场区域，在该封闭的空间包络内的任意空间坐标有确定的毁伤场或干扰场数值，用于表征毁伤强度或干扰强度；然后针对仿真实体的不同姿态设定对应的防护能力、抗干扰能力数值；根据仿真实体所处的空间三维坐标位置，读取仿真实体在设定的仿真时刻其空间位置对应的毁伤场或干扰场数值，并根据仿真实体的姿态对应的防护能力或抗干扰能力数值，进行毁伤或干扰仿真计算，完成毁伤或干扰判定。将分布式LVC仿真中毁伤或干扰计算的复杂度从O(n²)降低为O(n)，这样可以显著降低通讯负荷，提升实时性，并且提升了毁伤或干扰计算的一致性。

Description

一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法及系统

技术领域

本发明涉及一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法及系统，属于毁伤或干扰仿真技术领域。

背景技术

LVC仿真是指实物(live)、虚拟(Virtual)、构造(Construct)相结合的仿真。实现LVC仿真需要基于分布式仿真支撑架构实现底层通信，并且采用网关、适配器、包装器等技术实现异构仿真资源的封装与集成。LVC系统要求仿真系统必须按照1：1时钟速度推进。国外典型的LVC体系架构为TENA，国内有VITA、Josim等。

在LVC系统中，为了对毁伤或干扰进行完备的仿真，即仿真点对点的毁伤和干扰造成的第三方连带效应，必须要求计算相关效应的模型获取仿真系统内全部仿真实体的相关信息。目前主流的实现方式是由每一个实体获取其他全部仿真实体的相关信息进行计算。当仿真实体数量较大时，会导致信息交互量剧增，使实时性严重下降，而这恰恰是LVC系统不能接受的。此外，目前的毁伤或干扰仿真方法在发生毁伤或干扰相互作用的两个仿真实体之间计算，相关的算法封闭在仿真实体内部，容易导致不同仿真实体之间的同类毁伤或干扰计算产生不一致。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法及系统，基于一个描述了多个空间包络的数据表来定义空间中毁伤或干扰效应的区域，在每一个仿真实体进行时间推进时，通过远程方法调用的形式远程查询毁伤场或干扰场数值，通过概率仿真得到毁伤或干扰判定结果。将完备的毁伤或干扰仿真的复杂度从O(n²)降低为O(n)，可以显著降低多实体仿真过程的复杂度；同时为仿真系统提供了统一维护毁伤或干扰效应数据库，消除了不同仿真实体之间毁伤效应或干扰效应计算不一致的风险；可以显著的提升LVC仿真的实时性和可信性。

本发明解决的技术方案为：一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法，步骤如下：

(1)定义空间三维坐标系；

(2)在步骤(1)建立的空间三维坐标系中，定义毁伤场或干扰场区域，即封闭的空间包络，在该封闭的空间包络内的任意空间坐标有确定的毁伤场或干扰场数值，该数值用于表征毁伤强度或干扰强度；

(3)针对仿真实体的不同姿态设定对应的防护能力、抗干扰能力数值；

(4)在步骤(1)定义的空间三维坐标系中，根据仿真实体所处的空间位置，确定仿真实体在设定的仿真时刻其空间位置对应的毁伤场或干扰场数值，或根据设定的仿真时刻仿真实体的姿态对应的防护能力、抗干扰能力数值，以进行毁伤或干扰仿真计算，得到毁伤火干扰结果，即确定仿真实体是否被毁伤或是否被干扰。

在步骤(1)定义的定义空间坐标系中，对毁伤/干扰过程进行仿真计算，具体方法如下：

在进行每一次仿真时间推进时，仿真实体通过远程方法调用的形式，远程执行毁伤场、干扰场服务器上的毁伤场、干扰场查询程序，获取毁伤场或干扰场数值，即毁伤强度或干扰强度，该数值表征的毁伤强度或干扰强度，定义如下：

定义毁伤概率是毁伤强度与防护能力的乘积，其中毁伤强度和防护能力是取值范围为0至1的无量纲数；

定义干扰概率是干扰强度与抗干扰能力的乘积，其中干扰强度与抗干扰能力是取值范围为0至1的无量纲数；

仿真实体获取到毁伤强度或干扰强度数值后，获取自身的姿态所对应的防护能力、抗干扰能力数值，

求取毁伤强度与防护能力的乘积获得毁伤概率，并求干扰强度与抗干扰能力获得干扰概率；基于毁伤概率和干扰概率进行概率仿真即获得毁伤或干扰判定结果，即仿真实体是否被毁伤或是否被干扰。

毁伤场或干扰场服务器是一个随着仿真时间推进不断更新的数据库系统，能够响应仿真实体的远程方法调用请求，根据请求查询并反馈仿真实体对应的空间坐标位置的毁伤场或干扰场数值。

每一个仿真实体，在任意仿真时刻，能够在毁伤场、干扰场服务器上创建、销毁或更新毁伤场、干扰场。

仿真实体是指单个仿真对象，包括：导弹攻防仿真中的导弹、卫星、雷达这些作战单元、陆军对抗仿真中的坦克、装甲车、步兵这些作战单元和其它仿真中的作战单元或实体。

远程方法调用的实现通过CORBA(Common Object Request BrokerArchitecture，公共对象请求代理体系结构)的RMI实现，由Stub和Skeleton两部分完成，在远程方法调用的过程中，仿真实体通过Stub与CORBA的ORB(英文全称+中文含义)进行交互，毁伤场或干扰场服务器通过CORBA的Skeleton与ORB进行交互，这样仿真实体就可以通过Stub和Skeleton实现对毁伤场或干扰场服务器的方法调用。

远程方法调用的形式是指仿真实体通过远程方法调用方式查询毁伤场、干扰场服务器上的毁伤场、干扰场数值。

毁伤或干扰场为在空间坐标系中定义的场，其场强数值用于表征毁伤强度和干扰强度。

毁伤概率是毁伤强度与防护能力的乘积，其中毁伤强度和防护能力是取值范围为0至1的无量纲数，干扰概率是干扰强度与抗干扰能力的乘积，其中干扰强度与抗干扰能力是取值范围为0至1的无量纲数。

定义的空间坐标系为三维空间坐标系，包括：地心固联坐标系和其它任何三维空间坐标系。

毁伤场是一个在空间坐标系下定义的表征毁伤强度的场，毁伤强度是取值范围为0至1的无量纲数，与防护能力的乘积为毁伤概率。

干扰场是一个在空间坐标系下定义的表征干扰强度的场，干扰强度是取值范围为0至1的无量纲数，与与抗干扰能力的乘积为干扰概率。

一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真系统，包括：坐标系定义模块、毁伤场或干扰场数值确定模块、能力数值确定模块、毁伤或干扰判定模块；

坐标系定义模块定义空间三维坐标系；毁伤场或干扰场数值确定模块在建立的空间三维坐标系中，定义毁伤场或干扰场区域，即封闭的空间包络，在该封闭的空间包络内的任意空间坐标有确定的毁伤场或干扰场数值，该数值用于表征毁伤强度或干扰强度；能力数值确定模块针对仿真实体的不同姿态设定对应的防护能力、抗干扰能力数值；毁伤或干扰判定模块在定义的空间三维坐标系中，根据仿真实体所处的空间位置，确定仿真实体在设定的仿真时刻其空间位置对应的毁伤场或干扰场数值，或根据设定的仿真时刻仿真实体的姿态对应的防护能力、抗干扰能力数值，以进行毁伤或干扰仿真计算，得到毁伤或干扰结果，即确定仿真实体是否被毁伤或是否被干扰。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明有效地解决了分布式仿真体系架构执行毁伤或干扰仿真时造成的海量数据集中问题，使分布式网络环境下实现完备的毁伤或干扰仿真成为可能。

(2)本发明有效地降低了多仿真实体毁伤或干扰计算的复杂度，将完备的毁伤或干扰仿真的复杂度从O(n²)降低为O(n)

(3)本发明可以完备的进行毁伤或干扰仿真，可以实现弹头飞行路径的杀伤能力计算、爆炸杀伤多个模型实体、大范围不确定目标干扰等较为复杂的交互形式，这在传统的分布式仿真中式很难实现的。

(4)本发明为仿真系统提供了统一维护毁伤或干扰效应数据库，消除了不同仿真实体之间毁伤效应或干扰效应计算不一致的风险

(5)本发明通过时空包络加概率计算的方式计算毁伤/探测/干扰效应，可以应用GPU异构计算能力，方便的基于空间碰撞检测算法计算相关效应，具备海量并发服务计算能力。

附图说明

图1为本发明毁伤/探测/干扰仿真计算流程示意图；

图2为本发明毁伤/探测/干扰场分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。

本发明一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真系统，包括：坐标系定义模块、毁伤场或干扰场数值确定模块、能力数值确定模块、毁伤或干扰判定模块；

坐标系定义模块定义空间三维坐标系；毁伤场或干扰场数值确定模块在建立的空间三维坐标系中，定义毁伤场或干扰场区域，即封闭的空间包络，在该封闭的空间包络内的任意空间坐标有确定的毁伤场或干扰场数值，该数值用于表征毁伤强度或干扰强度；能力数值确定模块针对仿真实体的不同姿态设定对应的防护能力、抗干扰能力数值；毁伤或干扰判定模块在定义的空间三维坐标系中，根据仿真实体所处的空间位置，确定仿真实体在设定的仿真时刻其空间位置对应的毁伤场或干扰场数值，或根据设定的仿真时刻仿真实体的姿态对应的防护能力、抗干扰能力数值，以进行毁伤或干扰仿真计算，得到毁伤或干扰结果，即确定仿真实体是否被毁伤或是否被干扰。

本发明的一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法，包括毁伤场或干扰场、毁伤场或干扰场服务器和多个仿真实体。

毁伤场或干扰场用于表征毁伤强度或干扰强度。如图2所示在一个空间三维坐标系中定义毁伤场或干扰场区域，即封闭的空间包络，在该封闭的空间包络内的任意空间坐标有确定的毁伤场或干扰场数值，该数值即毁伤强度或干扰强度。每一个仿真实体，在任意仿真时刻，能够在毁伤场、干扰场服务器上创建、销毁或更新该实体所产生的毁伤场、干扰场。

毁伤场或干扰场服务器是一个随着仿真时间推进不断更新的数据库系统，能够响应仿真实体的远程方法调用请求，根据请求查询并反馈仿真实体对应的空间坐标位置的毁伤场或干扰场数值。

仿真实体是指单个仿真对象，包括：导弹攻防仿真中的导弹、卫星、雷达这些作战单元、陆军对抗仿真中的坦克、装甲车、步兵这些作战单元和其它仿真中的作战单元或实体，仿真实体的不同姿态有相应的防护能力、抗干扰能力数值。

基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真过程如图1所示，在进行每一次仿真时间推进时，仿真实体通过远程方法调用的形式，远程执行毁伤场、干扰场服务器上的毁伤场、干扰场查询程序，获取仿真实体在设定的仿真时刻其空间位置对应的毁伤场或干扰场数值，即毁伤强度或干扰强度，该数值表征的毁伤强度或干扰强度，毁伤概率是毁伤强度与防护能力的乘积，其中毁伤强度和防护能力是取值范围为0至1的无量纲数；干扰概率是干扰强度与抗干扰能力的乘积，其中干扰强度与抗干扰能力是取值范围为0至1的无量纲数。

仿真实体获取到毁伤强度或干扰强度数值后，获取自身的姿态所对应的防护能力、抗干扰能力数值。求取毁伤强度与防护能力的乘积获得毁伤概率，并求干扰强度与抗干扰能力获得干扰概率；基于毁伤概率和干扰概率进行概率仿真即获得毁伤或干扰判定结果，即仿真实体是否被毁伤或是否被干扰。

远程方法调用实现基于CORBA服务完成，底层实现主要有Stub和Skeleton两部分完成的，在远程方法调用的过程中，订阅单元通过Stub与CORBA的ORB进行交互，实现单元通过CORBA的Skeleton与ORB进行交互，这样订阅单元就可以通过Stub和Skeleton完成对实现单元远程方法的调用。如图2所示，在模型层将VIO中的远程方法的具体实现封装在类RemoteMethodsImpl中，该类继承自接口RemoteMethodsInterface，模型编写人员只需要在RemoteMethodsImpl中填写远程方法实现逻辑处理代码，通过VIO_Proxy即可调用远程方法，CORBA Stub和Skeleton对模型编写人员完全透明。远程方法实现包括以下6个类：RemoteMethodsInterface，RemoteMethodsFactoryInterface，Proxy，InvocationInterceptor，CORBAservantImplementation和Servant。这6个类通过Factory模式、Delegate模式和Interceptor模式组合起来，协作实现了远程方法实现和远程方法调用与CORBA Stub和Skeleton的解耦。CORBAservantImplmentation拥有一个InvocationInterceptor成员，InvocationInterceptor继承自RemoteMethodsInterface并包含一个RemoteMethodsInterface的引用，即使用Delegate模式将自身委托给RemoteMethodsInterface。CORBAservantImplmentation通过直接继承自Skeleton所提供的POA_Servant调用InvocationInterceptor成员的方法，即使用Interceptor模式实现Skeleton所提供的所有远程方法的接口。

以一个有20门火炮互相对抗射击的仿真场景为优选实施例，每一门火炮是一个独立的仿真实体。火炮仿真实体射击时，会根据炮弹落点位置和炮弹类型在毁伤场服务器上创建一个毁伤场。

该毁伤场基于大地坐标系(经、纬、高)建立，以炮弹落点为圆心建立一个球形毁伤场区域，在球心毁伤场数值为1，在球壳处毁伤场数值为0，毁伤场数值随着与球心的距离增加线性递减。该毁伤场在创建后，经过仿真时间推进5秒之后自动销毁。

火炮护盾方向俯仰角0度至10度范围内，航向角正负5度范围内，防护能力数值为0.5，其他姿态防护能力为1。防护能力值越大代表仿真实体的防护能力越低，被毁伤概率越大。

在仿真过程中，火炮仿真实体通过远程方法调用的方法查询当前仿真时刻，本仿真实体所处空间位置的毁伤场数值。例如某火炮实体恰好处于某个毁伤场的球心位置，对应的毁伤场数值为1；同时该火炮实体恰好护盾朝向毁伤场中心，即姿态对应的防护能力为0.5；则该火炮此次毁伤仿真得到的毁伤概率为0.5；以50％为概率进行概率仿真，可得到该火炮是否被毁伤的状态结果。

在这样的仿真过程中，10门火炮仿真实体都开火的情况下，只需要进行10次毁伤场注册、10次毁伤场查询和计算即可完成毁伤判定。

传统的仿真模式，每一门火炮仿真实体开火时需要查询其他9门火炮仿真实体的位置，进行九次毁伤计算，才可以得到毁伤判定结果。10门火炮仿真实体都开火的情况需要至少进行90次查询和计算，才可以得到毁伤判定结果。

由上述分析可知，本发明将毁伤或干扰计算的复杂度从O(n²)降低为O(n)，这样可以显著降低LVC仿真过程的通讯负荷，提升实时性，并且通过统一维护的毁伤场或干扰场提升了毁伤或干扰计算的一致性。

本发明有效地解决了分布式仿真体系架构执行毁伤或干扰仿真时造成的海量数据集中问题，使分布式网络环境下实现完备的毁伤或干扰仿真成为可能，有效地降低了多仿真实体毁伤或干扰计算的复杂度，将完备的毁伤或干扰仿真的复杂度从O(n²)降低为O(n)，本发明可以完备的进行毁伤或干扰仿真，可以实现弹头飞行路径的杀伤能力计算、爆炸杀伤多个模型实体、大范围不确定目标干扰等较为复杂的交互形式，为仿真系统提供了统一维护毁伤或干扰效应数据库，消除了不同仿真实体之间毁伤效应或干扰效应计算不一致的风险。

Claims (12)

1.一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法，其特征在于步骤如下：

(1)定义空间三维坐标系；

(2)在步骤(1)建立的空间三维坐标系中，定义毁伤场或干扰场区域，即封闭的空间包络，在该封闭的空间包络内的任意空间坐标有确定的毁伤场或干扰场数值，该数值用于表征毁伤强度或干扰强度；

(3)针对仿真实体的不同姿态设定对应的防护能力、抗干扰能力数值；

(4)在步骤(1)定义的空间三维坐标系中，根据仿真实体所处的空间位置，确定仿真实体在设定的仿真时刻其空间位置对应的毁伤场或干扰场数值，或根据设定的仿真时刻仿真实体的姿态对应的防护能力、抗干扰能力数值，以进行毁伤或干扰仿真计算，得到毁伤火干扰结果，即确定仿真实体是否被毁伤或是否被干扰。

2.根据权利要求1所述的一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法，其特征在于：在步骤(1)定义的定义空间坐标系中，对毁伤/干扰过程进行仿真计算，具体方法如下：

在进行每一次仿真时间推进时，仿真实体通过远程方法调用的形式，远程执行毁伤场或干扰场服务器上的毁伤场或干扰场查询程序，获取毁伤场或干扰场数值，即毁伤强度或干扰强度，该数值表征的毁伤强度或干扰强度，定义如下：

定义毁伤概率是毁伤强度与防护能力的乘积，其中毁伤强度和防护能力是取值范围为0至1的无量纲数；

定义干扰概率是干扰强度与抗干扰能力的乘积，其中干扰强度与抗干扰能力是取值范围为0至1的无量纲数；

仿真实体获取到毁伤强度或干扰强度数值后，获取自身的姿态所对应的防护能力、抗干扰能力数值，

求取毁伤强度与防护能力的乘积获得毁伤概率，并求干扰强度与抗干扰能力获得干扰概率；基于毁伤概率和干扰概率进行概率仿真即获得毁伤或干扰判定结果，即仿真实体是否被毁伤或是否被干扰。

3.根据权利要求2所述的一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法，其特征在于：

毁伤场或干扰场服务器是一个随着仿真时间推进不断更新的数据库系统，能够响应仿真实体的远程方法调用请求，根据请求查询并反馈仿真实体对应的空间坐标位置的毁伤场或干扰场数值；每一个仿真实体，在任意仿真时刻，能够在毁伤场、干扰场服务器上创建、销毁或更新毁伤场、干扰场。

4.根据权利要求1所述的一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法，其特征在于：仿真实体是指单个仿真对象，包括：导弹攻防仿真中的导弹、卫星、雷达这些作战单元、陆军对抗仿真中的坦克、装甲车、步兵这些作战单元和其它仿真中的作战单元或实体。

5.根据权利要求1所述的一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法，其特征在于：远程方法调用的实现通过CORBA的RMI实现，由Stub和Skeleton两部分完成，在远程方法调用的过程中，仿真实体通过Stub与CORBA的ORB进行交互，毁伤场或干扰场服务器通过CORBA的Skeleton与ORB进行交互，这样仿真实体就可以通过Stub和Skeleton实现对毁伤场或干扰场服务器的方法调用。

6.根据权利要求1所述的一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法，其特征在于：远程方法调用的形式是指仿真实体通过远程方法调用方式查询毁伤场、干扰场服务器上的毁伤场、干扰场数值。

7.根据权利要求1所述的一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法，其特征在于：毁伤或干扰场为在空间坐标系中定义的场，其场强数值用于表征毁伤强度和干扰强度。

8.根据权利要求1所述的一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法，其特征在于：毁伤概率是毁伤强度与防护能力的乘积，其中毁伤强度和防护能力是取值范围为0至1的无量纲数，干扰概率是干扰强度与抗干扰能力的乘积，其中干扰强度与抗干扰能力是取值范围为0至1的无量纲数。

9.根据权利要求1所述的一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法，其特征在于：定义的空间坐标系为三维空间坐标系，包括：地心固联坐标系和其它任何三维空间坐标系。

10.根据权利要求1所述的一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法，其特征在于：毁伤场是一个在空间坐标系下定义的表征毁伤强度的场，毁伤强度是取值范围为0至1的无量纲数，与防护能力的乘积为毁伤概率。

11.根据权利要求1所述的一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真方法，其特征在于：干扰场是一个在空间坐标系下定义的表征干扰强度的场，干扰强度是取值范围为0至1的无量纲数，与与抗干扰能力的乘积为干扰概率。

12.一种基于毁伤场或干扰场的LVC毁伤或干扰仿真系统，其特征在于包括：坐标系定义模块、毁伤场或干扰场数值确定模块、能力数值确定模块、毁伤或干扰判定模块；

坐标系定义模块定义空间三维坐标系；毁伤场或干扰场数值确定模块在建立的空间三维坐标系中，定义毁伤场或干扰场区域，即封闭的空间包络，在该封闭的空间包络内的任意空间坐标有确定的毁伤场或干扰场数值，该数值用于表征毁伤强度或干扰强度；能力数值确定模块针对仿真实体的不同姿态设定对应的防护能力、抗干扰能力数值；毁伤或干扰判定模块在定义的空间三维坐标系中，根据仿真实体所处的空间位置，确定仿真实体在设定的仿真时刻其空间位置对应的毁伤场或干扰场数值，或根据设定的仿真时刻仿真实体的姿态对应的防护能力、抗干扰能力数值，以进行毁伤或干扰仿真计算，得到毁伤或干扰结果，即确定仿真实体是否被毁伤或是否被干扰。