CN113656964B - 一种基于信息流的体系对抗仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信息流的体系对抗仿真系统，属于仿真推演技术领域。该系统包括信息流推进管理模块、可扩展的信息模型建模框架、通用的仿真数据管理模块、易用的多维态势分析与交互模块、脚本管理模块、仿真结果分析模块和树形架构的高性能运行平台。其中，信息流推进管理模块组织信息模型各类事件的推进，从而生成仿真推演数据，支持多维态势分析，并实时接收用户的交互指令。本发明能够从信息采集、信息传输、信息加工以及信息应用的角度对体系对抗过程进行仿真分析，并提供多种任务切片支撑仿真过程中的分析与交互，具有可扩展、可灵活部署、支持多粒度分布式仿真等特点。

Description

一种基于信息流的体系对抗仿真系统

技术领域

本发明涉及仿真推演技术领域，特别是指一种基于信息流的体系对抗仿真系统。

背景技术

体系仿真技术是开展武器装备体系研究的有力工具，通过体系仿真实验描述网络信息体系的结构、功能、运行及演化，能够装备体系的复杂性和体系作战能力生成机理进行探究，实现从大系统协同设计到体系仿真验证和试验评估的闭环，有助于提升信息系统的总体设计能力。

世界各国为了满足发展和加强国防力量的需要，分别建立了大量的分布式作战仿真系统，以实现对联合作战中潜在的各种战略战术和军事策略进行分析和试验。美国国防部开展了三项以不同层次的体系对抗为背景、服务于不同军事需求的通用仿真项目，即联合作战系统，联合仿真系统和联合建模与仿真系统。

国内航天二院、电科院、兵科院、国防科技大学等单位以平台级体系对抗仿真模型为基础，通过功能聚合，为交战级体系的不同层次建立了有机的联系，形成了体系对抗仿真试验系统。这种体系推演仿真方式以系统节点模型为重点，从不同切面去分析体系的能力时，任何信息数据的获取都需要按照模型装配关系先找寻到所搭载的系统节点，然后再从系统节点追溯到所需的信息数据。但是，这种方式存在以下两方面的问题：一方面，在数据利用方面非常繁琐，不易于分析与利用；另一方面，当体系中系统节点变多时，各种关系的交互方式变得复杂，以至于无法对武器装备体系开展多层次多维度的分析。因此，现有技术中迫切地需要根据体系对抗过程中各节点间各类信息的流转关系进行建模，从而可以便利地从多个任务剖面对装备体系进行研究，高效地支持动态验证过程。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明提出一种基于信息流的体系对抗仿真系统，能够为多部门协同开展装备体系机理研究提供一种有效的解决方案。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于信息流的体系对抗仿真系统，包括按照树形结构建立的分布式的仿真计算机集群；所述仿真计算机集群用于实现体系对抗仿真中台、信息流推进管理模块、信息模型建模框架、仿真数据管理模块、多维态势分析与交互模块、脚本管理模块、仿真结果分析模块以及运行管理模块；

其中，体系对抗仿真中台采用可视化的方式进行仿真部署，自上而下分为应用层、服务层、资源层以及支撑层；

信息流推进管理模块基于时间和事件两种形式调度和推进信息模型中的各类事件；

信息模型建模框架包括信息采集模型框架、信息传输网络模型框架、信息处理模型框架、信息应用模型框架，信息采集模型框架、信息传输网络模型框架、信息处理模型框架、信息应用模型框架分别根据不同需求对信息采集模型、信息传输模型、信息处理模型、信息应用模型进行快速建模和接入；

仿真数据管理模块用于文献资料、模型信息、推演方案数据的存储、访问和分发；

多维态势分析与交互模块用于从信息感知维、信息传输维、信息处理维和信息应用维进行态势分析与交互；

脚本管理模块用于对力量编组、对抗环境、信息组织关系、行动任务进行管理；

仿真结果分析模块用于对推演数据进行实时或事后分析，形成体系效能分析报告；

运行管理模块用于将不同的软件模块和信息模型部署到不同的计算机上，同时将不同粒度的模型部署到不同深度的计算机上，从而构建多粒度仿真任务体系；

在仿真准备阶段，根据仿真需要，利用信息模型建模框架构建相应的信息模型；

在仿真启动阶段，通过运行管理模块将各软件和模型部署到分布式计算机集群上，根据仿真需要，利用脚本管理模块生成仿真推演脚本，并将脚本加载到各个软件模块中；各软件模块解析脚本内容，通过体系对抗仿真中台读取相关数据并调用相关服务；信息流推进管理模块根据脚本完成模型加载，并运行脚本；

在仿真运行阶段，仿真数据管理模块实时提供基础和业务数据服务，信息流推进管理模块根据时间或事件推进策略，实时推进仿真进度，对信息模型的交互内容进行分发，完成信息模型之间的时间同步；多维态势分析与交互模块适时地同步完成对信息感知、信息传输、信息处理和信息应用的干预和分析；

在结果分析阶段，基于仿真推演数据，利用仿真结果分析模块完成系统功能和体系效能评估。

进一步的，所述的体系对抗仿真中台包括体系对抗数据中台、体系对抗仿真业务中台以及体系对抗仿真技术中台；体系对抗数据中台为应用系统提供数据访问服务，体系对抗仿真业务中台为应用系统提供业务处理类服务，体系对抗仿真技术中台为各应用系统提供技术类服务。

进一步的，所述信息流推进管理模块包括时间同步管理模块、信息交互管理模块、并行离散时间调度服务模块、模型加载服务模块；

时间同步管理模块用于统筹系统以及各模型之间的仿真时间，确保时间同步；

模型加载服务模块根据推演脚本的需求，将仿真模型加载到仿真系统中来，从而被其他模块所发现、调用和交互；

信息交互管理模块负责管理、调度和分发各模块产生的信息和需求的信息；

并行离散时间调度服务模块负责模型之间的时间同步与推进。

进一步的，所述信息采集模型包括光学、雷达、红外、电子侦察的信息采集模型，所述信息传输网络模型包括电台、卫星通信、移动通信、接入网、机动网、骨干网的传输网络模型，所述信息处理模型包括情报生成、处理与分发、指挥决策的信息处理模型，所述信息应用模型包括协同打击类模型。

进一步的，所述仿真数据管理模块为体系对抗仿真中台和信息模型提供基础数据，为仿真结果分析模块提供仿真推演数据，为运行管理模块提供运行支撑数据。

进一步的，所述多维态势分析与交互模块包括信息感知维态势分析与交互模块、信息传输维态势分析与交互模块、信息处理维态势分析与交互模块和信息应用维态势分析与交互模块；

信息感知维态势分析与交互模块用于配置红蓝双方不同平台之间的探测关系、探测手段、探测精度要素，并接受人机交互的方式对这些要素进行调整；

信息传输维态势分析与交互模块用于展示红蓝双方不同设备之间的通信关系、通信手段、通信带宽、误码率、组网类型要素，并接受人机交互的方式对这些要素进行调整；

信息处理维态势分析与交互模块用于展示红蓝双方情报系统的组织关系、决策支持、信息融合方式要素，并接受人机交互的方式对这些要素进行调整；

信息应用维态势分析与交互模块用于展示协同红蓝双方打击关系、决策支持、任务执行要素，并接受人机交互的方式对这些要素进行调整。

进一步的，所述脚本管理模块包括脚本生成模块、脚本解析模块、脚本加载模块以及脚本运行模块；

脚本生成模块针对某次体系对抗仿真推演所需的模型配置、双方力量编成、部署位置信息生成脚本文件；

脚本解析模块把脚本文件反解译成模型配置、双方力量编成、部署位置、推演方式信息；

脚本加载模块把脚本解析模块解译出的信息加载到体系对抗仿真系统中；

脚本运行模块根据设置的推演方式，将脚本加载模块加载的各类信息借助并行离散时间调度服务模块调度运行起来。

进一步的，所述仿真结果分析模块包括系统功能评估模块和体系效能评估模块；

系统功能评估模块利用仿真推演生成的基础数据对系统功能性指标进行计算；

体系效能评估模块利用系统功能评估模块得到的系统功能性指标进行聚合，形成体系效能评估指标。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）本发明采用基于微服务的架构设计,构建体系对抗数据中台、体系对抗仿真业务中台以及体系对抗仿真技术中台，为多维度态势分析与交互以及提供更加便捷的方法。

（2）本发明从信息流的维度对体系对抗仿真进行了建模，为研究体系涌现度提供了新的手段和方法。

（3）本发明采用了统一的开放式体系架构与技术架构，支持新技术应用、新功能开发和新能力形成，能够随着装备体系研究的深入不断成长完善。

附图说明

图1是本发明实施例中的一个系统部署图。

图2是本发明实施例中的一个系统框架图。

图3是本发明实施例中的一个仿真推演流程图。

图4是本发明实施例中的一个集成框架示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。另外需要说明的是，此处描述的具体实施例仅用以解释本发明的技术方案，并不用于限定本发明的保护范围。

如图1-4所示，一种基于信息流的体系对抗仿真系统，包括体系对抗仿真中台框架、信息流推进管理子系统、可扩展的信息模型建模子系统、通用的仿真数据管理子系统、易用的多维态势分析与交互子系统、脚本管理子系统、仿真结果分析子系统和树形架构的高性能运行平台。其中，体系对抗仿真中台支持可视化的方式进行仿真部署，自上而下分为应用层、服务层、资源层以及支撑层；信息流推进管理模块基于时间和事件两种形式调度和推进信息模型中的各类事件；可扩展的信息模型建模框架，能够根据不同需求对信息采集模型、信息处理模型、信息传输模型以及信息应用模型进行快速建模和接入，与背景模型实现交互；通用的仿真数据管理模块，用于组织管理文献资料数据、对抗方案数据和想定数据；多维态势分析与交互模块用于从信息感知维、信息传输维、信息处理维和信息应用维进行态势分析与交互；脚本管理模块实现对力量编组、对抗环境、信息组织关系、行动任务等进行管理；仿真结果分析模块对推演数据进行实时或事后分析，形成体系效能分析报告；树形架构的高性能运行平台是针对多粒度仿真任务，构建的分布式体系对抗仿真推演计算环境。

体系对抗仿真中台集成框架包括体系对抗数据中台、体系对抗仿真业务中台以及体系对抗仿真技术中台。体系对抗数据中台依托MySql数据库对体系对抗推演数据、想定数据、地形数据、装备参数等具有高度耦合的基础数据进行聚合与管理，并通过微服务的方式对体系效能分析、态势分析与交互等应用系统提供支持。

信息流推进管理模块统筹管理各个信息模型中的仿真时间和仿真事件，按照事件触发或时间出发两种方式推动离散仿真时间的前进，确定仿真事件的执行方式和交互的信息，以微服务的形式与其他仿真系统实现互操作，采集并保存体系对抗仿真数据。

可扩展的信息模型建模框架包括信息采集模型、信息传输网络模型、信息处理模型、信息应用模型。其中信息采集模型主要对由雷达、光学、电子侦察、红外等各种探测或侦察方法进行抽象和建模；信息传输网络对短波、超短波、数据链、卫星等不同传输手段构建的不同网系进行建模，并对不同网系上所承载的业务进行抽象模拟；信息处理模型根据采集到的信息完整度和分辨率，生成不同等级的情报处理产品；信息应用模型根据信息获取的实时性以及情报等级，结合打击、干扰等影响手段的能力，形成体系对抗任务。信息模型被整合成体系对抗仿真业务中台的一部分，支持不同体系对抗应用仿真系统的开发。

通用的仿真数据管理模块，利用体系对抗数据中台提供的数据服务，完成对仿真过程中使用和产生的信息进行分发、收集、整理、分析等数据管理工作。

易用的多维态势分析与交互模块，通过二三维地理信息平台构建体系对抗的战场态势，实现从物理对抗空间的态势展示与交互；通过复杂网络可视化分析工具，构建探测与被探测、打击与被打击等态势图实现信息感知维和信息应用维的态势分析与交互；利用加权无向图构建信息传输通信网络,并对各条边所承担的业务数据量进行权重分配，进而对不同业务在点到点的传输能力给出判断；利用时序图和动态组织架构图描述信息处理节点的控制行为以及控制的组织结构关系，接受人为干预和系统辅助决策两种交互方式。

脚本管理模块包括脚本生成、脚本解析、脚本加载以及脚本运行等功能。在准备阶段，脚本生成模块通过二三维地理信息平台编辑、修改和生成对抗脚本。在初始化阶段，完成想定脚本的分发，通过脚本解析模块引导各子系统完成想定脚本的加载和初始化，包括战场环境的生成、态势显示的初始化和红蓝双发兵力实体的生成等。在运行阶段，适时发布脚本运行指令（如启动、暂停、步进和结束等），确保仿真实验的有序进行

仿真结果分析模块包括系统功能评估功能和体系效能评估功能。通过复盘回放、按需进行数据抽取和评估计算，生成侦察效果、打击效果、侦察目标覆盖率、侦察区域覆盖率等指标对系统功能进行评估。通过指标聚合，对侦察部队损失情况、敌我双方实力对比、侦察时间消耗、关键战场实体影响等体系效能进行评估，将结果能够按时间段、部队/装备类型、隶属关系等生成实力对比、战损比等统计报告，通过持屏幕显示、输出打印或网络进行推送

树形架构的高性能运行平台包括计算机集群和运行管理模块。如图所示，运行管理模块将体系对抗仿真中台部署到不同的计算机上，同时将不同粒度的模型部署到不同深度的计算机上，确切的说，更细粒度的信息模型会部署到具有树形架构的高性能运行平台的最底层。

整个模拟训练系统运行环境支持跨平台环境运行，可将相关软件功能绑定到指定的CPU上，同时提供进/线程的同步、通信、数据管理环境等。开发环境选择Spring clound作为集成开发环境，开发语言选用Java和C++，利用XML格式组织配置文件。

总之，本发明能够从信息采集、信息传输、信息加工以及信息应用的角度对体系对抗过程进行仿真分析，并提供多种任务切片支撑仿真过程中的分析与交互，具有可扩展、可灵活部署、支持多粒度分布式仿真等特点。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，依然属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于信息流的体系对抗仿真系统，包括按照树形结构建立的分布式的仿真计算机集群；其特征在于，所述仿真计算机集群用于实现体系对抗仿真中台、信息流推进管理模块、信息模型建模框架、仿真数据管理模块、多维态势分析与交互模块、脚本管理模块、仿真结果分析模块以及运行管理模块；

其中，体系对抗仿真中台采用可视化的方式进行仿真部署，自上而下分为应用层、服务层、资源层以及支撑层；

信息流推进管理模块基于时间和事件两种形式调度和推进信息模型中的各类事件；

信息模型建模框架包括信息采集模型框架、信息传输网络模型框架、信息处理模型框架、信息应用模型框架，信息采集模型框架、信息传输网络模型框架、信息处理模型框架、信息应用模型框架分别根据不同需求对信息采集模型、信息传输模型、信息处理模型、信息应用模型进行快速建模和接入；

仿真数据管理模块用于文献资料、模型信息、推演方案数据的存储、访问和分发；

多维态势分析与交互模块用于从信息感知维、信息传输维、信息处理维和信息应用维进行态势分析与交互；

脚本管理模块用于对力量编组、对抗环境、信息组织关系、行动任务进行管理；

仿真结果分析模块用于对推演数据进行实时或事后分析，形成体系效能分析报告；

运行管理模块用于将不同的软件模块和信息模型部署到不同的计算机上，同时将不同粒度的模型部署到不同深度的计算机上，从而构建多粒度仿真任务体系；

在仿真准备阶段，根据仿真需要，利用信息模型建模框架构建相应的信息模型；

在仿真启动阶段，通过运行管理模块将各软件和模型部署到分布式计算机集群上，根据仿真需要，利用脚本管理模块生成仿真推演脚本，并将脚本加载到各个软件模块中；各软件模块解析脚本内容，通过体系对抗仿真中台读取相关数据并调用相关服务；信息流推进管理模块根据脚本完成模型加载，并运行脚本；

在仿真运行阶段，仿真数据管理模块实时提供基础和业务数据服务，信息流推进管理模块根据时间或事件推进策略，实时推进仿真进度，对信息模型的交互内容进行分发，完成信息模型之间的时间同步；多维态势分析与交互模块适时地同步完成对信息感知、信息传输、信息处理和信息应用的干预和分析；

在结果分析阶段，基于仿真推演数据，利用仿真结果分析模块完成系统功能和体系效能评估。

2.根据权利要求1所述的一种基于信息流的体系对抗仿真系统，其特征在于，所述的体系对抗仿真中台包括体系对抗数据中台、体系对抗仿真业务中台以及体系对抗仿真技术中台；体系对抗数据中台为应用系统提供数据访问服务，体系对抗仿真业务中台为应用系统提供业务处理类服务，体系对抗仿真技术中台为各应用系统提供技术类服务。

3.根据权利要求1所述的一种基于信息流的体系对抗仿真系统，其特征在于，所述信息流推进管理模块包括时间同步管理模块、信息交互管理模块、并行离散时间调度服务模块、模型加载服务模块；

时间同步管理模块用于统筹系统以及各模型之间的仿真时间，确保时间同步；

模型加载服务模块根据推演脚本的需求，将仿真模型加载到仿真系统中来，从而被其他模块所发现、调用和交互；

信息交互管理模块负责管理、调度和分发各模块产生的信息和需求的信息；

并行离散时间调度服务模块负责模型之间的时间同步与推进。

4.根据权利要求1所述的一种基于信息流的体系对抗仿真系统，其特征在于，所述信息采集模型包括光学、雷达、红外、电子侦察的信息采集模型，所述信息传输网络模型包括电台、卫星通信、移动通信、接入网、机动网、骨干网的传输网络模型，所述信息处理模型包括情报生成、处理与分发、指挥决策的信息处理模型，所述信息应用模型包括协同打击类模型。

5.根据权利要求1所述的一种基于信息流的体系对抗仿真系统，其特征在于，所述仿真数据管理模块为体系对抗仿真中台和信息模型提供基础数据，为仿真结果分析模块提供仿真推演数据，为运行管理模块提供运行支撑数据。

6.根据权利要求1所述的一种基于信息流的体系对抗仿真系统，其特征在于，所述多维态势分析与交互模块包括信息感知维态势分析与交互模块、信息传输维态势分析与交互模块、信息处理维态势分析与交互模块和信息应用维态势分析与交互模块；

信息感知维态势分析与交互模块用于配置红蓝双方不同平台之间的探测关系、探测手段、探测精度要素，并接受人机交互的方式对这些要素进行调整；

信息传输维态势分析与交互模块用于展示红蓝双方不同设备之间的通信关系、通信手段、通信带宽、误码率、组网类型要素，并接受人机交互的方式对这些要素进行调整；

信息处理维态势分析与交互模块用于展示红蓝双方情报系统的组织关系、决策支持、信息融合方式要素，并接受人机交互的方式对这些要素进行调整；

信息应用维态势分析与交互模块用于展示协同红蓝双方打击关系、决策支持、任务执行要素，并接受人机交互的方式对这些要素进行调整。

7.根据权利要求3所述的一种基于信息流的体系对抗仿真系统，其特征在于，所述脚本管理模块包括脚本生成模块、脚本解析模块、脚本加载模块以及脚本运行模块；

脚本生成模块针对某次体系对抗仿真推演所需的模型配置、双方力量编成、部署位置信息生成脚本文件；

脚本解析模块把脚本文件反解译成模型配置、双方力量编成、部署位置、推演方式信息；

脚本加载模块把脚本解析模块解译出的信息加载到体系对抗仿真系统中；

脚本运行模块根据设置的推演方式，将脚本加载模块加载的各类信息借助并行离散时间调度服务模块调度运行起来。

8.根据权利要求1所述的一种基于信息流的体系对抗仿真系统，其特征在于，所述仿真结果分析模块包括系统功能评估模块和体系效能评估模块；

系统功能评估模块利用仿真推演生成的基础数据对系统功能性指标进行计算；

体系效能评估模块利用系统功能评估模块得到的系统功能性指标进行聚合，形成体系效能评估指标。

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