CN114091235A - 基于jcas典型场景想定的数据链系统仿真与验证方法 - Google Patents

基于jcas典型场景想定的数据链系统仿真与验证方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于JCAS典型场景想定的数据链系统仿真与验证方法。本发明包括：1、建立TM控制模型，包括SUT管理模块、通信模块、场景行为模块、航迹模块和测试模块；2、建立SUT单元模型；3、建立场景行为模块；4、建立航迹模块，TM控制模型根据在线SUT单元模型的唯一实体号及角色名搭建JCAS场景；通过航迹模块实现JCAS场景动态响定，并且实现动态更新SUT单元模型的本地航迹库信息；5、建立测试模块，基于步骤3中建立的场景行为模块和步骤4中的航迹模块，使用QT框架搭建测试模块实现功能测试，最终生成支持实时分布式仿真测试环境的被测系统模型；6、运行生成的测试系统模块。本发明通过软件模拟的方式进行模拟，从而完成仿真实验验证的方法。

Description

基于JCAS典型场景想定的数据链系统仿真与验证方法
技术领域
本发明属于系统仿真领域，在基于联合近距空中支援想定(JCAS) 场景和整个数据链系统框架下，对此战场想定任务进行系统模拟仿真，并通过软件模拟的方式进行模拟，从而完成仿真实验验证的方法。
背景技术
数据链系统是一种信息系统，在该系统中的例如传感器，武器平台，控制(C2)单元，非控制单(NC2)等参与单元之间，可以自动的发送和接收符合指定格式和通信协议的格式化数据。作为一种特殊的链路信息系统，数据链主要应用于军事平台之间，用于确保信息共享和信息保密。与传统的通信系统相比，数据链系统具有更好的互操作性，互操作性是系统参与单元基于交换和利用数据，以实现战术功能的目的。数据链系统的场景搭建与互操作性测试一直是一个巨大的挑战，尤其是，随着测试需求的发展，为了应对不断变化的测试需求，我们需要不断的自动化，智能化数据链系统的建模与其互操作性测试，这是一个非常值得研究和挑战的任务。
JCAS典型战场想定，我方C2成员角色：岸基指挥所1座、航空兵指挥所1座、编队指挥舰1艘、有人机A1架、引导员1名；我方非C2 成员角色：有人机B1架、无人机1架、卫星1个。敌方角色成员为：装甲编队(14辆，含指挥车1辆)、防御工事1座。
JCAS典型战场想定，想定阶段分为指挥引导阶段和攻击控制阶段，阶段区分标志为引导员是否加入了任务网络。具体可见图2指挥引导阶段作战概念图，图3攻击控制阶段作战概念图。以下为想定过程：
(1)引导员发现敌方防御工事，上报编队指挥舰请求空中支援对目标进行摧毁(J3.0特殊点消息)。
(2)编队指挥舰向岸基指挥所申请近距空中支援。
(3)岸基指挥所同意编队指挥舰的申请后，与航空兵指挥所协调近距空中支援任务飞机。
(4)航空兵指挥所派出有人/无人飞机编队执行近距空中支援任务 (J12.0任务分配消息)。
(5)航空兵指挥所对飞机编队进行指挥控制，实时获取作战飞机的状态信息，引导飞机编队抵达联络点(J12.3飞行路径消息)。
(6)航空兵指挥所、飞机编队、引导员组成任务网络，共享战场态势
(7)航空兵指挥所将飞机编队控制权移交给引导员
(8)引导员发送引导指令给飞机编队，有人机发射精确制导炸弹对敌方防御工事进行摧毁。
(9)无人机侦察到敌方临机出现的装甲编队，对目标进行侦察定位，共享战场态势。
(10)引导员向编队指挥舰请示后，决定请求空中支援对敌方装甲编队中的指挥车进行摧毁。
(11)引导员向飞机编队发送引导指令，通过激光照射放射引导空对地激光制导武器对敌方指挥车进行摧毁。
(12)无人机对目标毁伤情况进行评估。
(13)引导员决定是否二次打击，向编队指挥舰上报任务完成情况。
(14)飞机编队返航。
发明内容
本发明提出一种基于JCAS典型场景想定的数据链系统仿真与验证方法，针对目标数据链系统，通过软件模拟的方式进行模拟，从而完成仿真实验验证的方法。
为实现以上的目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：
步骤1、建立TM控制模型，在JCAS战场设定的场景下，有且仅有一个TM控制模型，包括SUT管理模块、通信模块、场景行为模块、航迹模块和测试模块；能够用于SUT单元模型的管理以及可视化，作为最高权限模型；
步骤2、建立SUT单元模型，在JCAS战场设定的场景下，SUT单元模型数量根据需求而定；一个SUT单元模型只能从我方的C2成员或非C成员中选择一个角色；且该SUT单元模型能向我方其他在线的SUT 单元模型发送信息，亦或是收到我方其他SUT单元模型的信息；
步骤3、建立场景行为模块，基于TM控制模型和SUT单元模型，根据SUT单元模型通过数据链(通信模块)传递的初始化数据，在TM 控制模型的场景行为模块实现SUT单元模型的可视化，可视化内容包括 SUT单元模型的唯一实体号、角色名以及当前的经度、纬度、高度、速度；
步骤4、建立航迹模块，TM控制模型根据在线SUT单元模型的唯一实体号及其角色名，搭建JCAS场景；通过航迹模块实现JCAS场景动态响定，并且实现动态更新SUT单元模型的本地航迹库信息；
步骤5、建立测试模块，基于步骤3中建立的场景行为模块和步骤 4中的航迹模块，使用QT框架搭建测试模块实现功能测试(JCAS战场设定场景流程是否完整进行、SUT航迹信息动态更新等)；SUT单元模型能够根据接收到的真实位置信息进行状态转移；SUT单元模型支持 UDP网络协议通信；最终生成支持实时分布式仿真测试环境的被测系统模型；
步骤6、测试执行，运行生成的测试系统模块，自动实现整个JCAS 战场设定场景，测试模块根据最终目标是否被摧毁，正确的判断出其是否正确的实现了JCAS战场设定任务；如果测试模块未正确实现，则测试模块给出错误角色以及错误位置。
进一步的，步骤1中建立TM控制模型具体是：
2-1.根据目标数据链系统消息标准，抽取出TM控制模型所需的状态信息；
所述的消息标准即规约描述文件为json格式，包含八个字段：编号 (ID)、经度(Longitude)、纬度(Latitude)、高度(Altitude)、速度(Speed)、平台(Platform)、角色(RoleID)、唯一实体号(SUTTN)；
2-2.通过TM控制模型中SUT管理模块和通信模型给SUT单元模型发送状态信息；使SUT单元模型根据接收到的状态信息(真实位置信息) 进行状态转移；
2-3.TM控制模型将共享接收到的来自SUT单元模型反馈的转移后的真实位置信息，通过控制场景行为模块实现分布式动态实时可视化。
进一步的，步骤2中建立SUT单元模型具体是：
3-1.根据目标数据链系统消息标准，抽取出SUT单元模型所需的状态信息，状态信息包括唯一实体号、角色名以及当前的经度、纬度、高度、速度；
3-2.通过数据链路，共享当前SUT单元模型所拥有的状态信息至其他SUT单元模型或TM控制模型。
进一步的，步骤3中建立场景行为模块具体是：
4-1.TM控制模型将步骤3中SUT单元模型第一次共享的数据信息作为初始化数据，记录在SUT管理模块中；
4-2.TM控制模型搭建JCAS场景，根据步骤4-1中的初始化数据实现单个或多个SUT单元模型动态可视化，即动态增加SUT单元模型、动态减少SUT单元模型。
进一步的，步骤4中建立航迹模块具体是：
5-1.在步骤3构建场景行为模块的基础上，根据SUT单元模型个数，手动设置每个SUT的运行轨迹，同时也提供几种固定的运行轨迹使对应 SUT单元模型自动按照固定轨迹运行；航迹设置完成之后，将设置好的航迹保存到TM控制模型的本地航迹库；
5-2.SUT单元模型在步骤5-1的航迹执行过程中，SUT单元模型共享所有当前航迹的数据信息，动态实时更改相应SUT单元模型的本地航迹库；即将对应SUT单元模型航迹的数据信息并保存在本地航迹库中。
进一步的，步骤5中建立测试系统模块具体是：
6-1.在TM控制模型、多个SUT单元模型都构建完成时，将所有模型及其模型中的各个模块衔接成一个JCAS战场想定仿真系统，进而实现整个JCAS战场想定流程测试，手动或者自动实现JCAS战场想定流程测试；
6-2.结合SUT管理模块和通信模块，使SUT单元模型根据接收到的真实位置信息进行状态转移；结合通信模块，使SUT单元模型支持 UDP网络协议通信；最终生成支持实时分布式仿真测试环境的被测系统模型。
进一步的，步骤6中测试执行具体是：
7-1.自动化，智能化实现整个JCAS战场想定场景，测试模型根据最终目标是否被摧毁，正确的判断出其是否正确的实现了JCAS战场想定任务；如果测试系统模型未正确实现，则测试模型给出错误角色以及错误位置；
7-2.测试执行过程中可开启干扰模块实现TM控制模型或SUT单元模型共享的信息可能会在数据链路中丢失。
进一步的，所述的干扰模块为干扰机，设置在TM控制模型中。
经过测试，本发明具有的有益效果是：
1、基于JCAS战场想定场景和整个数据链系统框架下，对战场想定任务进行系统模拟仿真，并通过软件模拟的方式进行模拟，从而完成仿真实验验证。
2、最终生成的TM控制模型、SUT单元模型，通过单个或者多个 SUT单元模型实现整个JCAS战场想定的流程测试，利用计算机的高效性模拟出整个战场的想定过程。
3、基于JCAS战场想定场景，可通过TM控制模型中的航迹模块手动控制每个SUT的运行轨迹，自动化、智能化实现状态信息的分布式实时下发。
附图说明
图1JCAS战场想定场景的数据链系统模拟仿真。
图2本发明方法流程图。
图3指挥引导阶段作战概念图。
图4攻击控制阶段作战概念图。
图5本发明设计的Json格式。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方案做作进一步说明。
本发明的主用于JCAS典型场景想定的数据链系统仿真与试验验证；如图1为本发明的J基于JCAS典型场景想定的数据链系统仿真与验证方法的框架图；
步骤1、建立TM控制模型，在JCAS战场设定的场景下，有且仅有一个TM控制模型，包括SUT管理模块、通信模块、场景行为模块、航迹模块和测试模块；能够用于SUT单元模型的管理以及可视化，作为最高权限模型；
步骤2、建立SUT单元模型，在JCAS战场设定的场景下，SUT单元模型数量根据需求而定；一个SUT单元模型只能从我方的C2成员或非C成员中选择一个角色；且该SUT单元模型能向我方其他在线的SUT 单元模型发送信息，亦或是收到我方其他SUT单元模型的信息；
步骤3、建立场景行为模块，基于TM控制模型和SUT单元模型，根据SUT单元模型通过数据链(通信模块)传递的初始化数据，在TM 控制模型的场景行为模块实现SUT单元模型的可视化，可视化内容包括 SUT单元模型的唯一实体号、角色名以及当前的经度、纬度、高度、速度；
步骤4、建立航迹模块，TM控制模型根据在线SUT单元模型的唯一实体号及其角色名，搭建JCAS场景；通过航迹模块实现JCAS场景动态响定，并且实现动态更新SUT单元模型的本地航迹库信息；
步骤5、建立测试模块，基于步骤3中建立的场景行为模块和步骤 4中的航迹模块，使用QT框架搭建测试模块实现功能测试(JCAS战场设定场景流程是否完整进行、SUT航迹信息动态更新等)；SUT单元模型能够根据接收到的真实位置信息进行状态转移；SUT单元模型支持 UDP网络协议通信；最终生成支持实时分布式仿真测试环境的被测系统模型；
步骤6、测试执行，运行生成的测试系统模块，自动实现整个JCAS 战场设定场景，测试模块根据最终目标是否被摧毁，正确的判断出其是否正确的实现了JCAS战场设定任务；如果测试模块未正确实现，则测试模块给出错误角色以及错误位置。
进一步的，步骤1中建立TM控制模型具体是：
2-1.根据目标数据链系统消息标准，抽取出TM控制模型所需的状态信息；
所述的消息标准即规约描述文件为json格式，包含八个字段：编号 (ID)、经度(Longitude)、纬度(Latitude)、高度(Altitude)、速度(Speed)、平台(Platform)、角色(RoleID)、唯一实体号(SUTTN)；
所述的解析的Json格式如图4所示；其中"Altitude":"90"；"ID":"1"； "Latitude":"90"；"Longitude":"90"；"Platform":"1"；"RoleID":"1"；"SUTTN":"1044""Speed":"90"；
2-2.通过TM控制模型中SUT管理模块和通信模型给SUT单元模型发送状态信息；使SUT单元模型根据接收到的状态信息(真实位置信息) 进行状态转移；
2-3.TM控制模型将共享接收到的来自SUT单元模型反馈的转移后的真实位置信息，通过控制场景行为模块实现分布式动态实时可视化。
进一步的，步骤2中建立SUT单元模型具体是：
3-1.根据目标数据链系统消息标准，抽取出SUT单元模型所需的状态信息，状态信息包括唯一实体号、角色名以及当前的经度、纬度、高度、速度；
3-2.通过数据链路，共享当前SUT单元模型所拥有的状态信息至其他SUT单元模型或TM控制模型。
进一步的，步骤3中建立场景行为模块具体是：
4-1.TM控制模型将步骤3中SUT单元模型第一次共享的数据信息作为初始化数据，记录在SUT管理模块中；
4-2.TM控制模型搭建JCAS场景，根据步骤4-1中的初始化数据实现单个或多个SUT单元模型动态可视化，即动态增加SUT单元模型、动态减少SUT单元模型。
进一步的，步骤4中建立航迹模块具体是：
5-1.在步骤3构建场景行为模块的基础上，根据SUT单元模型个数，手动设置每个SUT的运行轨迹，同时也提供几种固定的运行轨迹使对应 SUT单元模型自动按照固定轨迹运行；航迹设置完成之后，将设置好的航迹保存到TM控制模型的本地航迹库；
5-2.SUT单元模型在步骤5-1的航迹执行过程中，SUT单元模型共享所有当前航迹的数据信息，动态实时更改相应SUT单元模型的本地航迹库；即将对应SUT单元模型航迹的数据信息并保存在本地航迹库中。
进一步的，如图4所示，步骤5中建立测试系统模块具体是：
6-1.在TM控制模型、多个SUT单元模型都构建完成时，将所有模型及其模型中的各个模块衔接成一个JCAS战场想定仿真系统，进而实现整个JCAS战场想定流程测试，手动或者自动实现JCAS战场想定流程测试；
6-2.结合SUT管理模块和通信模块，使SUT单元模型根据接收到的真实位置信息进行状态转移；结合通信模块，使SUT单元模型支持 UDP网络协议通信；最终生成支持实时分布式仿真测试环境的被测系统模型。
进一步的，步骤6中测试执行具体是：
7-1.自动化，智能化实现整个JCAS战场想定场景，测试模型根据最终目标是否被摧毁，正确的判断出其是否正确的实现了JCAS战场想定任务；如果测试系统模型未正确实现，则测试模型给出错误角色以及错误位置；
7-2.测试执行过程中可开启干扰模块实现TM控制模型或SUT单元模型共享的信息可能会在数据链路中丢失。
进一步的，所述的干扰模块为干扰机，设置在TM控制模型中。
解析的Json格式如图4所示；
步骤6SUT单元之间的通信：基于步骤(5)中解析得到的数据，实现各SUT单元之间的消息传递；
步骤7TM控制模型通过步骤(5)的消息解析模型，得到各个SUT 单元之间的通信信息，并且显示在TM控制模型界面。

Claims (8)

1.基于JCAS典型场景想定的数据链系统仿真与验证方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1、建立TM控制模型，在JCAS战场设定的场景下，有且仅有一个TM控制模型，包括SUT管理模块、通信模块、场景行为模块、航迹模块和测试模块；能够用于SUT单元模型的管理以及可视化，作为最高权限模型；
步骤2、建立SUT单元模型，在JCAS战场设定的场景下，SUT单元模型数量根据需求而定；一个SUT单元模型只能从我方的C2成员或非C成员中选择一个角色；且该SUT单元模型能向我方其他在线的SUT单元模型发送信息，亦或是收到我方其他SUT单元模型的信息；
步骤3、建立场景行为模块，基于TM控制模型和SUT单元模型，根据SUT单元模型通过数据链传递的初始化数据，在TM控制模型的场景行为模块实现SUT单元模型的可视化，可视化内容包括SUT单元模型的唯一实体号、角色名以及当前的经度、纬度、高度、速度；
步骤4、建立航迹模块，TM控制模型根据在线SUT单元模型的唯一实体号及其角色名，搭建JCAS场景；通过航迹模块实现JCAS场景动态响定，并且实现动态更新SUT单元模型的本地航迹库信息；
步骤5、建立测试模块，基于步骤3中建立的场景行为模块和步骤4中的航迹模块，使用QT框架搭建测试模块实现功能测试；SUT单元模型能够根据接收到的真实位置信息进行状态转移；SUT单元模型支持UDP网络协议通信；最终生成支持实时分布式仿真测试环境的被测系统模型；
步骤6、测试执行，运行生成的测试系统模块，自动实现整个JCAS战场设定场景，测试模块根据最终目标是否被摧毁，正确的判断出其是否正确的实现了JCAS战场设定任务；如果测试模块未正确实现，则测试模块给出错误角色以及错误位置。
2.根据权利要求1所述的基于JCAS典型场景想定的数据链系统仿真与验证方法，其特征在于步骤1中建立TM控制模型具体是：
2-1.根据目标数据链系统消息标准，抽取出TM控制模型所需的状态信息；
所述的消息标准即规约描述文件为json格式，包含八个字段：编号(ID)、经度(Longitude)、纬度(Latitude)、高度(Altitude)、速度(Speed)、平台(Platform)、角色(RoleID)、唯一实体号(SUTTN)；
2-2.通过TM控制模型中SUT管理模块和通信模型给SUT单元模型发送状态信息；使SUT单元模型根据接收到的状态信息(真实位置信息)进行状态转移；
2-3.TM控制模型将共享接收到的来自SUT单元模型反馈的转移后的真实位置信息，通过控制场景行为模块实现分布式动态实时可视化。
3.根据权利要求1所述的基于JCAS典型场景想定的数据链系统仿真与验证方法，其特征在于步骤2中建立SUT单元模型具体是：
3-1.根据目标数据链系统消息标准，抽取出SUT单元模型所需的状态信息，状态信息包括唯一实体号、角色名以及当前的经度、纬度、高度、速度；
3-2.通过数据链路，共享当前SUT单元模型所拥有的状态信息至其他SUT单元模型或TM控制模型。
4.根据权利要求1所述的基于JCAS典型场景想定的数据链系统仿真与验证方法，其特征在于步3中建立场景行为模块具体是：
4-1.TM控制模型将步骤3中SUT单元模型第一次共享的数据信息作为初始化数据，记录在SUT管理模块中；
4-2.TM控制模型搭建JCAS场景，根据步骤4-1中的初始化数据实现单个或多个SUT单元模型动态可视化，即动态增加SUT单元模型、动态减少SUT单元模型。
5.根据权利要求1所述的基于JCAS典型场景想定的数据链系统仿真与验证方法，其特征在于步骤4中建立航迹模块具体是：
5-1.在步骤3构建场景行为模块的基础上，根据SUT单元模型个数，手动设置每个SUT的运行轨迹，同时也提供几种固定的运行轨迹使对应SUT单元模型自动按照固定轨迹运行；航迹设置完成之后，将设置好的航迹保存到TM控制模型的本地航迹库；
5-2.SUT单元模型在步骤5-1的航迹执行过程中，SUT单元模型共享所有当前航迹的数据信息，动态实时更改相应SUT单元模型的本地航迹库；即将对应SUT单元模型航迹的数据信息并保存在本地航迹库中。
6.根据权利要求5所述的基于JCAS典型场景想定的数据链系统仿真与验证方法，其特征在于步骤5中建立测试系统模块具体是：
6-1.在TM控制模型、多个SUT单元模型都构建完成时，将所有模型及其模型中的各个模块衔接成一个JCAS战场想定仿真系统，进而实现整个JCAS战场想定流程测试，手动或者自动实现JCAS战场想定流程测试；
6-2.结合SUT管理模块和通信模块，使SUT单元模型根据接收到的真实位置信息进行状态转移；结合通信模块，使SUT单元模型支持UDP网络协议通信；最终生成支持实时分布式仿真测试环境的被测系统模型。
7.根据权利要求6所述的基于JCAS典型场景想定的数据链系统仿真与验证方法，其特征在于步骤6中测试执行具体是：
7-1.自动化，智能化实现整个JCAS战场想定场景，测试模型根据最终目标是否被摧毁，正确的判断出其是否正确的实现了JCAS战场想定任务；如果测试系统模型未正确实现，则测试模型给出错误角色以及错误位置；
7-2.测试执行过程中可开启干扰模块实现TM控制模型或SUT单元模型共享的信息可能会在数据链路中丢失。
8.根据权利要求7所述的基于JCAS典型场景想定的数据链系统仿真与验证方法，其特征在于所述的干扰模块为干扰机，设置在TM控制模型中。
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