CN115270437A - 一种新型任务级作战仿真建模方法与框架 - Google Patents

Abstract

一种新型任务级作战仿真建模方法及框架，该方法包括以下步骤：(1)确定交战级支持下的任务级仿真模型粒度；(2)建立模型驱动的任务级仿真模型框架；(3)建立基于共享对象的并行分布一体化仿真架构。该框架包括对象，对象包括实体、组件、作战方、作战单元、战场空间场景、通信网络和环境对象，实体包括作战平台、武器实体、诱骗实体和设施实体。本发明严格分离作战仿真建模和仿真运行两大活动，通过清晰的建模与仿真语义层接口规范使得模型独立于仿真平台，仿真平台能够自动支持并行、分布、实时等运行模式。

Description

一种新型任务级作战仿真建模方法与框架

技术领域

本发明涉及军用仿真建模技术领域，具体是涉及一种新型任务级作战仿真建模方法及框架。

背景技术

作战仿真按照仿真的规模和模型的粒度一般自底向上分为工程级、交战级、任务级、战役级等四个层级。层次越高参战实体规模越大、模型颗粒度一般越粗；层次越低仿真规模越小，模型颗粒度一般越细。下层仿真为上层仿真提供基础数据支持，上层仿真为下层仿真提供约束指导。任务级作战仿真一般以评估作战任务完成度为切入点，支撑装备体系在联合作战条件下的作战效能评估。任务级作战仿真一般在交战级作战仿真结果基础上开展。当前已经在任务级作战仿真系统构建和应用研究方面开展了大量的工作，这些工作在仿真建模方法方面存在以下三方面局限：

(1)任务级与交战级没有明确区分：尽管交战级和任务级的上下支撑指导关系已取得普遍共识，但在实践中具体的支撑指导关系并不容易建立，主要原因是交战级和任务级的作战仿真系统基本上都没有标准化，有关系统在设计时刻并未(无暇)考虑与其它系统之间的支撑和约束关系，实际系统之间的功能定位和数据接口并不匹配。因此，很多交战级仿真系统向上可以在某一领域支持到一定规模的任务级，很多任务级仿真系统向下需要模拟比较细粒度的作战过程和物理行为，其结果是不仅导致仿真模型资源的重复建设，而且每个仿真系统的模型粒度层次不统一，面对进一步的应用需求时存在不同模型粒度难以协调的问题，仿真系统扩展演化面临较大困难。

(2)缺乏可组合的任务级仿真模型框架：可组合仿真模型框架是实现任务级作战仿真系统良性扩展演化、快速响应用户仿真应用需求的关键。当前的任务级作战仿真系统大多基于通用的军用仿真平台 (如FLAMES、AFSIM、VR-Force、XSIM等)构建，这些平台一般由军用仿真企业维护，为了支持仿真平台在不同层级仿真应用中的通用性，这些平台只提供了基础的军用仿真建模规范和示范性的仿真模型组件库，并没有面向某一层级的可组合仿真模型框架。基于这些平台在进行任务级作战仿真系统搭建时，一般需要重新设计有关的任务级仿真模型框架，实践情况来看，能否充分考虑各方面需求的可扩展的任务级仿真模型框架并不多见，所能支持的仿真应用开发模式大多是以单个任务级作战仿真应用为单位的开发与集成，难以做到面向整个任务级作战仿真需求构建通用化可组合的仿真模型框架，难以支持任务级作战仿真模型库的构建以及仿真应用的快速组合式开发。

(3)作战仿真模型与仿真运行深度耦合：建模是对系统业务知识的表达，仿真是对模型的执行求解。根据应用场景和实验需求的不同，仿真执行可以采用集中运行、并行运行、分布运行、实时运行等不同的运行模式。理想情况下，这种运行模式应该是对仿真建模透明的。也就是说，建模人员在编写模型时，应该不用考虑仿真运行模式，而由仿真支撑平台自动实现。由于缺乏合理的抽象设计，当前的任务级作战仿真系统基本上都难以做到这一点，大多预设分布式架构，即便是在单机运行仍然采用进程间通信方式，不仅建模存在较大的复杂性和工作量，而且仿真执行效率较低，仿真可重复性难以保证，不便开展大规模仿真实验。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种新型任务级作战仿真建模方法及框架，设计在交战级支持下的任务级组合仿真模型框架，严格分离作战仿真建模和仿真运行两大活动，通过清晰的建模与仿真语义层接口规范使得模型独立于仿真平台，仿真平台能够自动支持并行、分布、实时等运行模式。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种新型任务级作战仿真建模方法，包括以下步骤：

(1)确定交战级支持下的任务级仿真模型粒度；

(2)建立模型驱动的任务级仿真模型框架；

(3)建立基于共享对象的并行分布一体化仿真架构。

进一步，步骤(1)中，确定交战级支持下的任务级仿真模型粒度的方法如下：

(1-1)明确交战级和任务级的功能定位：交战级仿真回答武器装备的作战效能问题，并向任务级提供装备基础作战效能数据，包括不同条件下的发现距离、识别概率、诱骗概率、杀伤概率、干扰距离、命中精度、毁伤半径，以裁决表的方式表示；任务级仿真考察装备体系遂行联合作战任务的作战效能，研究分析装备体系面对各类作战任务需求存在的能力短板；

(1-2)基于作战节点信息流来确定模型交互框架：模型抽象时保留各个作战节点之间的信息流动，每个作战节点内部的结构和行为则在交战级支持下予以简化，其中同一实体内部不同组件之间的信息交互以及实体与作战环境之间的交互采用直接接口调用的方式；同一作战方不同实体之间的信息流通过网络通信完成；不同作战方实体之间的交互分为感知、毁伤、干扰三类进行建模；

(1-3)基于基准步长来确定各类武器装备的时空特性模型粒度：明确将任务级的仿真基准步长确定为1秒，所有1秒内的活动统统予以抽象；对于1秒以上的活动，保留实体时空特性以支持协同、电抗、通信体系层作战关系的建立；对于不影响细粒度的动力学模拟、不存在通信电抗影响的非制导弹药飞行过程、作战单元内的局部保障过程这些关系建立的环节，予以抽象简化。

进一步，步骤(2)中，建立模型驱动的任务级仿真模型框架的方法如下：

(2-1)面向任务级各类仿真应用需求进行模型框架抽象，搭建任务级仿真模型框架；

(2-2)将模型框架需要支持的各类装备实体及其作战行为进行组件化分解，明确每类组件的静态接口和动态交互机制；

(2-3)基于统一建模语言类图对模型框架的组成结构及模型框架接口关系进行规范化描述，并自动生成框架代码。

进一步，步骤(2-1)中，所搭建的任务级仿真模型框架包括对象，所述对象包括实体、组件、作战方、作战单元、战场空间场景、通信网络和环境对象，所述实体包括作战平台、武器实体、诱骗实体和设施实体，所述通信网络、环境对象分别与战场空间场景相连，所述作战单元与作战平台相连，所述作战平台分别与作战方、武器实体、诱骗实体相连，所述武器实体、诱骗实体、设施实体分别与作战方相连，所述作战方与战场空间场景相连；

所述对象用于描述战场空间中各类要素的抽象类，具有名字和唯一标识，具有状态，是仿真调度的基本单位，能够定义并调度自己的离散事件；能够通过仿真服务接口访问仿真平台提供的各类仿真服务；能够通过模型服务接口访问战场空间场景提供的各类模型服务；

所述实体为战场空间中具有独立时空特性的对象，能够单独机动；分为作战平台、武器实体、诱骗实体、设施实体四大类；

所述组件为不能单独机动的功能对象，搭载在不同类型实体上作为实体的功能组成发挥作用；

所述作战平台为战场空间中能够独立机动且在指战员操控下能够展示出理性自主作战行为的作战实体；作战平台上可搭载传感器、通信设备、武器系统不同类型的组件，为这些组件提供空间位置，并借助这些组件共同模拟作战平台的各种功能和行为；

所述武器实体为能够独立机动并对目标实体形成攻击以造成目标实体毁伤的一类实体；武器实体初始搭载在作战平台上，在作战平台的指令下发射并脱离作战平台独立机动；

所述作战单元用于描述各个层级的指挥所，聚合下级作战单元或作战平台并对其进行指挥控制；

所述作战方代表参与作战的方面，不同作战方之间是敌对、中立或联盟的关系；所有作战单元、作战平台、武器实体都由作战方来管理；

所述诱骗实体为通过欺骗手段掩护作战实体的实体，由作战平台发射，位于所掩护作战实体的周围，能独立机动或拖曳在发射实体上，在一段时间内具有与所掩护作战实体类似的机动行为和目标特性，为敌方传感器的跟踪与识别制造混淆，使敌方武器攻击错误的目标；诱骗实体的诱骗效果通过诱骗概率来体现，诱骗概率由交战级仿真试验给出；

所述战场设施为由某一作战方布设的战场设施，会影响到双方的作战行为；战场设施可作为敌方的战场目标予以瞄准与摧毁；战场设施通过环境服务来影响作战实体的作战行为；

所述战场空间场景负责管理并调度战场空间内隶属于不同作战方的各类对象以及环境对象，并实现各类模型服务供各个对象模型访问；

所述通信网络为对作战实体之间共享信息的各类通信网络的抽象描述，负责管理通信设备节点及其拓扑关系，体现信道通信能力，模拟消息传输过程；通信网络由战场空间场景负责管理；

所述环境对象为想定中建立的将会对实体作战行为产生影响的环境对象，包括地理位置、作战区域、气象云团；环境对象本身的状态可能发生改变，环境对象由战场空间场景来管理，通过环境服务提供给仿真模型使用。

进一步，步骤(2-2)中，在所述模型框架的的基础上，组件之间的接口形成层次化接口体系。

进一步，步骤(2-3)中，采用状态图对模型组件的模态行为进行规范化描述，采用统一建模语言类图对模型框架对象之间的交互关系进行描述，采用活动图对模型组件的接口行为进行图形化描述，并与代码一一对应，实现模型框架的模型驱动化描述。

进一步，步骤(3)中，建立基于共享对象的并行分布一体化仿真架构的方法如下：

(3-1)确定基于共享对象的模型自动分布机制；

(3-2)确定分布运行模式下的仿真时钟同步机制；

(3-3)确定基于实体的模型引擎并行调度执行算法。

进一步，步骤(3-1)中，共享对象的模型自动分布机制的实现基于三个模块：战场空间对象数据库、战场空间对象管理器、战场空间交互管理器；所述战场空间对象数据库负责管理战场空间场景内的各类需要在实体间共享的所有对象的上一仿真时刻的真实状态数据；战场空间对象数据库一方面作为战场空间对象数据库的全集供仿真引擎进行真实信息查询，另一方面用于各计算节点之间的分布式共享；

所述战场空间对象管理器是战场空间场景和战场空间对象数据库之间的桥梁，主要功能包括：1)管理战场空间内本地和异地各类对象的列表，一方面作为上一仿真时刻对象状态信息的查询接口，另一方面作为当前仿真时刻计算完成后进行所有对象状态更新的统一接口；2)作为对象之间交互实现的协调器：对于本地对象交互，直接回调其交互函数接口；对于异地对象交互，则通过战场空间对象管理器立即发送交互给异地对象所在的节点；

所述战场空间交互管理器只在分布仿真模式下启用，支持本地对象向位于异地节点的对象发送交互消息，由战场空间对象管理器根据需要调用，并接收来自分布式中间件发给本节点的交互，经由战场空间对象管理器转交给交互所属的对象处理。

进一步，步骤(3-2)中，每次仿真推进均设置两个同步点，第一个同步点是仿真引擎全局统一授时，各个节点的仿真线程开始遍历本节点上的实体进行时钟推进，在推进过程中如果涉及与位于异地节点上对象的交互，则立即通过战场空间对象管理器发送有关交互；每个节点的回调线程负责接收发给自己的交互并转交相关对象进行处理，从而修改本地对象的状态；第二次同步点是确保各个节点都完成了遍历和异地交互接收与处理，然后进入对象状态同步阶段，将战场空间对象管理器中所有本地修改同步到其它节点的战场空间对象管理器中；

时钟同步通过战场空间场景实例之间的同步来实现，并由主节点上的战场空间场景来负责；当从节点上的战场空间场景执行完当前步长后，通过远程过程调用向主节点汇报当前步长执行完成；主节点收集到所有节点的汇报后完成同步，向各个节点发送统一授时交互，各个节点开始当前步长的推进。

进一步，步骤(3-3)中，模型引擎的调度以实体为单位，采用固定基准步长推进与离散事件推进结合的方式，在每个步长内，首先遍历所有通信网络进行消息接收；其次遍历所有环境对象进行状态计算；然后遍历所有实体；然后实现对象状态同步，将对象状态同步至战场空间对象数据库，在分布模式下与其它节点进行同步；最后进行仿真时钟推进。

一种新型任务级作战仿真建模框架，包括对象，所述对象包括实体、组件、作战方、作战单元、战场空间场景、通信网络和环境对象，所述实体包括作战平台、武器实体、诱骗实体和设施实体，所述通信网络、环境对象分别与战场空间场景相连，所述作战单元与作战平台相连，所述作战平台分别与作战方、武器实体、诱骗实体相连，所述武器实体、诱骗实体、设施实体分别与作战方相连，所述作战方与战场空间场景相连；

所述对象用于描述战场空间中各类要素的抽象类，具有名字和唯一标识，具有状态，是仿真调度的基本单位，能够定义并调度自己的离散事件；能够通过仿真服务接口访问仿真平台提供的各类仿真服务；能够通过模型服务接口访问战场空间场景提供的各类模型服务；

所述实体为战场空间中具有独立时空特性的对象，能够单独机动；

所述组件为不能单独机动的功能对象，搭载在不同类型实体上作为实体的功能组成发挥作用；

所述作战平台为战场空间中能够独立机动且在指战员操控下能够展示出理性自主作战行为的作战实体；作战平台上可搭载传感器、通信设备、武器系统不同类型的组件，为这些组件提供空间位置，并借助这些组件共同模拟作战平台的各种功能和行为；

所述武器实体为能够独立机动并对目标实体形成攻击以造成目标实体毁伤的一类实体；武器实体初始搭载在作战平台上，在作战平台的指令下发射并脱离作战平台独立机动；

所述作战单元用于描述各个层级的指挥所，聚合下级作战单元或作战平台并对其进行指挥控制；

所述作战方代表参与作战的方面，不同作战方之间是敌对、中立或联盟的关系；所有作战单元、作战平台、武器实体都由作战方来管理；

所述诱骗实体为通过欺骗手段掩护作战实体的实体，由作战平台发射，位于所掩护作战实体的周围，能独立机动或拖曳在发射实体上，在一段时间内具有与所掩护作战实体类似的机动行为和目标特性，为敌方传感器的跟踪与识别制造混淆，使敌方武器攻击错误的目标；诱骗实体的诱骗效果通过诱骗概率来体现，诱骗概率由交战级仿真试验给出；

所述战场设施为由某一作战方布设的战场设施，会影响到双方的作战行为；战场设施可作为敌方的战场目标予以瞄准与摧毁；战场设施通过环境服务来影响作战实体的作战行为；

所述战场空间场景负责管理并调度战场空间内隶属于不同作战方的各类对象以及环境对象，并实现各类模型服务供各个对象模型访问；

所述通信网络为对作战实体之间共享信息的各类通信网络的抽象描述，负责管理通信设备节点及其拓扑关系，体现信道通信能力，模拟消息传输过程；通信网络由战场空间场景负责管理；

所述环境对象为想定中建立的将会对实体作战行为产生影响的环境对象，包括地理位置、作战区域、气象云团；环境对象本身的状态可能发生改变，环境对象由战场空间场景来管理，通过环境服务提供给仿真模型使用。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明提供的任务级作战仿真建模方法，明晰了任务级与交战级的区分与支撑关系，确立了任务级作战仿真的总体模型颗粒度，为建设可持续发展的任务级作战仿真系统奠定了基础。

(2)本发明提供的任务级作战仿真建模方法，综合考虑联合作战条件下的各类装备体系作战效能评估应用需求，采用组件化建模技术搭建了通用化可扩展的任务级组合仿真建模框架，能够实现各类任务级作战仿真应用的快速组合式构建，支持统一的任务级作战仿真可重用模型库的构建。

(3)本发明提供的任务级作战仿真建模方法，综合运用UML 类图、状态图、序列图、活动图等图形化、驱动化建模技术，支持任务级作战仿真模型的模型驱动化构建，提高了仿真模型的可维护性和任务级作战仿真系统的可演化性。

(4)本发明提供的任务级作战仿真建模方法，基于分布共享对象技术，支持建模与仿真的完全解耦，实现仿真运行模式对于仿真模型完全透明，自动支持并行、分布与实时等各种运行模式，真正实现一次建模，按需运行，使得建模人员可以只专注建模工作。

附图说明

图1是本发明实施例提供的任务级仿真模型框架的结构。

图2是本发明实施例提供的组件模型框架。

图3是本发明实施例提供的作战平台模型框架。

图4是本发明实施例提供的装备模型接口层次。

图5是本发明实施例提供的模型服务接口。

图6是本发明实施例提供的仿真服务接口。

图7是本发明实施例提供的分布共享总体架构。

图8是本发明实施例提供的分布节点间状态同步机制。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。

本实施例方法包括以下步骤：

(1)确定交战级支持下的任务级仿真模型粒度；

首先明确交战级和任务级的功能定位。交战级仿真主要回答武器装备的作战效能问题，并向任务级提供装备基础作战效能数据，包括不同条件下的发现距离、识别概率、诱骗概率、杀伤概率、干扰距离、命中精度、毁伤半径等，一般以裁决表的方式表示；任务级仿真主要考察装备体系遂行联合作战任务的作战效能，在此基础上研究分析装备体系面对各类作战任务需求存在的能力短板。任务级仿真每个模型在设计上都明确给出所需的交战级效能数据或数据表格，并确保有关的交战级仿真系统能够支持，在使用时直接根据有关交战态势条件直接查表。

其次，基于作战节点信息流来确定模型交互框架。任务级建模重点是体系作战效能，因此构成体系的各个节点之间的信息流是影响体系效能的关键，模型抽象时要保留各个作战节点之间的信息流动，以便支持在此基础上对指挥控制架构、兵力协同关系、电磁环境效应、网络通信传输等对任务作战效能的影响。每个作战节点内部的结构和行为则在交战级支持下尽可能予以简化。其中同一实体内部不同组件之间的信息交互以及实体与作战环境之间的交互采用直接接口调用的方式；同一作战方不同实体之间的信息流主要通过网络通信完成；不同作战方实体之间的交互则分为感知、毁伤、干扰三类进行建模。

第三，基于基准步长来确定各类武器装备的时空特性模型粒度。以往任务级仿真和交战级没有拉开层次的原因之一是某些装备领域的建模人员“舍不得”对自研装备模型进行简化，导致有关的模型颗粒度普遍偏细。本方法在设计上首先明确将任务级的仿真基准步长确定为1秒，所有1秒内的活动统统予以抽象，例如雷达扫描过程、武器制导过程、航迹遭遇过程、火炮飞行过程等均放在交战级作战仿真模拟，直接向任务级提供仿真结果，并不会影响任务级建模的有效性。对于1秒以上的活动，则以保留实体时空特性为原则，重在支持协同、电抗、通信等体系层作战关系的建立，只要不影响这些关系建立的环节(例如细粒度的动力学模拟、不存在通信电抗影响的非制导弹药飞行过程、作战单元内的局部保障过程等)都予以抽象简化。

(2)建立模型驱动的任务级仿真模型框架；

首先，采取以模型框架为核心的建模思路。面向任务级各类仿真应用需求进行模型框架抽象，搭建通用化的任务级仿真模型框架。所建立的任务级仿真模型框架的基本建模概念包括：对象、实体、组件、作战方、作战平台、作战单元、武器实体、诱骗实体、设施实体、战场空间场景、通信网络、环境对象等12个，对象包括实体、组件、作战方、作战单元、战场空间场景、通信网络和环境对象，实体包括作战平台、武器实体、诱骗实体和设施实体，通信网络、环境对象分别与战场空间场景相连，作战单元与作战平台相连，作战平台分别与作战方、武器实体、诱骗实体相连，武器实体、诱骗实体、设施实体分别与作战方相连，作战方与战场空间场景相连；具体描述见下表。

其中对象是所有其余11个概念的共性抽象；实体是作战平台、武器实体、设施实体、诱骗实体的共性抽象；作战单元是一类特殊的作战平台。组件可以搭载在各类实体上，又可以细分为侦察感知、平台机动、武器系统、信息对抗、信息处理、通信设备、综合保障、作战行为等8类组件，每类组件继续细分为不同的组件子类，直至可以实例化部署的组件类。任务级仿真模型框架的顶层结构如图1所示，组件模型类型细分如图2所示，组件包括平台机动、传感器、信息处理、作战行为、通信设备、武器系统、信息对抗和综合保障。

作战平台模型框架如图3所示，作战平台包括平台机动、传感器、导引头、武器系统、通信设备、综合保障、信息对抗、信息处理和作战行为。仿真模型框架涉及装备模型、作战模型、模型服务和仿真服务等各类建模要素。

其次，采取组件化建模技术进行模型框架设计。将模型框架需要支持的各类装备实体及其作战行为进行组件化分解，具体将模型框架涉及的装备模型、作战模型、模型服务和仿真服务等各类建模要素进行组件化分解，明确每类组件的静态接口和动态交互机制。在上述模型框架的基础上，组件之间的接口形成层次化接口体系，见图4-图6。

第三，采取模型驱动的方法进行模型框架描述。基于统一建模语言(UML)类图对模型框架的组成结构及其接口关系进行规范化描述(见图1-图6)，并自动生成框架代码，既简化模型框架的开发工作，又始终维护模型框架的图形化表示，便于需要不断开展的模型框架维护修改工作；在此基础上，采用状态图对模型组件的模态行为进行规范化描述，采用统一建模语言类图对模型框架对象之间的交互关系进行描述，采用活动图对模型组件的接口行为进行图形化描述，并做到与代码一一对应，实现模型框架的模型驱动化描述，便于模型框架的维护工作。

(3)建立基于共享对象的并行分布一体化仿真架构；

(3-1)确定基于共享对象的模型自动分布机制；

共享对象是一种基于缓冲的分布式对象编程技术，在每个计算节点都维护所有相关对象的本地状态，能够实现对象之间的解耦，使得对象的使用者不用考虑对象是在本地还是在异地，统一采用直接调用的方式进行交互，有关的状态同步和交互发送都屏蔽在后台，极大地简化了建模工作。在此基础上，进一步以作战平台为单位进行计算任务分解，这样确保了作战平台内各组件之间始终是本地交互，不用考虑组件层的模型分布问题。对象状态共享主要发生在不同对抗方实体之间，同一作战方内部的实体间交互统一采用通信方式，基于通信设备和通信网络进行传输建模。

共享对象的模型自动分布机制的实现基于三个模块：战场空间对象数据库、战场空间对象管理器、战场空间交互管理器。战场空间对象数据库(简称BSODatabase)负责管理战场空间场景内的各类需要在实体间共享的所有对象的上一仿真时刻的真实状态数据(在分布式运行模式下还包括在异地计算的对象的数据)。战场空间对象数据库一方面作为战场空间对象数据库的全集供仿真引擎进行真实信息查询，另一方面用于各计算节点之间的分布式共享。战场空间对象管理器(简称 BSOManager)是战场空间场景和战场空间对象数据库之间的桥梁，主要功能包括：1)管理战场空间内本地和异地各类对象的列表，一方面作为上一仿真时刻对象状态信息的查询接口，另一方面作为当前仿真时刻计算完成后进行所有对象状态更新的统一接口。2)作为对象之间交互实现的协调器：对于本地对象交互，直接回调其交互函数接口；对于异地对象交互，则通过战场空间对象管理器立即发送交互给异地对象所在的节点。战场空间交互管理器(简称BSIManager)只在分布仿真模式下启用，支持本地对象向位于异地节点的对象发送交互消息，由战场空间对象管理器根据需要调用，并接收来自分布式中间件发给本节点的交互，经由战场空间对象管理器转交给交互所属的对象处理。基于共享对象的模型自动分布机制的总体架构如图7 所示。分布式中间件为当任务级作战仿真系统运行在分布模式下时，底层采用的支持分布于多个计算节点上的仿真系统实例之间进行交互通信的基础软件。

(3-2)确定分布运行模式下的仿真时钟同步机制；

多个任务级作战仿真系统分布式计算节点之间的仿真时钟同步机制如图8所示。其中每次仿真推进均设置两个同步点，第一个同步点是仿真引擎全局统一授时，各个节点的仿真线程开始遍历本节点上的实体进行时钟推进，在推进过程中如果涉及与位于异地节点上对象的交互，则立即通过战场空间对象管理器发送有关交互。每个节点的回调线程负责接收发给自己的交互并转交相关对象进行处理，从而修改本地对象的状态。第二次同步点是确保各个节点都完成了遍历和异地交互接收与处理，然后进入对象状态同步阶段，将战场空间对象管理器中所有本地修改同步到其它节点的战场空间对象管理器中。

时钟同步通过战场空间场景实例之间的同步来实现，并由主节点上的战场空间场景来负责。当从节点上的战场空间场景执行完当前步长后，通过远程过程调用向主节点汇报当前步长执行完成；主节点收集到所有节点的汇报后完成同步，向各个节点发送统一授时交互，各个节点开始当前步长的推进。

(3-3)确定基于实体的模型引擎并行调度执行算法；

基于共享对象实际上解耦了不同实体之间的交互，也就是在同一仿真时刻，每个实体对其它实体的状态访问都是基于上一时刻的缓存。这样在同一计算节点上，可以进行实体级并行计算以充分利用高性能计算机的多核计算能力加速仿真运行。

模型引擎的调度以实体为单位，采用固定基准步长推进与离散事件推进结合的方式，基本的调度流程如下所示。在每个步长内，首先遍历所有通信网络进行消息接收；其次遍历所有环境对象进行状态计算；第三步遍历所有实体，由于所有实体的计算都是基于上一时刻其它对象的状态，因此实体之间因果关系已经解耦，这一步可以采用多核并行计算机制加速仿真运行；第四步是实现对象状态同步，将对象状态同步至战场空间对象数据库，在分布模式下还要与其它节点进行同步；第五步进行仿真时钟推进。其中每个Foreach环节都可以分解到多核上并行执行。

本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (11)

1.一种新型任务级作战仿真建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)确定交战级支持下的任务级仿真模型粒度；

(2)建立模型驱动的任务级仿真模型框架；

(3)建立基于共享对象的并行分布一体化仿真架构。

2.如权利要求1所述的新型任务级作战仿真建模方法，其特征在于：步骤(1)中，确定交战级支持下的任务级仿真模型粒度的方法如下：

(1-1)明确交战级和任务级的功能定位：交战级仿真回答武器装备的作战效能问题，并向任务级提供装备基础作战效能数据，包括不同条件下的发现距离、识别概率、诱骗概率、杀伤概率、干扰距离、命中精度、毁伤半径，以裁决表的方式表示；任务级仿真考察装备体系遂行联合作战任务的作战效能，研究分析装备体系面对各类作战任务需求存在的能力短板；

(1-2)基于作战节点信息流来确定模型交互框架：模型抽象时保留各个作战节点之间的信息流动，每个作战节点内部的结构和行为则在交战级支持下予以简化，其中同一实体内部不同组件之间的信息交互以及实体与作战环境之间的交互采用直接接口调用的方式；同一作战方不同实体之间的信息流通过网络通信完成；不同作战方实体之间的交互分为感知、毁伤、干扰三类进行建模；

(1-3)基于基准步长来确定各类武器装备的时空特性模型粒度：明确将任务级的仿真基准步长确定为1秒，所有1秒内的活动统统予以抽象；对于1秒以上的活动，保留实体时空特性以支持协同、电抗、通信体系层作战关系的建立；对于不影响细粒度的动力学模拟、不存在通信电抗影响的非制导弹药飞行过程、作战单元内的局部保障过程这些关系建立的环节，予以抽象简化。

3.如权利要求1所述的新型任务级作战仿真建模方法，其特征在于：步骤(2)中，建立模型驱动的任务级仿真模型框架的方法如下：

(2-1)面向任务级各类仿真应用需求进行模型框架抽象，搭建任务级仿真模型框架；

(2-2)将模型框架需要支持的各类装备实体及其作战行为进行组件化分解，明确每类组件的静态接口和动态交互机制；

(2-3)基于统一建模语言类图对模型框架的组成结构及模型框架接口关系进行规范化描述，并自动生成框架代码。

4.如权利要求1所述的新型任务级作战仿真建模方法，其特征在于：步骤(2-1)中，所搭建的任务级仿真模型框架包括对象，所述对象包括实体、组件、作战方、作战单元、战场空间场景、通信网络和环境对象，所述实体包括作战平台、武器实体、诱骗实体和设施实体，所述通信网络、环境对象分别与战场空间场景相连，所述作战单元与作战平台相连，所述作战平台分别与作战方、武器实体、诱骗实体相连，所述武器实体、诱骗实体、设施实体分别与作战方相连，所述作战方与战场空间场景相连；

所述对象用于描述战场空间中各类要素的抽象类，具有名字和唯一标识，具有状态，是仿真调度的基本单位，能够定义并调度自己的离散事件；能够通过仿真服务接口访问仿真平台提供的各类仿真服务；能够通过模型服务接口访问战场空间场景提供的各类模型服务；

所述实体为战场空间中具有独立时空特性的对象，能够单独机动；分为作战平台、武器实体、诱骗实体、设施实体四大类；

所述组件为不能单独机动的功能对象，搭载在不同类型实体上作为实体的功能组成发挥作用；

所述作战平台为战场空间中能够独立机动且在指战员操控下能够展示出理性自主作战行为的作战实体；作战平台上可搭载传感器、通信设备、武器系统不同类型的组件，为这些组件提供空间位置，并借助这些组件共同模拟作战平台的各种功能和行为；

所述武器实体为能够独立机动并对目标实体形成攻击以造成目标实体毁伤的一类实体；武器实体初始搭载在作战平台上，在作战平台的指令下发射并脱离作战平台独立机动；

所述作战单元用于描述各个层级的指挥所，聚合下级作战单元或作战平台并对其进行指挥控制；

所述作战方代表参与作战的方面，不同作战方之间是敌对、中立或联盟的关系；所有作战单元、作战平台、武器实体都由作战方来管理；

所述诱骗实体为通过欺骗手段掩护作战实体的实体，由作战平台发射，位于所掩护作战实体的周围，能独立机动或拖曳在发射实体上，在一段时间内具有与所掩护作战实体类似的机动行为和目标特性，为敌方传感器的跟踪与识别制造混淆，使敌方武器攻击错误的目标；诱骗实体的诱骗效果通过诱骗概率来体现，诱骗概率由交战级仿真试验给出；

所述战场设施为由某一作战方布设的战场设施，会影响到双方的作战行为；战场设施可作为敌方的战场目标予以瞄准与摧毁；战场设施通过环境服务来影响作战实体的作战行为；

所述战场空间场景负责管理并调度战场空间内隶属于不同作战方的各类对象以及环境对象，并实现各类模型服务供各个对象模型访问；

所述通信网络为对作战实体之间共享信息的各类通信网络的抽象描述，负责管理通信设备节点及其拓扑关系，体现信道通信能力，模拟消息传输过程；通信网络由战场空间场景负责管理；

所述环境对象为想定中建立的将会对实体作战行为产生影响的环境对象，包括地理位置、作战区域、气象云团；环境对象本身的状态可能发生改变，环境对象由战场空间场景来管理，通过环境服务提供给仿真模型使用。

5.如权利要求1所述的新型任务级作战仿真建模方法，其特征在于：步骤(2-2)中，在所述模型框架的的基础上，组件之间的接口形成层次化接口体系。

6.如权利要求1所述的新型任务级作战仿真建模方法，其特征在于：步骤(2-3)中，采用状态图对模型组件的模态行为进行规范化描述，采用统一建模语言类图对模型框架对象之间的交互关系进行描述，采用活动图对模型组件的接口行为进行图形化描述，并与代码一一对应，实现模型框架的模型驱动化描述。

7.如权利要求1所述的新型任务级作战仿真建模方法，其特征在于：步骤(3)中，建立基于共享对象的并行分布一体化仿真架构的方法如下：

(3-1)确定基于共享对象的模型自动分布机制；

(3-2)确定分布运行模式下的仿真时钟同步机制；

(3-3)确定基于实体的模型引擎并行调度执行算法。

8.如权利要求1所述的新型任务级作战仿真建模方法，其特征在于：步骤(3-1)中，共享对象的模型自动分布机制的实现基于三个模块：战场空间对象数据库、战场空间对象管理器、战场空间交互管理器；所述战场空间对象数据库负责管理战场空间场景内的各类需要在实体间共享的所有对象的上一仿真时刻的真实状态数据；战场空间对象数据库一方面作为战场空间对象数据库的全集供仿真引擎进行真实信息查询，另一方面用于各计算节点之间的分布式共享；

所述战场空间对象管理器是战场空间场景和战场空间对象数据库之间的桥梁，主要功能包括：1)管理战场空间内本地和异地各类对象的列表，一方面作为上一仿真时刻对象状态信息的查询接口，另一方面作为当前仿真时刻计算完成后进行所有对象状态更新的统一接口；2)作为对象之间交互实现的协调器：对于本地对象交互，直接回调其交互函数接口；对于异地对象交互，则通过战场空间对象管理器立即发送交互给异地对象所在的节点；

所述战场空间交互管理器只在分布仿真模式下启用，支持本地对象向位于异地节点的对象发送交互消息，由战场空间对象管理器根据需要调用，并接收来自分布式中间件发给本节点的交互，经由战场空间对象管理器转交给交互所属的对象处理。

9.如权利要求8所述的新型任务级作战仿真建模方法，其特征在于：步骤(3-2)中，每次仿真推进均设置两个同步点，第一个同步点是仿真引擎全局统一授时，各个节点的仿真线程开始遍历本节点上的实体进行时钟推进，在推进过程中如果涉及与位于异地节点上对象的交互，则立即通过战场空间对象管理器发送有关交互；每个节点的回调线程负责接收发给自己的交互并转交相关对象进行处理，从而修改本地对象的状态；第二次同步点是确保各个节点都完成了遍历和异地交互接收与处理，然后进入对象状态同步阶段，将战场空间对象管理器中所有本地修改同步到其它节点的战场空间对象管理器中；

时钟同步通过战场空间场景实例之间的同步来实现，并由主节点上的战场空间场景来负责；当从节点上的战场空间场景执行完当前步长后，通过远程过程调用向主节点汇报当前步长执行完成；主节点收集到所有节点的汇报后完成同步，向各个节点发送统一授时交互，各个节点开始当前步长的推进。

10.如权利要求8所述的新型任务级作战仿真建模方法，其特征在于：步骤(3-3)中，模型引擎的调度以实体为单位，采用固定基准步长推进与离散事件推进结合的方式，在每个步长内，首先遍历所有通信网络进行消息接收；其次遍历所有环境对象进行状态计算；然后遍历所有实体；然后实现对象状态同步，将对象状态同步至战场空间对象数据库，在分布模式下与其它节点进行同步；最后进行仿真时钟推进。

11.一种新型任务级作战仿真建模框架，其特征在于：包括对象，所述对象包括实体、组件、作战方、作战单元、战场空间场景、通信网络和环境对象，所述实体包括作战平台、武器实体、诱骗实体和设施实体，所述通信网络、环境对象分别与战场空间场景相连，所述作战单元与作战平台相连，所述作战平台分别与作战方、武器实体、诱骗实体相连，所述武器实体、诱骗实体、设施实体分别与作战方相连，所述作战方与战场空间场景相连；

所述对象用于描述战场空间中各类要素的抽象类，具有名字和唯一标识，具有状态，是仿真调度的基本单位，能够定义并调度自己的离散事件；能够通过仿真服务接口访问仿真平台提供的各类仿真服务；能够通过模型服务接口访问战场空间场景提供的各类模型服务；

所述实体为战场空间中具有独立时空特性的对象，能够单独机动；

所述组件为不能单独机动的功能对象，搭载在不同类型实体上作为实体的功能组成发挥作用；

所述作战平台为战场空间中能够独立机动且在指战员操控下能够展示出理性自主作战行为的作战实体；作战平台上可搭载传感器、通信设备、武器系统不同类型的组件，为这些组件提供空间位置，并借助这些组件共同模拟作战平台的各种功能和行为；

所述武器实体为能够独立机动并对目标实体形成攻击以造成目标实体毁伤的一类实体；武器实体初始搭载在作战平台上，在作战平台的指令下发射并脱离作战平台独立机动；

所述作战单元用于描述各个层级的指挥所，聚合下级作战单元或作战平台并对其进行指挥控制；

所述作战方代表参与作战的方面，不同作战方之间是敌对、中立或联盟的关系；所有作战单元、作战平台、武器实体都由作战方来管理；

所述诱骗实体为通过欺骗手段掩护作战实体的实体，由作战平台发射，位于所掩护作战实体的周围，能独立机动或拖曳在发射实体上，在一段时间内具有与所掩护作战实体类似的机动行为和目标特性，为敌方传感器的跟踪与识别制造混淆，使敌方武器攻击错误的目标；诱骗实体的诱骗效果通过诱骗概率来体现，诱骗概率由交战级仿真试验给出；

所述战场设施为由某一作战方布设的战场设施，会影响到双方的作战行为；战场设施可作为敌方的战场目标予以瞄准与摧毁；战场设施通过环境服务来影响作战实体的作战行为；

所述战场空间场景负责管理并调度战场空间内隶属于不同作战方的各类对象以及环境对象，并实现各类模型服务供各个对象模型访问；

所述通信网络为对作战实体之间共享信息的各类通信网络的抽象描述，负责管理通信设备节点及其拓扑关系，体现信道通信能力，模拟消息传输过程；通信网络由战场空间场景负责管理；

所述环境对象为想定中建立的将会对实体作战行为产生影响的环境对象，包括地理位置、作战区域、气象云团；环境对象本身的状态可能发生改变，环境对象由战场空间场景来管理，通过环境服务提供给仿真模型使用。

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