本发明主要属于分布式作战仿真领领域，具体涉及一种攻击无人机编队的作战模拟训练系统及方法。
背景技术：
攻击无人机是用于军事打击的一类无人机，可携带多种精确制导武器，对地面、海上目标实施攻击，或装备空空导弹进行空战，还可以进行反导拦截。由于携带同时侦察设备和作战单元，能够对发现的重要目标进行实时打击，兼具察打一体功能，且可大幅降低作战人员伤亡，故已成为各军事强国大力发展的一种武器装备。
攻击无人机在执行战斗任务时，为提高作战效能，往往能够采用编队飞行，不仅有利于形成侦、指、打、评的作战闭环，也有利于对多个目标实施有效打击。
攻击无人机是一种复杂且昂贵的武器系统，无人机编队一次实飞更是代价不菲，这对作战人员的战术协同训练、作战方案筹划验证和装备适应性改进与优化都带来了极大挑战。因此急需一种有效的方法手段来解决上述关于日常训练、战法验证和装备改进的问题，并同时降低成本、规避风险。
随着建模仿真技术的发展，通过构建作战模拟训练系统的方式无疑为此类问题的解决提供了有益思路，但是目前并没有一种较为通用也相对完善的设计方案，达不到实战化演练的基本要求。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种攻击无人机编队的作战模拟训练方法，既体现出实战化特征，又满足基本应用需求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种作战模拟训练系统，所述系统为攻击无人机编队的作战模拟训练系统，适用于攻击无人机编队的战术协同训练、作战方案推演、装备改进优化；
从物理结构组成上，所述系统为基于hla/rti的分布式仿真系统，包括无人机及发射平台仿真节点、无人机编队指挥节点、地面规划控制节点、友邻兵力仿真节点、敌方兵力仿真节点、战术通信仿真节点、态势显示节点、训练管控节点和数据记录分析节点，各个节点通过以太网连接。
进一步地，所述无人机及发射平台仿真节点用于模拟攻击无人机编队的发射与飞行过程，并在对应的地面规划控制节点的操控下于作战场景中完成目标侦察和精确攻击仿真；
所述无人机编队指挥节点用于模拟实现攻击无人机编队的战术指挥；
所述地面规划控制节点用于模拟实现无人机编队的航迹协同规划、飞行实时操控、目标检测识别、火力分配决策、目标锁定攻击，包括多个人在回路节点，且采用实装软件界面；
所述友邻兵力仿真节点用于模拟实现友邻兵力的作战行动，以配合无人机编队构成一个相对完整的己方作战场景；
所述敌方兵力仿真节点用于模拟实现敌方各类典型目标及其作战行动；
所述战术通信仿真节点用于模拟编队无人机之间以及无人机编队与地面规划控制站之间的通信网络，能够仿真实现网络中的信息传输流程与通信质量；
所述态势显示节点用于提供二维/三维综合战场环境显示，并真实反映战场环境对武器装备作战行为和作战效果的影响以及武器装备对战场环境的作用；
所述训练管控节点用于训练前的训练计划制定、训练科目拟制、系统节点配置、数据采集规划，以及训练中的训练科目分发、训练启动与结束控制、上级角色模拟、训练过程监控、训练导调干预；
所述数据记录分析节点用于关键数据的记录和收集，显示作战进程重要信息，并根据训练评估指标分析计算得到指标值。
进一步地，所述无人机编队指挥节点模拟实现的所述战术指挥包括：下达作战任务、进行敌情通报、打击评估决策；所述无人机编队指挥节点为人在回路节点。
进一步地，所述无人机及发射平台仿真节点能够根据训练管控节点设定的初始态势，将各无人机发射车实体自动部署到指定位置并初始化弹药信息；各发射车实体能够根据所述无人机编队指挥节点的指令自动完成机动、展开、待命、发射动作；发射车实体能够接收对应地面规划控制节点的攻击无人机航迹规划结果，以及指挥节点的发射指令，完成发射准备、参数装订和无人机发射，并适时产生攻击无人机仿真实体；攻击无人机实体根据射前航迹规划结果进行控制飞行，并在飞行过程中进行实时的航迹解算，将解算后的速度、位置和姿态信息发送到训练管控节点、地面规划控制节点和态势显示节点以供显示分析，并将侦察到的图像信息传输至地面规划控制节点供操作员查看；攻击无人机实体在飞行过程中可接收地面规划控制节点的新任务指令，改变飞行路径、任务区域和工作模式；攻击无人机实体可根据地面规划控制节点的导引攻击操作，对锁定目标进行精确打击；攻击无人机编队各实体可通过弹间数据链完成数据中继(如攻击无人机实体1将侦察信息通过攻击无人机实体2发送至地面规划控制节点)和目标指示(如攻击无人机实体1可为攻击无人机实体2提供运动目标的实时信息)。
进一步地，战术通信仿真节点通过构建空地双向数据链，模拟实现地面规划控制站对攻击无人机的目标信息、规划航迹、控制指令等传输，以及攻击无人机对规划控制站的侦察图像和目标状态等信息的传输；构建机间双向数据链，实现编队数据中继、协同指令传输机间信息交互功能；模拟实现网络拓扑结构、网络容量、背景流量、节点移动性、节点毁伤、电子干扰、战场环境、业务信息因素对通信性能的影响。
进一步地，所述态势显示节点具有二维态势显示功能，能够显示二维地图，并能够叠加显示局部地区的大比例尺地图，实时显示各实体的真实位置和状态；
所述态势显示节点还具有三维视景显示功能，构建虚拟战场地形场景，逼真显示自然地貌和各类仿真实体，具有碰撞检测和响应机制，可以检测到弹药意外撞击地面、命中目标情况，实时模拟战斗部起爆时的声光效果，显示导弹传感器的覆盖范围、通信联络效果，并能够根据需求提供对整个战场环境的漫游遍历功能，以根据兴趣漫游到所关注的区域，并选择合适的视角观察战况。
进一步地，所述系统各节点之间存在大量通过物理网络传输的信息流；所述信息流包括各种有效数据和控制信息，所述有效数据包括侦察情报数据、毁伤效果数据、电子干扰数据信息、实时状态数据、通信效果数据、通信请求数据、初始态势数据，所述控制信息包括无人机航迹规划信息、控制指令信息、指挥命令信息、训练管控信息。
进一步地，所述作战模拟训练系统构建了包括环境仿真模型、仿真实体模型和军事概念模型在内的作战模型体系，这些模型由各仿真节点选择调用；
所述环境仿真模型包括地理环境模型、气象环境模型以及人工战场环境模型，为仿真对抗双方提供一致的战场环境数据，并为模拟战场环境与武器装备作战行动、作战效果间的相互影响提供计算分析、数据支持和交互接口；
所述仿真实体模型用于标识战场上作战实体及所述作战实体的基本组成与状态，并描述所述作战实体的性能和光学、红外、雷达辐射特征。
所述军事概念模型用于描述实体在遂行作战任务时所采取的动作和触发条件/触发原则以及与外界环境的交互关系，并基于模型算法以定量的方式来自动评估军事行动完成的效果。
一种攻击无人机编队的作战模拟训练方法，所述方法采用所述系统，所述方法包括以下步骤：
(1)根据作战想定，进行所述作战模拟训练系统各种参数的初始化设置；
(2)设置战场环境，确定基准地图、天气条件、地形精度和坐标；
(3)设置敌方兵力的类型、数量、分布、初始状态、行动预案；
(4)设置友邻兵力的类型、数量、分布、初始状态、行动预案；
(5)设置攻击无人机编队的数量和武器参数；
(6)设置攻击无人机编队的通信链路及相关参数；
(7)开始模拟训练，完成训练内容；
(8)训练结束，通过数据记录分析节点进行分析、回放、统计、评估。
本发明的有益技术效果：
本发明所提出的一种攻击无人机编队的作战模拟训练系统及方法，以基于hla/rti的分布式仿真为基础，可以作为攻击无人机编队作战模拟训练系统开发和使用的指导依据，以此开发的系统在攻击无人机编队的战术协同训练、作战方案推演、装备改进优化等方面具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例中所述攻击无人机编队作战模拟训练系统体系架构图。
图2是本发明实施例中攻击无人机编队作战模拟训练系统物理组成节点图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
本实施例提供一种作战模拟训练系统，所述系统为攻击无人机编队的作战模拟训练系统，适用于攻击无人机编队的战术协同训练、作战方案推演、装备改进优化；
如图2所示，从物理结构组成上，所述系统为基于hla/rti的分布式仿真系统，包括无人机及发射平台仿真节点、无人机编队指挥节点、地面规划控制节点、友邻兵力仿真节点、敌方兵力仿真节点、战术通信仿真节点、态势显示节点、训练管控节点和数据记录分析节点，各个节点通过以太网连接。
所述无人机及发射平台仿真节点用于模拟攻击无人机编队的发射与飞行过程，并在对应的地面规划控制节点的操控下于作战场景中完成目标侦察和精确攻击仿真；具体包括：根据训练管控节点设定的初始态势，各无人机发射车实体自动部署到指定位置并初始化弹药信息(弹种和数量)；各发射车实体可根据无人机编队指挥节点的指令自动完成机动、展开、待命、发射等动作；发射车实体可接收对应地面规划控制节点的攻击无人机航迹规划结果，以及指挥节点的发射指令，完成发射准备、参数装订和无人机发射，并适时产生攻击无人机仿真实体；攻击无人机实体根据射前航迹规划结果进行控制飞行，并在飞行过程中进行实时的航迹解算，将解算后的速度、位置和姿态信息发送到训练管控节点、地面规划控制节点和态势显示节点以供显示分析，并将侦察到的图像信息传输至地面规划控制节点供操作员查看；攻击无人机实体在飞行过程中可接收地面规划控制节点的新任务指令，改变飞行路径、任务区域和工作模式；攻击无人机实体可根据地面规划控制节点的导引攻击操作，对锁定目标进行精确打击；攻击无人机编队各实体可通过弹间数据链完成数据中继(如攻击无人机实体1将侦察信息通过攻击无人机实体2发送至地面规划控制节点)和目标指示(如攻击无人机实体1可为攻击无人机实体2提供运动目标的实时信息)。
所述无人机编队指挥节点用于模拟实现攻击无人机编队的战术指挥；包括下达作战任务、进行敌情通报、打击评估决策等，为“人在回路”节点。其中，人在回路，是指系统运行过程中需要人进行干预操作。
所述地面规划控制节点用于模拟实现无人机编队的航迹协同规划、飞行实时操控、目标检测识别、火力分配决策、目标锁定攻击。通常包括多个“人在回路”节点，且采用实装软件界面。
所述友邻兵力仿真节点用于模拟实现友邻兵力的作战行动，以配合无人机编队构成一个相对完整的己方作战场景；如远程火箭炮在攻击无人机引导下对敌方集结目标实施火力打击，具体包括：根据训练管控节点设定的初始态势，友邻兵力仿真实体可自动部署到指定位置，并初始化资源信息(如弹药和油料)；可根据训练管控节点或自身人机交互界面的设置和操作实现友邻兵力仿真实体的机动、展开、侦察、打击、干扰等作战行动。
所述敌方兵力仿真节点用于模拟实现敌方各类典型目标及其作战行动；如装甲/火炮分队、防空导弹系统、指挥所、雷达站、电子对抗装备等，具体包括：根据训练管控节点设定的初始态势，敌方兵力仿真实体可自动部署到指定位置，并初始化资源信息(如弹药和油料)；可根据训练管控节点或自身人机交互界面的设置和操作实现敌方兵力仿真实体的机动、展开、侦察、打击、干扰等作战行动。
所述战术通信仿真节点用于模拟编队无人机之间以及无人机编队与地面规划控制站之间的通信网络，能够仿真实现网络中的信息传输流程与通信质量；具体包括：构建空地双向数据链，模拟实现地面规划控制站对攻击无人机的目标信息、规划航迹、控制指令等传输，以及攻击无人机对规划控制站的侦察图像和目标状态等信息的传输；构建机间双向数据链，实现编队数据中继、协同指令传输等机间信息交互功能；模拟实现网络拓扑结构、网络容量、背景流量、节点移动性、节点毁伤、电子干扰、战场环境、业务信息等因素对通信性能的影响。
所述态势显示节点用于提供二维/三维综合战场环境显示，并真实反映战场环境对武器装备作战行为和作战效果的影响以及武器装备对战场环境的作用；具体包括：二维态势显示功能，可显示二维地图，并可叠加显示局部地区的大比例尺地图，实时显示各实体的真实位置和状态；三维视景显示功能，构建虚拟战场地形场景，逼真显示自然地貌和各类仿真实体(不要求整个三维地形场景都具有很高的分辨率，但是“热点地区”，特别是目标区域应该具有较高分辨率)，具有碰撞检测和响应机制，可以检测到弹药意外撞击地面、命中目标等情况，实时模拟战斗部起爆时的声光效果，显示导弹传感器的覆盖范围、通信联络效果等，并可根据需求提供对整个战场环境的漫游遍历功能，以根据兴趣漫游到所关注的区域，并选择合适的视角观察战况。
所述训练管控节点用于训练前的训练计划制定、训练科目拟制、系统节点配置、数据采集规划，以及训练中的训练科目分发、训练启动与结束控制、上级角色模拟、训练过程监控、训练导调干预；
所述数据记录分析节点用于关键数据的记录和收集，显示作战进程重要信息，并根据训练评估指标分析计算得到指标值。
所述系统各节点之间存在大量通过物理网络传输的信息流；所述信息流包括各种有效数据和控制信息，所述有效数据包括侦察情报数据、毁伤效果数据、电子干扰数据信息、实时状态数据、通信效果数据、通信请求数据、初始态势数据，所述控制信息包括无人机航迹规划信息、控制指令信息、指挥命令信息、训练管控信息。
表1给出了作战模拟训练系统中存在的主要信息类别以及各类信息在各节点间的流向。
表1
表1中，各数字标号所代表的信息类别描述如下：
①无人机航迹规划信息：是指地面规划控制节点根据目标信息对攻击无人机进行航迹规划而得到的期望飞行轨迹；
②控制指令信息：用于实现地面规划控制节点对攻击无人机的控制干预，如任务参数设定及指令下达、目标锁定、精确攻击操作响应等；
③指挥命令信息：包括无人机编队指挥节点对地面规划控制节点和无人机编队及发射车节点下达的机动、发射等命令，以及训练管控节点对友邻兵力仿真节点和敌方兵力仿真节点的导调干预信息；
④侦察情报信息：主要是无人机编队战场侦察信息，也可以是由训练管控节点分发的红蓝双方态势信息；
⑤毁伤效果信息：既可以反映攻击无人机对敌方目标的杀伤效果，也可以表示敌方防空装备对无人机编队的拦截效果，或是双方其他火力装备间的毁伤效果；
⑥电子干扰信息：主要用于模拟敌方电子对抗装备对无人机编队侦察、通信的具体影响；
⑦实时状态信息：描述了红蓝双方装备实体的基本信息，可以是速度、位置、姿态、工作状态、弹药量、光电特征等；
⑧通信效果信息：反映了战术通信仿真节点模拟的装备各级之间的通信效果，如通或不通、通信效能如何；
⑨通信请求信息：用于调用战术通信仿真节点的通信效果计算服务，并提供相关输入信息；
⑩初始态势信息：主要包括红蓝双方装备编配及部署信息、战场通信组网信息、仿真周期信息、参数配置信息等。
所述作战模拟训练系统构建的基本模型体系包括环境仿真模型、仿真实体模型和军事概念模型；
所述环境仿真模型包括地理环境模型、气象环境模型以及人工战场环境模型，为仿真对抗双方提供一致的战场环境数据，并为模拟战场环境与武器装备作战行动、作战效果间的相互影响提供计算分析、数据支持和交互接口；其中，地理环境模型，主要考虑战场区域的地形、地貌、植被、水系、交通等自然特征，以便模拟复现战场地理环境对侦察设备探测性能、地面实体机动性能的影响；气象环境模型，主要考虑战场区域的天气、气温、气压、风速等气象状况，以便模拟复现战场气象环境对声、光、电磁信号的传播影响和对战场飞行实体的轨迹影响等；人工战场环境模型，主要考虑建筑设施、交通工具、障碍等人工环境条件，以便模拟复现人工战场环境对武器装备作战效能的影响。
所述仿真实体模型用于标识战场上作战实体及所述作战实体的基本组成与状态，并描述所述作战实体的性能和光学、红外、雷达辐射特征。具体的要素为：基本属性，包括枚举标识、实体名称、所属国家、具体类别等；实体组成，描述实体的基本组成要素，如武器平台基础上配备了什么样的传感器、通信设备、武器装置等；状态表征，定义实体的状态描述参数，如位置、速度、姿态、工作状态及隶属关系等；性能参数，主要反映实体的战术技术指标，可分为整体性能参数和部件性能参数，前者如长、宽、高、最大速度、机动过载、爬坡度等，后者需根据组件类别具体描述，如传感器的最大探测距离；毁伤特性，描述各类弹药对实体的毁伤效果，如某种直瞄武器弹药在不同射击距离上对当前实体的毁伤概率表；信号特征，描述实体被感知的特性，包括光学、红外、雷达和声纳等信号特征值，分别代表实体在相应信号域上被发现的最远距离；可视化，主要包括二维图标、三维模型和爆炸、毁伤效果；资源，描述实体携带的燃料和弹药，包括种类和数量。
所述军事概念模型用于描述实体在遂行作战任务时所采取的动作和触发条件/触发原则以及与外界环境的交互关系，并基于模型算法以定量的方式来自动评估军事行动完成的效果。模型构建主要考虑各类仿真实体的典型作战任务，而任务通常又由1个或多个具体行动所构成，作战模拟训练系统中的实体任务如表2所示。除此之外，有些行为与具体任务无关，而是在遂行各个任务过程中均自发产生，主要包括侦察与直瞄射击两种行动，也需纳入军事概念建模范畴。
表2
为体现标准化、模块化和通用化的设计思路，采用层次化的面向服务的技术体系结构，基于hla/rti规范将所述系统划分为基础设施层、数据资源层、公共服务层、功能模块层和应用研究层；如图1所示：
所述基础设施层包括计算机、网络设备、存储设备、输入输出设备、实装设备以及配套的软件，为完成各类训练任务提供模拟训练环境支撑，其中，所述实装设备包括地面规划控制终端；
所述数据资源层以计算机和存储设备为载体，存储和管理模拟训练的各类数据资源，所述数据资源包括训练规划、任务想定、训练结果、战术规则、战场环境以及装备性能；
所述公共服务层是整个系统框架的核心，为系统运行提供各种公共服务，所述公共服务包括事件管理服务、战术模型服务、效能计算服务、战场环境服务、时间管理服务、仿真监控服务、消息管理服务、对象管理服务、坐标转换服务、数据采集服务、仿真日志服务、想定解析服务、和数据接口服务等，这些服务组件有的需要自行开发，有的可通过商业软件提供得到；
所述功能模块层为作战模拟训练系统提供各种应用运行的工具模块，用于实现训练管理控制、任务想定编辑、虚拟兵力仿真、规划控制接口、战术通信模拟、战场环境仿真和记录分析评估；
所述应用研究层包括人机交互界面、作战想定预案、训练评估指标；是针对无人机编队战术协同训练、作战方案推演、装备改进优化等作战模拟训练系统的具体应用方向而开展的相关应用性设计。
一种攻击无人机编队的作战模拟训练方法，所述方法采用上述系统，所述方法包括以下步骤：
(1)根据作战想定，进行所述作战模拟训练系统各种参数的初始化设置；
(2)设置战场环境，确定基准地图、天气条件、地形精度和坐标；
(3)设置敌方兵力的类型、数量、分布、初始状态、行动预案；
(4)设置友邻兵力的类型、数量、分布、初始状态、行动预案；
(5)设置攻击无人机编队的数量和武器参数；
(6)设置攻击无人机编队的通信链路及相关参数；
(7)开始模拟训练，完成训练内容；
(8)训练结束，通过数据记录分析节点进行分析、回放、统计、评估。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施方式不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。