一种作战体系建模与仿真系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种作战体系建模与仿真系统，该系统由体系结构建模模块、体系结构逻辑验证模块、体系结构时序文件生成模块、体系仿真想定生成模块、体系仿真用户界面、体系仿真引擎和仿真数据记录回放模块组成，首先采用体系结构建模模块建立符合DoDAF规范的体系结构模型，然后采用体系结构逻辑验证模块验证其逻辑流程是否正确，验证通过后由体系结构时序生成模块生成对应的时序描述文件，体系仿真想定生成模块导入并解析体系结构时序文件，自动生成仿真想定，根据该想定，体系仿真引擎加载所需的仿真实体模型进行作战过程仿真，通过体系仿真用户界面显示战场态势图，并利用仿真数据记录回放模块记录仿真过程数据，进行仿真过程回放。
【专利说明】一种作战体系建模与仿真系统【技术领域】
[0001]本发明属于计算机仿真【技术领域】，特别是涉及一种作战体系建模与仿真系统。
【背景技术】
[0002]随着战争形态的变革、战争理论的发展以及武器装备的进步，现代战争对作战指挥提出了新的要求。依靠指挥员的谋略素质，通过各类辅助系统的应用，不但要解决战争中“干什么”和“怎么干”的问题，而且要辅助解决“这样干，行不行”的问题。而解决这一过程模拟的重要手段就是作战体系建模与仿真。
[0003]作战体系建模与仿真包含作战体系结构建模和以此为基础的体系仿真两方面内容。
[0004]体系结构是研究、分析作战体系的有效方法之一，它确定了作战的组成要素；各组成要素之间的静态结构关系和动态行为关系；战场态势演进所遵循的原则。通过对作战体系结构的研究，可有效协助完成复杂战场对抗过程的建模以及作战方案的设计工作。
[0005]体系仿真是在一定的战场环境中，在参战各方部署和行动的基础上，按照各方制定的行动计划，依据作战规则，对参战各方作战行动和效果进行仿真展示，对作战进程以及作战进程中可能出现的情况进行模拟，可用于研究、检验作战计划，评估作战体系效能，研究新的作战理论等。
[0006]目前，美国国防部体系结构框架(DoDAF)已成为研究体系结构的重要标准，得到了广泛的应用，国内较多科研机构 和院校也对体系结构进行了研究，但这些系统大都停留在依据DoDAF标准建立各视图的层面，缺乏简单有效的手段对整个体系结构的逻辑流程的验证，也没有考虑如何基于体系结构建立实际可用的仿真系统，缺乏与后续仿真系统的接口，因而不能加载各作战实体真实的数学模型并且以直观的方式对战场的态势进行展示。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种作战体系建模与仿真系统，打通了从体系结构建模到体系仿真之间的通道，实现了从作战体系结构静态建模、动态逻辑验证到体系仿真的一体化仿真流程。
[0008]本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现:
[0009]一种作战体系建模与仿真系统，包括体系结构建模模块、体系结构逻辑验证模块、体系结构时序文件生成模块、体系仿真想定生成模块、体系仿真用户界面、体系仿真引擎以及仿真数据记录回放模块，其中:
[0010]体系结构建模模块:采用UML描述方法，得到DoDAFl.0版本的体系结构模型，所述体系结构模型包括依次生成的DoDAFl.0版本的OV-1高层作战概念图、0V-4组织关系图、0V-7逻辑数据模型图、0V-3作战信息交换矩阵图、0V-2作战节点连接关系描述图和0V-6b状态转换描述图；
[0011]体系结构逻辑验证模块:首先将UML描述的DoDAFl.0版本的体系结构模型生成C语言代码，然后对生成的C语言代码进行编译和链接，生成可执行模型程序，接着调用Telelogic Tau软件的模型验证器运行所述可执行模型程序，通过Socket网络接口获取所述可执行模型程序的状态转换和事件信息，在0V_6b状态转换描述图中动态显示模型执行过程；同时将动态执行过程中的所有实体属性信息、状态转换信息和事件信息进行存储，供体系结构时序文件生成模块使用；
[0012]体系结构时序文件生成模块:以时间和各实体的状态转换为主线，将体系结构逻辑验证模块中存储的所有实体属性信息、状态转换信息和事件信息存储为文本格式的体系结构时序文件；
[0013]体系仿真想定生成模块:首先从体系结构时序文件生成模块中导入体系结构时序文件，并解析出体系结构时序文件中所有实体属性信息，状态转换信息和事件信息，生成作战实体列表、作战实体状态列表和作战实体消息列表，然后根据其中的作战实体列表创建作战实体，根据其中作战实体状态列表和作战实体消息列表为创建的所述每个作战实体创建相应的作战计划，将所述作战实体及作战计划进行保存，生成体系仿真想定文件；
[0014]体系仿真用户界面:使用HLA网络接收体系仿真引擎发送的仿真态势数据，实时动态显示作战态势，并响应用户操作，向仿真引擎发送仿真控制指令，实现对仿真引擎的控制；
[0015]体系仿真引擎:根据体系仿真想定文件创建作战实体对象，为作战实体对象添加作战计划，对所有作战实体和作战计划进行管理，并通过HLA网络接口向体系仿真用户界面发送作战态势数据；进行仿真时间的推进和仿真定时器的调度；管理所有类工厂，以类工厂模式创建作战实体的组件；
[0016]仿真数据记录回放模块:将体系仿真引擎中所有作战实体状态和作战实体交互事件保存成数据文件，并实现数据文件的回放。
[0017]在上述作战体系建模与仿真系统中，OV-1高层作战概念图采用UML用例图描述，描述作战体系的使命、高层作战设想、组织和资源的分布；所述0V-4组织关系图采用UML类图描述，描述在体系结构中作战实体之间的指挥结构或指挥关系；所述0V-7逻辑数据模型图采用UML类图描述，定义逻辑数据类型；所述0V-3作战信息交换矩阵图采用UML Signal集合图描述，建立各作战节点之间传递的所有的信号类；所述0V-2作战节点连接关系描述图采用UML复合结构图描述，描述各个作战实体之间需要交换的信息、信息交换通道及各个作战实体之间的接口关系；所述0V-6b状态转换描述图采用UML状态图描述，描述各个作战实体对不同事件的响应，定义各个作战实体的动态行为，所述动态行为包括状态转移、转移条件、转移动作。
[0018]在上述作战体系建模与仿真系统中，体系仿真想定生成模块中创建的作战实体包括传感器组件、控制器组件和执行器组件，传感器组件监测实体的状态，通知控制器组件驱动执行器组件作出相应的动作；控制器组件根据传感器组件提供的信息以及实体状态信息实现控制逻辑；执行器组件实现作战实体的数学模型，根据仿真事件变更作战实体状态并与其它作战实体进行信息交互。
[0019]在上述作战体系建模与仿真系统中，体系仿真用户界面采用Qt图形库实现，实时动态显示的作战态势包括各作战实体的图标、实时位置、局势信息、实体信息交互效果。
[0020]在上述作战体系建模与仿真系统中，体系仿真引擎包括对象管理器、仿真管理器和类工厂管理器，其中:
[0021]对象管理器:根据体系仿真想定文件创建作战实体对象，为作战实体对象添加作战计划，对所有作战实体和作战计划进行管理，并通过HLA网络接口向体系仿真用户界面发送作战态势数据；
[0022]仿真管理器:进行仿真时间的推进和仿真定时器的调度；
[0023]类工厂管理器:管理仿真引擎中的所有类工厂，支持对象管理器以类工厂模式创建作战实体的组件。
[0024]在上述作战体系建模与仿真系统中，仿真数据记录回放模块将体系仿真引擎中所有作战实体状态和作战实体交互事件保存成数据文件，并实现数据文件的回放的具体过程如下:
[0025]记录模式下，接收体系仿真引擎的数据，仿真开始时创建要写入的数据文件，写入要记录的所有实体对象的列表，仿真过程中每个仿真周期写入所有作战实体的当前状态数据和事件数据，记录停止时关闭已打开的数据文件；
[0026]回放模式下，回放开始时打开要读取的数据文件，读取所有作战实体对象列表，通知仿真引擎按照所述列表创建作战实体对象，回放过程中每个回放周期读取所有作战实体的当前状态数据和事件并发送给仿真引擎，回放停止时关闭已打开的数据文件。
[0027]本发明与现有技术相比具有如下有益效果:
[0028](I)本发明充分利用UML统一建模语言的系统架构能力，建立符合DoDAF规范的作战体系结构模型，通过UML交互图、类图、状态图等直观的形式将作战体系中各实体的行为加以描述，具有较好的通用性和灵活性；
[0029](2)本发明通过对DoDAF体系结构模型状态机的仿真，可充分验证体系结构模型的逻辑正确性，从而保证了后续生成的体系仿真想定的正确性；通过对体系结构模型状态机运行的跟踪，可以在状态机出现死锁时快速查找问题，修正体系结构设计，这样便实现了在体系仿真系统开发的早期及时验证逻辑，大大提高开发效率，节约开发成本；
[0030](3)本发明采用HLA协议连接体系仿真用户界面和体系仿真引擎，仿真用户界面通过发送网络消息控制体系仿真引擎的运行，体系仿真引擎也通过发送网络数据驱动体系仿真态势显示模块的界面显示，这样的分离设计可以使多个仿真引擎和多个用户界面分布到不同的计算机上进行仿真，增加了系统部署的灵活性；
[0031](4)本发明打通了从体系结构建模到体系仿真之间的通道，有效保证了体系结构与仿真想定的数据一致性，实现了从作战体系结构静态建模、动态逻辑验证到体系仿真的一体化仿真流程，通过体系仿真进一步验证体系作战时序的正确性，根据仿真推演验证结果，对体系作战流程给出修正建议；
[0032](5)本发明提出的全新的作战体系建模与仿真系统，可对作战过程以及作战进程中可能出现的情况进行模拟，可用于研究检验作战计划，根据存储的仿真数据进行作战体系效能评估，为真实作战提供决策参考。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本发明作战体系建模与仿真系统结构示意图；
[0034]图2为本发明仿真系统中的体系结构建模模块工作流程图；[0035]图3为本发明仿真系统中的体系结构逻辑验证模块工作流程图；
[0036]图4为本发明仿真系统中的体系仿真用户界面与体系仿真引擎之间的结构关系图；
[0037]图5为本发明仿真系统中的体系仿真用户界面和体系仿真引擎的交互关系图；
[0038]图6为本发明仿真系统中的体系仿真引擎结构图；
[0039]图1为本发明仿真系统中的实体对象结构图；
[0040]图8为本发明仿真系统中的实体网络接口图。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述:
[0042]如图1所示为本发明作战体系建模与仿真系统结构示意图，该作战体系建模与仿真系统包括体系结构建模模块、体系结构逻辑验证模块、体系结构时序文件生成模块、体系仿真想定生成模块、体系仿真用户界面、体系仿真引擎和仿真数据记录回放模块。
[0043]一、体系结构建模模块
[0044]由于DoDAFl.0版本、1.5版本和2.0版本中都保留了 OV视图，并且对于OV视图的基本定义和主要内容是统一的。因此，如图2所示为本发明仿真系统中的体系结构建模模块工作流程图，该模块利用Telelogic Tau软件，采用UML描述方法，按步骤建立DoDAFl.0版本的OV (作战视图)产品，得到DoDAFl.0版本的体系结构模型，体系结构模型包括依次生成的DoDAFl.0版本的OV-1高层作战概念图、0V-4组织关系图、0V-7逻辑数据模型图、0V-3作战信息交换矩阵图、0V-2作战节点连接关系描述图和0V-6b状态转换描述图；最终建立各个作战实体的状态机，即0V-6b视图，这样就完成了 DoDAF体系结构模型的建立。
[0045]这些需建立的作战OV视图产品说明如下表I所示。
[0046]表I OV视图广品说明
[0047]
【权利要求】
1.一种作战体系建模与仿真系统，其特征在于:包括体系结构建模模块、体系结构逻辑验证模块、体系结构时序文件生成模块、体系仿真想定生成模块、体系仿真用户界面、体系仿真引擎以及仿真数据记录回放模块，其中: 体系结构建模模块:采用UML描述方法，得到DoDAFl.0版本的体系结构模型，所述体系结构模型包括依次生成的DoDAFl.0版本的OV-1高层作战概念图、0V-4组织关系图、0V-7逻辑数据模型图、0V-3作战信息交换矩阵图、0V-2作战节点连接关系描述图和0V-6b状态转换描述图； 体系结构逻辑验证模块:首先将UML描述的DoDAFl.0版本的体系结构模型生成C语言代码，然后对生成的C语言代码进行编译和链接，生成可执行模型程序，接着调用Telelogic Tau软件的模型验证器运行所述可执行模型程序，通过Socket网络接口获取所述可执行模型程序的状态转换和事件信息，在0V-6b状态转换描述图中动态显示模型执行过程；同时将动态执行过程中的所有实体属性信息、状态转换信息和事件信息进行存储，供体系结构时序文件生成模块使用； 体系结构时序文件生成模块:以时间和各实体的状态转换为主线，将体系结构逻辑验证模块中存储的所有实体属性信息、状态转换信息和事件信息存储为文本格式的体系结构时序文件； 体系仿真想定生成模块:首先从体系结构时序文件生成模块中导入体系结构时序文件，并解析出体系结构时序文件中所有实体属性信息，状态转换信息和事件信息，生成作战实体列表、作战实体状态列表和作战实体消息列表，然后根据其中的作战实体列表创建作战实体，根据其中作战实体状态列表和作战实体消息列表为创建的所述每个作战实体创建相应的作战计划，将所述作战实体及作战计划进行保存，生成体系仿真想定文件； 体系仿真用户界面:使用HLA网络接收体系仿真引擎发送的仿真态势数据，实时动态显示作战态势，并响应用户操作，向仿真引擎发送仿真控制指令，实现对仿真引擎的控制； 体系仿真引擎:根据体系仿真想定文件创建作战实体对象，为作战实体对象添加作战计划，对所有作战实体和作战计划进行管理，并通过HLA网络接口向体系仿真用户界面发送作战态势数据；进行仿真时间的推进和仿真定时器的调度；管理所有类工厂，以类工厂模式创建作战实体的组件； 仿真数据记录回放模块:将体系仿真引擎中所有作战实体状态和作战实体交互事件保存成数据文件，并实现数据文件的回放。
2.根据权利要求1所述的一种作战体系建模与仿真系统，其特征在于:所述OV-1高层作战概念图采用UML用例图描述，描述作战体系的使命、高层作战设想、组织和资源的分布；所述0V-4组织关系图采用UML类图描述，描述在体系结构中作战实体之间的指挥结构或指挥关系；所述0V-7逻辑数据模型图采用UML类图描述，定义逻辑数据类型；所述0V-3作战信息交换矩阵图采用UML Signal集合图描述，建立各作战节点之间传递的所有的信号类；所述0V-2作战节点连接关系描述图采用UML复合结构图描述，描述各个作战实体之间需要交换的信息、信息交换通道及各个作战实体之间的接口关系；所述0V-6b状态转换描述图采用UML状态图描述，描述各个作战实体对不同事件的响应，定义各个作战实体的动态行为，所述动态行为包括状态转移、转移条件、转移动作。
3.根据权利要求1所述的一种作战体系建模与仿真系统，其特征在于:所述体系仿真想定生成模块中创建的作战实体包括传感器组件、控制器组件和执行器组件，传感器组件监测实体的状态，通知控制器组件驱动执行器组件作出相应的动作；控制器组件根据传感器组件提供的信息以及实体状态信息实现控制逻辑；执行器组件实现作战实体的数学模型，根据仿真事件变更作战实体状态并与其它作战实体进行信息交互。
4.根据权利要求1所述的一种作战体系建模与仿真系统，其特征在于:所述体系仿真用户界面采用Qt图形库实现，实时动态显示的作战态势包括各作战实体的图标、实时位置、局势信息、实体信息交互效果。
5.根据权利要求1所述的一种作战体系建模与仿真系统，其特征在于:所述体系仿真引擎包括对象管理器、仿真管理器和类工厂管理器，其中: 对象管理器:根据体系仿真想定文件创建作战实体对象，为作战实体对象添加作战计划，对所有作战实体和作战计划进行管理，并通过HLA网络接口向体系仿真用户界面发送作战态势数据； 仿真管理器:进行仿真时间的推进和仿真定时器的调度； 类工厂管理器:管理仿真引擎中的所有类工厂，支持对象管理器以类工厂模式创建作战实体的组件。
6.根据权利要求1所述的一种作战体系建模与仿真系统，其特征在于:所述仿真数据记录回放模块将体系仿真引擎中所有作战实体状态和作战实体交互事件保存成数据文件，并实现数据文件的回放的具体过程如下: 记录模式下，接收体系仿真引擎的数据，仿真开始时创建要写入的数据文件，写入要记录的所有实体对象的列表，仿真过程中每个仿真周期写入所有作战实体的当前状态数据和事件数据，记录停止时关闭已打开的数据文件； 回放模式下，回放开始时打开要读取的数据文件，读取所有作战实体对象列表，通知仿真引擎按照所述列表创建作战实体对象，回放过程中每个回放周期读取所有作战实体的当前状态数据和事件并发送给仿真引擎，回放停止时关闭已打开的数据文件。
【文档编号】G06F17/50GK103593516SQ201310526806
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】解洪文, 安思颖, 王晓路, 何漫, 刘佳, 崔毅楠, 史鑫, 张恒, 王长庆, 章乐平, 郭新平, 李杰奇, 吴炜平 申请人:中国运载火箭技术研究院