指控为核心的组合式作战实体模型及其构建方法与流程

本发明涉及计算机仿真领域，特别的，涉及以指控为核心的组合式作战实体模型及其构建方法。

背景技术：

目前建模与仿真技术被广泛应用于各领域问题的分析评估和辅助决策，包括：社会应急管理辅助决策、城市交通系统建模与仿真分析、经济政策仿真评估，尤其是国防领域的作战方案模拟评估、作战行动分析与决策，装备效能分析与评估等。

作战实体是战场空间中具有一定军事行为能力的个体，可与战场环境或其他实体发生交互，从而影响战场态势和作战进程。作战实体模型框架是对战场空间实体建模的核心技术，主要功能是集成作战实体模型的不同功能模块，同时集成仿真引擎功能接口，实现实体模型与仿真引擎的交互、实体模型不同功能模块的交互，以及实体模型与实体模型之间的互操作。

战术级作战模拟系统中采用面向对象方法建立作战实体模型，通常注重作战行动过程和装备交战能力的描述，以便于研究战术行动问题，评估装备效能。然而，战役级作战模拟系统中研究作战指挥与控制问题时，通常侧重于实体指挥和控制能力，因此，现有的以作战行动过程和装备交战能力为建模重点的作战实体模型不能有效模拟作战指挥过程，难于满足作战指挥与控制能力的分析和评估需求。

因此，如何设计一种以指控为核心的作战实体模型框架，将作战实体的指挥与控制功能作为建模重点，通过实体的指挥与决策能力来控制作战行动及装备运用，从而满足作战实体指控能力问题研究需求成为现有技术亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种指控为核心的组合式作战实体模型及其构建方法，实现作战实体指控能力建模的同时，提高作战实体模型的可扩展性和可重用性，增强作战实体建模的规范性，以及开发效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种指控为核心的组合式作战实体模型的构建方法，包括如下步骤：

步骤一、抽象步骤：抽象作战实体的属性、行动和交互，对实体的功能进行模块化划分与描述，分为指控功能、感知功能、运动功能、通信功能、资产管理功能、作战任务与行动执行功能、知识管理与推理功能；

步骤二、框架模型构建步骤：建立作战实体模型集成框架模型，描述作战实体的属性和数据，集成仿真引擎的初始化和功能模块的接口，同时设计各项功能组件的集成接口；

步骤三、组件建立步骤：根据步骤一中所抽象出的各种功能建立指控组件、任务组件、知识库组件、感知组件、运动组件、任务组件、通信管理组件和资产管理组件，并建立其他的组件和数据；

其中建立指控组件具体为，根据作战实体类型、所属作战域、所处指挥层级，描述作战实体的态势处理、任务规划与决策、任务与行动执行，同时设计对外接口，以提供给其他功能组件访问，并调用指控功能；

建立任务组件具体为，对不同的作战任务进行分解，描述任务和行动的执行业务逻辑过程，设计任务执行参数数据结构，同时设计对外接口，以提供给其他功能组件访问，并调用任务执行功能；

建立知识库组件具体为，为不同作战实体设计事实推理规则和行动触发规则，

建立感知组件具体为，描述各类型的传感器模型，为感知组件配置相应的传感器模型和数据，同时设计对外接口，以提供给其他功能组件访问，并调用感知功能；

建立运动组件具体为，描述作战实体的机动行为模型和数据，设计运动计划数据结构，以及运动计划执行功能，同时设计对外接口，以提供给其他功能组件访问，并调用运动功能；

建立通信管理组件具体为，描述各类型的通信网络模型，为通信管理组件配置相应的通信网络模型和数据，同时设计对外接口，以提供给其他功能组件访问，并调用通信功能，发送和接收消息；

建议建立资产管理组件具体为，描述资产的补给、消耗、预留、查询的功能模型，对资产进行分类描述和存储，为作战实体配置各类资产数据，同时设计对外接口，以提供给其他功能组件访问，并调用资产管理功能；

建立其他的组件和数据具体为：根据作战实体具有的行为能力和可执行的作战任务，为其配置各项功能组件和数据，组合成作战实体模型；

步骤四、模型框架建立步骤：作战实体模型集成框架加载各项功能组件和数据，初始化功能组件，形成可运行的作战实体仿真模型。

进一步的，作战实体模型集成框架是集成各项功能组件，以及仿真引擎接口的平台，实现了仿真引擎与实体模型及其功能组件的交互，所述作战实体模型集成框架以指针变量保存各项功能组件，可直接调用各项功能组件的接口函数，功能组件通过实体集成框架可以间接地访问其他功能组件。

进一步的，所述知识库包括事实、推理引擎、事实推理规则和行动触发规则组成，其中事实即知识，是战场空间中存在的事实；推理引进一步的，

所述感知组件中的各类型的传感器包括雷达、可见光、红外、声呐、人体感知器官中的一个或多个；

所述运动组件能够模拟空间、空中、地面、水面和水下的运动；

所述资产包括装备、物资、设施和/或人员。

本发明还公开了一种利用上构建方法所构建的指控为核心的组合式作战实体模型：

包括实体模型集成框架、指控组件、任务组件、知识库组件、感知组件、运动组件、任务组件、通信管理组件和资产管理组件，所述指控组件作为实体模型进行推理决策的核心功能，汇集情报、态势、和其他各类消息，规划作战任务与行动，调度其他功能组件，以完成作战任务和行动。

指控组件与其他功能组件的交互关系为：

(1)指控组件通过访问接口，控制感知组件中传感器的开机与关机；感知组件探测战场空间实体，将战场态势传递给指控组件；

(2)指控组件对态势进行处理，将发现的新事实传递给知识库对知识库中的事实进行更新，知识库使用规则推理引擎进行推理，产生新的事实或者触发军事任务与行动；

(3)指控组件根据态势信息以及知识库中的事实进行任务规划与决策，创建任务组件，并将任务参数传递给任务组件，对任务组件进行调度，管理作战任务的执行，任务组件接收指控组件传递的任务参数，并根据任务参数执行相应的军事任务或者行动。

指控组件通过访问接口，调用运动组件的功能函数，将运动计划传递给运动组件，同时可以通过运动组件获取实体的运动信息，运动组件接收指控组件的运动计划，按照运动计划执行机动指令；同时向指控组件提供实体的运动信息；

指控组件通过访问接口，调用通信管理组件，发送消息，实现实体之间的通信，通信管理组件接收到其他实体的消息之后，将消息传递给指控组件，触发相应的消息处理函数；

指控组件通过访问接口，调用资产管理组件，查询实体的资产信息，管理资产数据，资产管理组件向指控组件提供资产类型和数量。

本发明还公开了一种上述的指控为核心的组合式作战实体模型的仿真方法，包括如下步骤：

步骤一：仿真初始化，

步骤二：仿真运行

仿真引擎启动时间管理和事件管理器，推进作战实体模型运行，直至仿真时间结束或者事件管理器中所有事件计算完毕；

事件管理器根据事件类型分别映射到指控组件的事件处理功能模块、感知组件、通信管理组件，进行相应的模型计算，包括：态势融合处理、消息处理、作战任务处理；

任务组件接收指控组件传递的任务参数，执行相应的作战任务和行动；在任务执行过程中任务组件能够访问知识库、资产管理组件、运动组件、感知组件和通信管理组件，调用相应的功能；

其中，仿真运行步骤中指控组件及其他各项功能组件，可通过实体模型集成框架中的仿真引擎功能接口，调用仿真引擎功能模块的功能函数；

步骤三：仿真结束：

仿真引擎调用实体模型集成框架的仿真结束处理接口，对作战实体实例进行析构，释放内存，卸载各项功能组件。

本发明针对战役级作战模拟系统中作战实体指挥与控制能力评估需求，以及作战实体模型的可扩展性和可重用性问题，提出了指控为核心的作战实体模型框架。基于该框架建立的作战实体模型及其作战模拟系统，可以实现作战实体的智能指挥与决策能力模型，满足作战指挥体制及其作战指挥与控制能力的分析和评估需求。组合式作战实体模型框架对作战实体的功能进行模块化建模，通过模型集成框架来组合各项功能组件，形成完整的作战实体模型。该框架可以实现各项功能组件的灵活搭配和更换，提高模型的适用性，增强模型规范和开发效率。

附图说明

图1是根据本发明的具体实施例的指控为核心的组合式作战实体模型的框架图；

图2是根据本发明的具体实施例的指控为核心的组合式作战实体模型的构建方法；

图3是根据本发明的具体实施例的指控为核心的组合式作战实体模型的指控组件与其他功能组件的关系图；

图4是根据本发明的具体实施例的指控为核心的组合式作战实体模型的运行流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明的思路为：采用组件化建模思想，将作战实体的各项能力设计为功能组件，具体而言，将作战实体具有的感知能力、指控能力、通信能力、运动能力、资产管理能力设计为功能组件，通过作战实体模型集成框架灵活搭配和组装各个功能组件，快速构建作战实体仿真模型。作战实体模型的指控组件作为核心模块，调度其他功能组件，模拟指挥员的指控行为，对战场态势进行推理分析，规划和决策作战任务和行动，调度作战任务组件，完成作战任务和行动的执行。

实施例1：

参见图1，示出了根据本发明的具体实施例的指控为核心的组合式作战实体模型的框架图，作战实体模型包括实体模型集成框架、指控组件、任务组件、知识库组件、感知组件、运动组件、任务组件、通信管理组件和资产管理组件，指控组件作为实体模型进行推理决策的核心功能，汇集情报、态势、消息等信息，规划作战任务与行动，调度其他功能组件，以完成作战任务和行动。

实施例2：

参见图2，示出了根据本发明的具体实施例的指控为核心的组合式作战实体模型的构建方法，包括如下步骤：

步骤一、抽象步骤：抽象作战实体的属性、行动和交互，对实体的功能进行模块化划分与描述，基本分为指控功能、感知功能、运动功能、通信功能、资产管理功能、作战任务与行动执行功能、知识管理与推理功能；

步骤二、框架模型构建步骤：建立作战实体模型集成框架模型，描述作战实体的属性和数据，集成仿真引擎的初始化和功能模块的接口，同时设计各项功能组件的集成接口；

步骤三、组件建立步骤：根据步骤一中所抽象出的各种功能建立指控组件、任务组件、知识库组件、感知组件、运动组件、任务组件、通信管理组件和资产管理组件，并建立其他的组件和数据；

其中建立指控组件具体为，根据作战实体类型、所属作战域、所处指挥层级，描述作战实体的态势处理、任务规划与决策、任务与行动执行，同时设计对外接口，以提供给其他功能组件访问，并调用指控功能；

建立任务组件具体为，对不同的作战任务进行分解，描述任务和行动的执行业务逻辑过程，设计任务执行参数数据结构，同时设计对外接口，以提供给其他功能组件访问，并调用任务执行功能；

建立知识库组件具体为，为不同作战实体设计事实推理规则和行动触发规则，所述知识库包括事实、推理引擎、事实推理规则和行动触发规则组成，其中事实即知识，是战场空间中存在的事实；推理引擎是规则推理机制；事实推理规则是从已有某个或多个事实推理得出新的事实的依据；行动触发规则是从已有的某个或多个事实推理得出需要执行的行动的依据。

建立感知组件具体为，描述各类型的传感器模型，为感知组件配置相应的传感器模型和数据，同时设计对外接口，以提供给其他功能组件访问，并调用感知功能，例如：通过调用雷达传感器的开机和关机接口，其他功能组件可以控制雷达的开机与关机。

建立运动组件具体为，描述作战实体的机动行为模型和数据，设计运动计划数据结构，以及运动计划执行功能，同时设计对外接口，以提供给其他功能组件访问，并调用运动功能。其中，所述作战实体示例性的包括战斗机、舰艇、坦克等。

建立通信管理组件具体为，描述各类型的通信网络模型，为通信管理组件配置相应的通信网络模型和数据，同时设计对外接口，以提供给其他功能组件访问，并调用通信功能，发送和接收消息。

建议建立资产管理组件具体为，描述资产的补给、消耗、预留、查询的功能模型，对资产进行分类描述和存储，为作战实体配置各类资产数据，同时设计对外接口，以提供给其他功能组件访问，并调用资产管理功能。

建立其他的组件和数据具体为：根据作战实体具有的行为能力和可执行的作战任务，为其配置各项功能组件和数据，组合成作战实体模型。

例如：在设计战斗机模型时，选择战斗机指控组件、机载雷达感知组件、空中运动组件、通信管理组件、资产管理组件、知识库组件，以及空中侦察任务组件、对空攻击任务组件等，同时为其配置战斗机属性参数(最大航速、起飞油耗、最大航程等)、对空攻击行动规则、对空攻击弹药和油料资产等数据。

步骤四、模型框架建立步骤：作战实体模型集成框架加载各项功能组件和数据，初始化功能组件，形成可运行的作战实体仿真模型。

因此，通过上述的步骤可以形成以指控为核心的组合式作战实体模型，基于该框架建立的作战实体模型，突出了指控的作用，可以实现作战实体的智能指挥与决策能力模型，满足作战指挥体制及其作战指挥与控制能力的分析和评估需求，采用模块化组合的设计方法也会简化了算法，且容易叠加所需要的功能，具有二次开发的潜力。

其中，作战实体模型集成框架是集成各项功能组件，以及仿真引擎接口的平台，实现了仿真引擎与实体模型及其功能组件的交互，所述作战实体模型集成框架以指针变量保存各项功能组件，可直接调用各项功能组件的接口函数。功能组件通过实体集成框架可以间接地访问其他功能组件。此外，实体集成框架可直接访问仿真引擎功能接口，以供功能组件调用。示例性的，各项功能组件可以以动态链接库的方式实现。

指控组件用于模拟作战指挥员的指控能力，一般遵循OODA模型，具备态势处理与分析、任务规划与决策，以及任务与行动执行功能。指控组件作为实体模型的核心，集中处理态势、情报和消息，智能决策与规划作战任务和行动，调度和管理其他功能组件，以及执行作战任务和行动。

知识库组件用于实现作战实体指控决策与智能推理能力的扩展，使用推理引擎来产生新的事实或者触发作战行动。知识库组件可以提供外置的规则编辑功能，增强规则应用的灵活性，以及实体模型的可扩展性。

任务组件用于模拟作战实体执行作战任务和行动的逻辑过程，同时实现任务的管理与控制，以及下级任务的分解与调度。

感知组件用于模拟作战实体的探测能力，是对雷达、可见光、红外、声呐、人体感知器官等类型探测设备的功能模拟，负责描述作战单元对战场环境的感知。

运动组件用于模拟作战实体的空间移动能力，包括空间、空中、地面、水面和水下。作战实体在有运动需求时向运动组件提交运动计划，运动组件根据该计划来完成作战实体的空间移动。

通信管理组件用于实现作战实体模型的消息注册、发送和接收功能。当作战实体需要向其它实体发送消息时，在指定消息类型、消息内容及消息接收者后直接调用通信管理组件的消息发送接口；当其它作战实体向自己发送消息时，通信管理组件将在一定延迟后触发本实体的消息处理接口。

资产管理组件用于集中管理作战实体所拥有的资产(如装备、物资、设施、人员等)，实现资产的查询、存储、消耗和预留等管理功能。

下面以战略侦察机为例：首先开发战略侦察机实体模型集成框架，描述战略侦察机的基础数据结构，集成仿真引擎的功能接口。然后，为战略侦察机实体模型集成框架配置战略侦察机指控组件、战略侦察任务组件、知识库组件、感知组件、运动组件、通信管理组件、资产管理组件，同时配置战略侦察机基础数据、战略侦察行动规则、战略侦察传感器数据、通信设备数据、油料资产数据等。战略侦察机实体模型集成框架加载和初始化其他功能组件，并为功能组件赋予指针变量。实体模型集成框架通过指针变量可以获取功能组件实例，并访问其对外接口，调用功能组件的函数。同时，功能组件也存储了实体模型集成框架变量，并通过该变量可以获取其他功能组件指针，访问其功能函数。

实施例3：

参见图3，示出了根据本发明的具体实施例的指控为核心的组合式作战实体模型的指控组件与其他功能组件的关系图，指控组件作为实体模型框架核心模块，可以访问和调度其他功能组件，并推动作战任务和行动的规划与执行，指控组件与其他功能组件的交互关系具体描述如下：

(1)指控组件通过访问接口，控制感知组件中传感器的开机与关机；感知组件探测战场空间实体(例如：战略侦察机探测敌方空中战斗机和地面坦克部队)，将战场态势传递给指控组件。

(2)指控组件对态势进行处理，将发现的新事实传递给知识库(例如：发现敌方空中战斗机目标)，对知识库中的事实进行更新，知识库使用规则推理引擎进行推理，产生新的事实或者触发军事任务与行动，例如：战略侦察机反复探测敌方战斗机位置，可推测出其航向和速度，当敌方战斗机不断接近时，可触发战略侦察机的返回空军基地行动。

(3)指控组件根据态势信息以及知识库中的事实进行任务规划与决策，创建任务组件，并将任务参数传递给任务组件，对任务组件进行调度，管理作战任务的执行，任务组件接收指控组件传递的任务参数，并根据任务参数执行相应的军事任务或者行动。例如：战略侦察机在执行侦察任务时，战略侦察任务组件通过实体模型集成框架获取运动组件指针，调用运动组件对外接口，实施空中机动任务；调用感知组件对外接口，实施侦察预警任务；调用通信管理组件对外接口，实施通信、协同、情报共享等任务；调用资产管理组件对外接口，实施油料消耗任务。

(4)指控组件通过访问接口，调用运动组件的功能函数，将运动计划传递给运动组件，同时可以通过运动组件获取实体的运动信息，包括：速度、位置等。运动组件接收指控组件的运动计划，按照运动计划执行机动指令；同时向指控组件提供实体的运动信息。

(5)指控组件通过访问接口，调用通信管理组件，发送消息，实现实体之间的通信，通信管理组件接收到其他实体的消息之后，将消息传递给指控组件，触发相应的消息处理函数。

(6)指控组件通过访问接口，调用资产管理组件，查询实体的资产信息，管理资产数据，资产管理组件向指控组件提供资产类型和数量等信息，体现作战实体的军事行为能力，同时约束实体的作战行动。

实施例4：

参见图4，示出了根据本发明的具体实施例的指控为核心的组合式作战实体模型的运行流程图：

步骤一：仿真初始化

步骤11：启动仿真引擎，创建和初始化仿真引擎框架。

步骤12：创建和初始化仿真引擎的功能模块，包括：时间管理器、事件管理器、对象管理器、战场环境服务、交战裁决服务等，为作战实体模型提供所需的各种功能和服务。

步骤13：仿真引擎加载模型，调用作战实体模型集成框架的初始化接口。同时，作战实体模型集成框架加载和初始化各项功能组件。例如：战略侦察机实体模型集成框架加载和初始化战略侦察机指控组件、战略侦察任务组件、战略侦察机知识库、空中运动组件、战略侦察机感知组件、通信管理组件和资产管理组件。

步骤14：仿真引擎加载想定，根据想定内容创建和初始化作战实体实例。

步骤二：仿真运行

步骤21：仿真引擎启动时间管理和事件管理器等功能模块，推进作战实体模型运行，直至仿真时间结束或者事件管理器中所有事件计算完毕。

步骤22：事件管理器根据事件类型分别映射到指控组件的事件处理功能模块、感知组件、通信管理组件，进行相应的模型计算，包括：态势融合处理、消息处理、作战任务处理。

步骤23：指控组件控制感知组件中传感器的开启与关闭，获取感知组件的战场态势，对态势进行处理，更新知识库的事实，执行规则推理。

步骤24：指控组件接收和处理通信管理组件传递的消息，如果是下级向上级汇报的情报信息，那么更新知识库的事实，执行规则推理；如果是上级向下级发送作战命令，那么执行任务规划与决策。

步骤25：指控组件访问资产管理组件，获取资产类型和数量信息，在资源补给和资源消耗等事件处理函数中对资产进行增加、减少等维护。

步骤26：指控组件访问运动组件，提交运动计划，实施机动，同时获取实体的位置、速度、运动方向等信息。

步骤27：指控组件根据战场态势、上级作战命令、知识库等信息进行作战任务规划与决策，制定作战任务，加载和调度相应的任务组件。

步骤28：任务组件接收指控组件传递的任务参数，执行相应的作战任务和行动。在任务执行过程中任务组件可以访问知识库、资产管理组件、运动组件、感知组件、通信管理组件等，调用相应的功能；

其中，仿真运行步骤中指控组件及其他各项功能组件，可通过实体模型集成框架中的仿真引擎功能接口，调用仿真引擎功能模块的功能函数，例如：向事件管理器提交新事件。

步骤三：仿真结束：

仿真引擎调用实体模型集成框架的仿真结束处理接口，对作战实体实例进行析构，释放内存，卸载各项功能组件。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。