一种面向多域作战的异构仿真模型集成架构的制作方法

1.本发明涉及多域作战实验仿真技术领域，尤其涉及一种面向多域作战的异构仿真模型集成架构。


背景技术：

[0002]“多域作战”概念最早由美军提出。随后，英国、法国以及其他北约成员国均以不同形式开发“多域作战”概念。以色列率先将“多域作战”概念运用于实战。俄军从对手视角创新提出了自己的“多域作战”理论。当前，“多域作战”概念已经成为引发外军新一轮作战方式变革转型的重要概念。“多域作战”应该是未来作战的主导思想。目前国内针对多域作战的协同行为、指令交互、细粒度的异构模型仿真比较缺乏，为了更好的学习及深度研究多域作战的精髓，并应用到作战训练与人员培养等方面。综上所述，发展“多域作战”实验仿真是迫在眉睫，而开发面向多域作战的异构仿真模型集成架构就成为了重中之重。


技术实现要素：

[0003]
面对上述技术背景，本发明提出了一种面向多域作战的异构仿真模型集成架构，该架构具有扩展性强、稳定性高、兼容性好、性能良好、应用场景广泛和操作简单等特点，采用fmi接口标准化，可以兼容多个异构仿真插件，异构插件使用多线程并发，大幅提高了异构仿真模型的解算效率，可以满足多种场景的仿真实验需求。
[0004]
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
[0005]
一种面向多域作战的异构仿真模型集成架构，其特征在于，包括主控系统、仿真终端系统、协同控制系统、操作杆和多个异构仿真系统，所述主控系统分别连接多个异构仿真系统，所述仿真终端系统分别连接异构仿真系统、操作杆和协同控制系统，其中：
[0006]
所述主控系统用于仿真模型插件的一体化配置、时钟推进、仿真指令协同控制和想定数据的编辑，主控系统使用系统高精度定时器进行时钟指令的推进、并采用tcpselect模型的通讯方式；
[0007]
所述异构仿真系统通过挂载不同的高保真仿真插件来实现飞机仿真模拟器、舰船仿真模拟器、航母仿真模拟器、轰炸机仿真模拟器和防空导弹仿真模拟器；
[0008]
所述仿真终端系统用于人在环控制端的接入和智能控制端的接入，所述人在环控制端用于接入模拟杆机和udp杆，所述智能控制端用于接入智能系统和ui机动，仿真终端与仿真平台使用tcp点对点的通讯方式、进行控制指令的交互；
[0009]
所述操作杆通过usb接口驱动、并对定制的操作杆api进行相应的按键操作；
[0010]
所述协同控制系统用于进行任务决策仿真实验。
[0011]
优选的，所述异构仿真系统包括指令交互模块、网络管理模块、设置管理模块、想定数据管理模块、机动指令管理模块、内部数据管理模块、外部数据交互模块和插件管理模块，其中：
[0012]
所述指令交互模块采用面向对象的多态设计思想、用于兼容各个机动指令的接
入；所述网络管理模块负责各个系统接入端的信息管理，确保各个系统之间进行数据及指令交互的完整性；所述设置管理模块负责整体异构仿真平台设置项目的管理，包括仿真推进步长、集成系统的信息设置和插件集成方案，所述插件集成方案包括插件的串并机制和插件执行顺序；所述想定数据管理模块负责xml想定文件的标准格式的解析，解析后的数据需要保存到内部交互管理数据模块中，为异构仿真系统提供仿真实验的场景数据，所述想定数据包括作战区域、作战仿真单元的基本信息；所述机动指令管理模块负责与协同系统进行指令控制，包括传感器控制，接力制导、战术引动、机动辅助提醒决策；所述内部数据管理模块用于管理交互数据，内部数据管理模块采用享元的设计的方式、能够确保数据的唯一性；所述外部数据交互模块实用dds进行仿真数据的外部交互；所述插件管理模块负责所有仿真插件的业务控制流程管理，管理的插件包括飞机插件、导弹插件、雷达插件、火控插件、电子战插件、数据融合插件、任务处理插件、数据订阅及发布插件。
[0013]
优选的，所述异构仿真系统采用fmi接口设计，fmi接口标准规定了数据传递的方式，也对控制器的控制方式进行了标准化处理，异构仿真系统通过获功能函数的状态信息，可以自动判断和处理联合仿真过程中出现的问题，实现多学科复杂系统的仿真控制。
[0014]
优选的，所述异构仿真系统使用以太网和dds通讯技术来实现互联、互通和互操作，其中：所述以太网的交互包括tcp方式和udp方式，其中，异构仿真系统需要可靠性通讯时，采用tcp通讯方式；异构仿真系统需要对其他系统的非可靠通讯时，采用udp通讯方式。
[0015]
优选的，所述异构仿真系统的想定控制指令处理流程包括如下步骤：当指令交互模块接收到想定控制指令后，进行指令正确性的检验，以确保指令的正确性；当想定指令及数据正确后，对仿真想定xml文件进行解析，解析后的想定数据保存到内部存储模块中，等待仿真执行时使用。
[0016]
优选的，所述异构仿真系统的协同控制指令处理流程包括如下步骤：当接收到协同控制指令后，进行有效性检查，首先确保指令的正确性；当指令正确后，把指令交给协同控制系统进行相应指令的处理，指令包括传感器参数调整、接力目标制导和机动辅助决策提醒；当协同决策模块收到传感器参数调整时，把调整后的参数保存到内部数据管理模块中，等待下一次仿真解算时，传感器插件进行参数的调整，其他的指令处理流程与上述流程相同。
[0017]
优选的，所述异构仿真系统的仿真控制指令处理流程包括如下步骤：当接收到仿真指令后，首先判定当前仿真模拟器的仿真状态，再通过当前状态切换到对应的仿真状态。
[0018]
优选的，所述异构仿真系统的状态机切换过程包括如下步骤：
[0019]
1)执行仿真初期化指令时，需要加载仿真想定后及未进行仿真的情况，并从内部交互数据中，加载想数据；通过想定数据加载当前仿真配置方案，包括仿真的运行机制及异构仿真插件的执行顺序；对仿真插件进行仿真插件的初期化操作，为开始仿真提供先期的准备工作；
[0020]
2)执行仿真开始指令时，为了获得其他异构仿真系统的仿真数据，订阅仿真数据，然后把订阅到的仿真数据保存到内部交互数据模块中，等待插件解算的使用；按照仿真模型的调度机制进行异构仿真模型的解算，解算后使用外部交互数据管理中的数据发布，把解算后的仿真数据提供给其他的异构仿真系统；
[0021]
3)执行仿真暂停时，按照异构仿真模型的调度机制，对仿真模型进行暂停解算处
理；
[0022]
4)执行仿真停止时，按照异构仿真模型的调度机制，对仿真模型进行停止解算处理。
[0023]
本发明提出的面向多域作战的异构仿真模型集成架构具有以下有益效果：
[0024]
1)扩展性强，所有模块使用面向对象的设计，对后续仿真业务更好的扩展。
[0025]
2)稳定性高，通过冗余设计、资源限流、容灾处理、压力测试确保了架构的稳定性。
[0026]
3)兼容性好，采用fmi接口标准化，使得后续异构仿真模型更好的兼容。
[0027]
4)性能高，异构插件使用多线程的并发，大大提高了异构仿真模型的解算效率。
[0028]
5)可信度高，采用系统高精度时钟进行指令同步，确保了仿真的准确性。
[0029]
6)应用场景广泛：因为此架构可以很好的兼容各个异构仿真插件，所以未来可以承担各种场景的仿真实验。
[0030]
7)操作简单：采用可视化ui技术，用户操作更容易。
附图说明
[0031]
图1为本发明的多域作战的异构仿真模型集成架构示意图；
[0032]
图2为本发明的多域作战的异构仿真系统示意图；
[0033]
图3为本发明的指令及仿真数据交互示意图；
[0034]
图4为本发明的指令控制流程示意图。
具体实施方式
[0035]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0036]
根据附图所示，对本发明进行进一步说明：
[0037]
如图1至图4所示，面向多域作战的异构仿真模型集成架构包括主控系统、仿真终端系统、协同控制系统、操作杆和多个异构仿真系统，所述主控系统用于连接多个异构仿真系统，所述仿真终端系统分别连接异构仿真系统、操作杆和协同控制系统，其中，具体功能如下：
[0038]
主控系统：此系统是仿真平台内的现有系统，负责仿真模型插件的一体化配置、时钟推进、仿真指令协同控制、想定的编辑等。为了方便用户的使用，采用可视化的ui设计；为了仿真的更真实，使用系统高精度定时器进行时钟指令的推进；为了对更多的分布式仿真平台进行指令的同步，采用了tcpselect模型的通讯方式。
[0039]
异构仿真系统：异构仿真系统包括飞机、舰船、航母、轰炸机、防空导弹等仿真模拟器。通过仿真平台挂载不同的高保真仿真插件来实现异构仿真模拟系统。例如飞机仿真异构，需要挂载飞机的高保真插件和相关功能插件；舰船仿真平台，需要挂载的舰船的高保真
centric publish-subscribe)，
[0052]
插件管理模块：负责所有仿真插件的业务控制流程管理，管理的插件有飞机、导弹、雷达、火控、电子战、数据融合、任务处理、数据订阅及发布等插件。
[0053]
本实施例中，插件的标准化集成为了更好的扩展、兼容，多域作战的异构仿真模型采用fmi接口设计，fmi接口标准不但规定了数据传递的方式，同时也对控制器的控制方式进行了标准化处理，系统通过获功能函数的状态信息，可以自动判断和处理联合仿真过程中出现的问题，实现多学科复杂系统的仿真控制。fmi标准化接口包括两个部分：联合仿真函数和状态信息。其中，联合仿真函数大致分为三类：控制器函数、子系统执行函数、子系统状态函数；联合仿真状态共有三类：控制器执行信息、子系统执行信息、子系统状态信息。控制器函数包括实例化函数、初始化函数、终止函数、重置系统函数、释放实例函数；子系统执行函数包括仿真执行函数、仿真中断函数、输入参数设置函数、输出参数获取函数。
[0054]
本实施例中，异构仿真模型集成架构使用以太网和dds通讯技术来实现互联、互通、互操作。以太网的交互包括tcp和udp(点对点、广播、组播)。当需要可靠性通讯时，采用的是tcp通讯方式，例如指令的下发及同步；当对其他系统的非可靠通讯时，采用的是udp通讯方式，例如平下显、视镜系统等。由于交互的系统比较多，需要对协议进行标准化及不同系统的协议适配，来确保各个系统更好的融合。
[0055]
需要进一步说明的是，异构仿真系统的想定控制指令处理流程包括如下步骤：当指令交互模块接收到想定控制指令后，进行指令正确性的检验，以确保指令的正确性；当想定指令及数据正确后，对仿真想定xml文件进行解析，解析后的想定数据保存到内部存储模块中，等待仿真执行时使用。
[0056]
具体的，异构仿真系统的协同控制指令处理流程包括如下步骤：当接收到协同控制指令后，进行有效性检查，首先确保指令的正确性；当指令正确后，把指令交给协同控制系统进行相应指令的处理，指令包括传感器参数调整、接力目标制导和机动辅助决策提醒；当协同决策模块收到传感器参数调整时，把调整后的参数保存到内部数据管理模块中，等待下一次仿真解算时，传感器插件进行参数的调整，其他的指令处理流程与上述流程相同。
[0057]
本实例中，异构仿真系统的仿真控制指令处理流程包括如下步骤：当接收到仿真指令后，首先判定当前仿真模拟器的仿真状态，再通过当前状态切换到对应的仿真状态。具体的，异构仿真系统的状态机切换过程包括如下步骤：
[0058]
1)执行仿真初期化指令时，需要加载仿真想定后及未进行仿真的情况，并从内部交互数据中，加载想数据；通过想定数据加载当前仿真配置方案，包括仿真的运行机制及异构仿真插件的执行顺序；对仿真插件进行仿真插件的初期化操作，为开始仿真提供先期的准备工作；
[0059]
2)执行仿真开始指令时，为了获得其他异构仿真系统的仿真数据，订阅仿真数据，然后把订阅到的仿真数据保存到内部交互数据模块中，等待插件解算的使用；按照仿真模型的调度机制进行异构仿真模型的解算，解算后使用外部交互数据管理中的数据发布，把解算后的仿真数据提供给其他的异构仿真系统；
[0060]
3)执行仿真暂停时，按照异构仿真模型的调度机制，对仿真模型进行暂停解算处理；
[0061]
4)执行仿真停止时，按照异构仿真模型的调度机制，对仿真模型进行停止解算处
理。
[0062]
该架构具有扩展性强、稳定性高、兼容性好、性能良好、应用场景广泛和操作简单等特点，采用fmi接口标准化，可以兼容多个异构仿真插件，异构插件使用多线程并发，大幅提高了异构仿真模型的解算效率，可以满足多种场景的仿真实验需求。
[0063]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。