基于MAXSim的装备体系作战仿真系统架构设计

第38卷第4期
计算机仿真2021年4月文章编号：1006 -9348(2021 )04 -0005-04
基于M AXSim的装备体系作战仿真系统架构设计
刘帅张宏江2
(1.航天工程大学研究生院，北京101416;
2.陆军装甲兵学院演训中心，北京100072)
摘要:针对装备体系作战试验仿真系统建设的现实需求，以陆军轻型高机动部队装备体系作战试验为背景，利用MAXSim平 台二次开发性好、模型资源丰富、战法编辑方便、仿真实体负载量大等优点，结合装备体系作战试验仿真特点要求，设计了基 于MAXSim平台的装备体系作战试验仿真系统架构，分析了系统功能组成、技术体系结构、运行流程等，研究成果已应用于陆军轻型高机动步兵营装备体系作战试验仿真系统建设，能够为设计开发装备体系作战试验仿真系统提供参考借鉴，从而 为装备体系作战试验仿真规划设计、运行管控、态势显示和结果统计分析等提供了有效手段和平台。

关键词:玛克西姆;装备体系;作战试验;仿真;系统架构
中图分类号:TJ01;TP391.9 文献标识码：B
Architecture Design of Equipment System Operational
Simulation System Based on MAXSim
LIU Shuai1’2,ZHANG Hong-jiang2
(1. G raduate S ch o o l,S p ace E ngineering U n iv ersity,B eijing 101416,C h in a；
2. E xercise and T raining C en tre, Army A cadem y of A rm ored F o rc e s，B eijing 100072，C h in a)
A B S T R A C T： A im ing at the realistic requirem ent of the equipm ent system operational test sim ulation system co n­
stru c tio n, the authors took the light and high m obile arm y equipm ent system opjerational test as the b ack g ro u n d, used the advantages of MAXSim platfo rm, such as good secondary d ev elo p m en t, ab u n d an t m odel re so u rces, convenient war m ethod ed itin g,large sim ulation entity lo a d,e tc. ,a n d com bined the ch aracteristics of the equipm ent system operation­al test sim ulation requirem ents. The arch itectu re of equipm ent system operational test sim ulation system based on MAXSim platform was d e sig n e d, and the system function co m position, technical arch itectu re and operation process were analyzed. T he research results w ere applied to the construction of m ilitary light and high m obile infantry b attal­ion equipm ent system operational test sim ulation sy stem, w hich can be used for the design and developm ent of eq u ip­m ent system operational test sim ulation system. The system provides a reference for the planning and design of eq u ip­m ent system operational test sim u latio n, operation co n tro l, situation display and results statistical a n a ly sis, and pro­vides an effective m eans an d platform.
K E Y W O R D S：M A X Sim；E quipm ent sy ste m；O perational te s t；S im u latio n；System arch itectu re
i引言
装备体系作战试验是以联合作战为背景，以检验装备体 系作战效能与作战适用性，发现装备体系短板弱项，强化装 备体系实战运用，推动装备体系建设为目的，涉及多领域的 成建制、成体系的装备试验鉴定活动，具有实兵对抗组织难、蓝军装备模拟难、实装试验样本少等特点，需要建立有效的
收稿日期:2019 - 08 - 27修回日期:2019-10-08仿真系统，为开展想定编辑、作战仿真、运行管控、分析评估 等提供手段和平台。

本文基于M A X S im通用仿真平台，以陆 军轻型高机动步兵营装备作战试验为背景，研究装备体系作 战试验仿真系统架构设计问题，对系统主要功能、技术体系 结构、运行流程等进行了设计,可为装备体系作战仿真系统 开发提供参考借鉴。

2系统组成
装备体系作战试验具有实体多、行为复杂等特点，MAX-
Sim平台是一个以通用黑板（G B B )技术为交互基础，基于多 Agent建模思想开发出的一个具有开放性的分布式仿真平台 系统，具有二次开发性好、模型资源丰富、战法编辑方便、仿 真实体负载量大等优点，能够满足装备体系作战试验仿真系 统开发需求。

以陆军轻型高机动步兵营装备作战试验为例， 基于M A X S i m 平台设计的试验仿真系统组成如图1所示，主 要包括红蓝兵力及战场环境仿真模型系统、试验运行、态势 显示、运行管控和统计分析功能子系统/单元，在M A X S i m 仿 真引擎及已有基础模型，装备性能、战场环境等数据库的支 撑下，完成试验设计、试验管控、试验运行和试验结果统计 分析。

图1轻型高机动步兵营装备体系作战试验仿真系统组成
3系统功能
系统主要功能框架如图2所示。

其中，仿真模型系统主
要是根据仿真试验需要实现相关环境、装备及行为模型调度 管理，支持实时推演及实验运行模式,模型系统按试验要求 进行重用或开发;试验运行子系统主要是进行试验数据准 备、试验想定制作、试验方案设计与运行、记录仿真过程和结 果数据等;态势显示子系统主要是为系统提供综合态势显示 功能，对兵力实体状态、交战关系、指挥关系、通信链路等信 息进行显示与査询等。

运行管控子系统主要是对系统的运 行方式、运行模式进行管理设置（集中式、分布式运行配置）， 能观察系统仿真模型运行占用资源情况;分析评估子系统主 要针对试验运行子系统收集的数据进行处理,并根据不同的 评估目的确定评估方案，主要包括确定数据、建立评估指标 体系、确定评估模型、进行分析评估并形成评估报告，具备仿 真运行回放功能。

3.1模型系统设计
模型体系涉及陆、海、空等军种机动、探测、打击、毁伤等 各种物理及行为模型，可通过行为规则编辑来表达复杂的战 场行动。

根据装备体系作战试验需求，本着立足现有、适度 扩展的原则对系统模型体系进行设计。

装备体系作战试验 仿真系统主要通过四类模型来表现计算机生成兵力及其之 间的复杂行为与交互，四类模型间的具体关系如图3所示。

1)行为控制类模型
由一个行为控制模型来控制实体的行为,模型按照建模
图2仿真系统功能体系架构
物理执行
数据交互
新状态败据
(状态€新>
]-----新位置
|行为控制类|(
|目标选择控制类~|—
目标选择执行q
]~"C Z Z i l D
图3模型间的关系
人员定义的“规则”，根据实体所处的状态及仿真环境来决定
实体的具体行为。

行为控制模型将这些行为的逻辑指令发 送给逻辑控制类模型。

即行为控制模型对行为进行“解析” 并将这一行为需要进行的具体动作指令发送给逻辑控制类 模型，进行进一步的处理。

2) 逻辑控制类模型
逻辑控制类模型主要负责将行为控制模型传递过来的 逻辑指令转换成一系列简单的实际指令发送给具体的物理 执行类模型。

比如:机动控制模型将“按导航计划飞行”这逻 辑指令转换成顺序到达一系列目标位置点的实际机动指令 发送给运动执行模型。

机动控制模型监测实体的位置，当到 达某一目标点后再发送下一目标点给运动执行模型。

3) 物理执行类模型
物理执行模型抽象地仿真实际装备的基本动作，为上一 层的逻辑控制模型提供基本动作的调用接口，主要负责计算 具体动作的执行结果。

比如:飞机的运动执行模型从逻辑控 制模型得到目标点信息后，根据飞机的当前位置及机动参数 来计算飞机在下一任意时间的位置。

4) 战场环境类模型
环境仿真主要由战场环境仿真系统或其他专业环境仿
—6
—
真系统负责模拟，计算机生成兵力系统的环境交互模型主要 通过环境实体来获取环境仿真数据描述战场环境，并通过更 新黑板描述符实现与系统中其它模型间的交互。

部分环境
模型的数据直接由计算机生成兵力系统的仿真引擎管理，如 地形数据。

部分环境模型数据由计算机生成兵力系统的环 境交互模型获取，如电磁环境模型。

3.2试验运行子系统设计
试验运行子系统主要用于仿真试验的准备、运行及记 录,是进行仿真试验设计及运行，获取试验数据的核心子系 统。

仿真试验准备主要包括基础数据、环境数据及想定数据 的准备;仿真试验运行在仿真平台引擎及模型系统的支持下 根据运行管理系统的配置及控制进行仿真试验;仿真运行的 记录及回放可实现仿真运行数据的收集存储及试验的回放 分析。

试验运行子系统的体系架构如图4所示。

图4试验运行子系统功能架构
3.3态势显示子系统设计
态势显示子系统主要包括信息显示规则管理服务、角色 管理、过滤控制、标号管理、信息显示管理等模块。

由通信管 理模块负责接收订购信息和对订购信息的提交，数据接口模 块主要用于解析数据和存储数据。

面对不同通信方式提交 的数据，数据接口模块将数据统一转换成态势工具内部使用 的串行网络适配器（S N A)数据结构。

将数据保存到内存中 通过获取数据的接口提供给数据管理模块调用。

数据管理 模块主要用于封装査询数据和修改知晓状态的接口。

过滤 管理模块主要用于对数据配置类的修改。

读取到配置文件 中的规则配置，根据配置判定数据是否显示在二维态势界面 上。

信息显示规则管理模块主要用于根据过滤配置调用数 据管理模块的对应过滤接口，整合过滤后的实体数据列表。

态势显示子系统功能架构如图5所示。

3.4运行管控子系统设计
运行管控工具主要用于对系统运行方式及模式进行管 理设置及监控仿真试验运行的软件工具。

主要功能包括系 统运行配置、仿真运行控制及进程监控等。

其体系架构如图 6所示。

运行管控子系统主要由系统运行配置及系统运行监控 两个模块组成，分别实现运行方式、模式及运行节点配置和
设置界面
图5态势显示子系统总体结构图
(推難式）
(评娜式）
M A X Sim仿真平台[_
引擎及模型系统！
运行管控子系统
(仿真控制）
(进離控）
(运行方式）
(运碰式）
图6运行管控子系统架构图
仿真控制及进程监控的功能。

系统运行配置主要对系统运 行的方式（单机、分布式）及系统运行的模式（仿真推演、仿 真试验）进行设置。

系统运行监控主要对系统运行过程中的 运行状态进行监视及控制，如对仿真运行开始、暂停、快进、慢进等进行控制或是对仿真运行中的仿真进程进行启动、停 止及重启等。

3.5分析评估子系统设计
分析评估子系统主要由评估数据输人接口、评估指标编 辑模块、评估方案编辑模块、评估执行模块、评估结果输出模 块构成，主要根据仿真试验运行所采集到的数据进行评估指 标编辑、确定评估方案、执行评估，接收仿真试验准备子系统 的仿真结果数据，并最终输出评估结果，其架构图如7所示。

图7分析评估子系统数据流程图
7
4技术体系结构
工作流程
软件模块
选用分层体系架构进行系统设计,主要包括基础设施、
数据资源、服务支撑和应用等四层，如图8所示。

第一层为基础设施层，构建在硬件设施之上，包括操作 系统、数据库等基本软件支撑环境；
第二层为运行支撑数据层，由相应的数据库和资源库组 成，提供应用系统运行所必须的数据、资源和数据资源访问 支持。

第三层为服务支撑层，采用M A X S i m 仿真平台引擎及模 型系统为软件开发、部署、运行提供支撑，其中模型系统、仿 真想定编辑和运行综合管控、装备及行为建模等部分，是系 统的核心服务支持层。

第四层为应用功能层，系统在基本运行环境、运行支撑 数据层及应用服务支撑层基础上，按需装配相应的应用 功能。

应用功能层
服务支撑层
运行支撑 数据层
基础
设施层
5系统运行流程
系统运行流程如图9所示。

利用实战化对抗试验采集
的数据，进一步校核仿真模型,完善作战规则数据;修改完善 仿真推演系统;开展武器装备体系作战效能评估试验设计， 在同一的作战环境、作战对手、作战任务条件下，代人不同的 装备体系编配方案，进行体系对抗仿真试验，采集、记录仿真 试验数据进行统计分析，并结合其他演习、试验数据,计算武 器装备体系作战效能和体系内各类武器装备的单项作战效 能，通过对作战过程的因果关系及相关指标分析，得到重点 装备对作战体系的贡献率，为形成装备体系作战试验评估结 论提供依据，并能支撑后续开展的装备编配方案优化和装备 性能改进研究。

图8
仿真系统技术体系结构图
图9仿真系统运行流程图
第一步:基于军事想定，利用装备建模工具及行为建模 工具，进行装备及行为模型建模。

第二步:基于装备及行为模型，利用想定编辑工具，将军 事想定转换成符合仿真架构的仿真想定。

第三步:基于仿真引擎,进行仿真推演，利用运行综合管
理工具，可将系统运行模式配置为集中式或分布式;利用想 定监控及管理工具，对想定进行监控及管理，进行二维态势 显示;利用仿真数据记录工具进行数据记录；
第四步:利用仿真数据统计工具进行数据统计;利用仿 真数据回放工具进行回放，对仿真结果作进一步分析。

6
结论
1)
基于M A X S i m 平台设计的装备体系作战试验仿真系
统，在功能结构上能够满足装备体系作战试验仿真需求，能
够为装备体系作战试验仿真规划设计、运行管控、态势显示 和结果统计分析提供有效手段和平台。

2)
基于M A X S i m 平台设计的装备体系作战试验仿真系
统架构，已用于设计开发陆军轻型高机动部队装备体系作战 试验仿真系统，为试验实施提供了有效支撑，未来可进一步 优化系统体系结构、拓展系统应用功能。

参考文献：
[1]
邵作浩，由大德，熊正祥.基于MAXSim 的水面舰艇反导仿真 模型设计[J ].舰船电子工程,2017,37(9) :59 - 64.[2]
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建模[J ].舰船电子工程,2016,38(6) :90 -92.
(下转第15页
）
表2
仿真进场航班运行参数表
航班号落地时刻/s
进场耗时/s
延长航段编号
10113661366—201148614560,2103161014710,2,3,5203173015290,2105185616303,5205197616440,2107210217133,5207222217350,2109235417550,2,3,5209
2474
1754
0,2
5结语
本文提出了一种基于管制策略的4D 进场航迹规划方
法，首先通过基于进场耗时的层次聚类，得到终端区盛行水 平航迹，分析管制员引导策略;其次，使用基于飞行意图的连 续下降进近运行剖面计算方法，得到各机型下降剖面;最后， 建立无冲突水平路径调整模型，为每架航班规划出4D 进场 航迹。

仿真结果表明，本方法可实现终端区航迹自动规划， 对充分利用跑道容量、减轻管制员工作负荷也有一定意义。

然而实际运行中,航空器的机动轨迹并非模型中的直线段形 式，因此如何通过大数据分析，获得更精确的飞机转弯轨迹 并运用于本模型是未来研究的一个重要方向。

另外，如何在 本模型中加人多跑道优化机制也是一个可以改进的方向。

参考文献：
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戴福青（1962 -),男（汉族），江西人，教授，硕士， 主要研究领域为空域规划。

郭祚远（1994-),男（汉族），江苏省无锡市人，硕 士研究生，主要研究领域为空域规划与管理。

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[作者简介]
刘帅（1983 -)，男（汉族），山东栖霞人，讲师，博 士研究生，主要研究领域为装备试验与鉴定。

张宏江（1972 -)，男（汉族），山西祁县人，副教授， 硕士，主要研究领域为装备试验与工程技术。

统仿真学报，2003,18(2): 616-620.
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