基于STAGE平台的海军作战仿真设计

・作战模拟与仿真

基于ST AGE平台的海军作战仿真设计Ξ

冯伟强　徐冬梅　陆勤夫ΞΞ

(海军指挥学院　210016)

摘　要:随着仿真技术的发展,仿真在军事领域的作用和所带来的效益日益突出。如何充分地利用仿真技术,提高作战实验的手段并推动军事理论的发展,是作战仿真人员面临的一个挑战。文章介绍了一个较先进的作战仿真平台———ST AGE,它提供了各种工具和框架产生定制的应用仿真程序,缩短了建立复杂作战仿真系统所需的时间。文章还基于ST AGE平台设计实现了一个海军编队防空作战仿真模型。

关键词:海军　仿真平台　作战仿真

1　概　述

随着计算机、通信和软件技术的发展,仿真在军事、工业和经济等领域的作用日渐突出。尤其在军用仿真方面,更是体现了明显的军事和经济价值。目前军用仿真主要应用于武器系统的评估、研发和采购,作战训练,战术实验和军事理论研究等三大方面。在海湾战争和波黑战争中,美军事先都运用仿真手段对打击目标和作战预案进行论证,取得了很好的效果。本文将介绍ST AGE平台在海军战术分析方面的应用,并构建一个基于ST AGE的海军水面舰艇编队防空作战的仿真实例。

ST AGE是加拿大E NGE NUITY(原名为VPI)公司推出的一种用于建立实时作战仿真环境的软件工具。在这个实时的环境中,用户可以加入飞机、舰船、坦克、导弹和地面目标等实体,并通过战术手段(如侦察、通信、交战、破坏)进行实体间的交互作用,实现对作战过程的仿真。它以图形方式给用户提供了使用方便的作战仿真环境,使用户可定义交互式战术场景,并建立复杂的战术仿真系统。

本文首先介绍ST AGE的基本构成和功能,然后探讨如何利用ST AGE提供的开发接口来扩展其功能以更好地符合仿真人员的需要,最后构建一个仿真实例。

2　战术仿真平台ST AGE的体系结构

ST AGE由三部分组成,分别为数据库编辑器DE,仿真引擎SI M和开发工具包DK。各部分相互关系如图1所示。

数据库编辑器(DE):在仿真准备阶段,用DE来构建战术想定中的各作战单元,然后在仿真运行阶段由仿真引擎(SI M)来运行这一作战想定,输出一个不断推进的作战态势。作战想定中的各作战单元存储在场景数据库中。在准备阶段和运行阶段,DE都通过态势显示窗口S AD(Situation Awareness Display)来向用户提供态势显示。

收稿日期:2002-04-06

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Ξ

Ξ东南大学计算机系　210018

仿真引擎(SI M):它是ST AGE的“心脏”,包括实体管理,模型管理,场景管理和实时控制器。模型管理主要有物理环境管理,实体仿真管理和系统管理三大类,如图2所示。仿真引擎根据模型运算推动战场态势的变化实现仿真目的。仿真引擎与DE交互场景和实体信息,通过状态显示窗口显示并对得到的用户干预做出反应。仿真引擎可通过DIS,H LA或共享内存作为与外部仿真系统的接口。

开发工具包(DK—Development K it):DK提供一个开发接口DI(Development Interface)和一组库函数。使用DI,用户能修改仿真模型数据结构以使这些模型适合特殊的需要。利用库函数和开发接口,用户可以开发适合自己需要的仿真模型或修改ST AGE内部已有的仿真模型。

3　扩展ST AGE实现仿真设计

设计作战仿真系统时,如果研究的侧重点不同,则对武器装备和作战行动建模时的仿真粒度,考虑的参数和驱动模型也就不同。如果重点研究武器装备性能对战术行动的影响,则对武器装备的建模应尽可能详尽;如果重点研究作战预案的可行性及可能达到的效果,则对武器装备的建模可以略粗,重点对作战单位的作战行动或任务空间概念模型(C M MS)作细致的描述。总之,应根据各部分对总体仿真性能的影响程度来决定如何建模。ST AGE所提供的数据结构和驱动模型不可能完全符合用户设计特定仿真系统的

需要,因此用户应根据自己的需求来添加新的仿真模型。

扩展ST AGE主要通过三个途径来实现:利用DI扩充ST AGE内部模型的数据结构;增加ST AGE未提供的用户模块;对ST AGE提供的模块,如果用户认为仿真结果可信度不够,可以重新计算。

DI是一个图形化的数据结构编辑器,通过它,用户可以增加能满足自己仿真系统需要而ST AGE又未提供的参数,也可以增加新的实体模型或添加实体模型之间的关系。如果仿真设计中需要考虑飞机的作战半径,续航能力等因素,那么飞机的模型需要计算飞机携载的油料和不同飞行状态下油料的消耗等参数。这些参数ST AGE并未提供,就需要用户通过DI在飞机模型中添加。

当然,对于用户增加的模型参数或构造的模型,需要用户自己构建驱动模块来配合工作,ST AGE提供了所需的接口机制。如:对于ST AGE提供的某模型,如果用户认为功能不够或可信度不够,可以自行开发,并以回调函数(callback function)的方式在ST AGE的仿真模型中注册。当SI M使用到该模型时,将调用用户自己开发的模型函数,如图3所示。

4　编队防空作战仿真设计

海军水面舰艇编队防空作战仿真的主要仿真对象是编队对空中来袭目标的防御,来袭目标包括飞机和反舰导弹。在本例中,主要考虑携带反舰导弹的轰炸机。设攻击方为蓝方,拥有各种机载手段,防御方为红方,拥有防空作战的各种手段。红方编队信息的获取主要靠自己的舰载设备,以外部信息为辅。

建立编队防空作战仿真的目的在于评估防空作战预案的可行性和武器装备的性能。因此,我们重点对武器装备的性能和作战平台的行动方案进行建模仿真。期望得到在现有的武器装备条件下,如何合理采取行动方案,包括目标分配、火力运用、队形变换等,以期最大限度地发挥武器装备的性能。

(1)对武器装备性能的仿真

首先利用ST AGE构建编队防空作战仿真中涉及的各类武器装备的模型及其参数,在编队防空战术仿真中,根据实际组成,主要考虑了以下模型:水面舰艇、飞机、导弹、雷达、火炮和电子干扰。其中水面舰艇又可细分为驱逐舰、护卫舰、导弹艇和辅助船等等。

其中水面舰艇主要考虑以下参数:

①动力性能指标,包括最小速度、最大速度、加速度、减速度、旋转半径等;

②截面因子,该参数用于仿真该实体被各种控制手段发现的可能性,分为雷达因子、声纳因子、目测因子和红外因子;

③防御能力,包括对导弹的防御能力和对鱼雷的防御能力;平台受损之后对其能力的影响,这种影响程度可根据实际装备确定,比如设定50%受损可导致武器系统失灵,60%受损可导致动力系统失灵,80%受损导致沉没等等;

④携载的武器系统,不同类型的舰艇配载不同的武器类型和数量,如导弹的类型和数量、火炮的类型和数量等等。武器装备的性能参数由该武器装备的作战模型来建立;

⑤配备传感装备,如雷达、声纳和红外探测等,具体的性能参数可由对应的作战模型建立;