多分辨率建模在联合作战仿真中的应用研究

第29卷第6期指挥控制与仿真V ol.29 No.6 2007年12月 Command Control & Simulation Dec.2007 文章编号：1673-3819(2007)06-0086-04多分辨率建模在联合作战仿真中的应用研究郭强1，2，毕义明1（1．第二炮兵工程学院，陕西西安 710025；2．军事科学院，北京 100091）摘要：针对目前联合作战建模与仿真中存在的困难和问题，运用多分辨率建模（MRM）方法对其进行了探索研究。

对联合作战的作战要素、仿真映射结构进行了分析，探讨了多分辨率建模的主要方法，提出了联合作战仿真的体系结构，并设计了基于多分辨率建模的联合作战仿真模型框架。

关键词：多分辨率建模；仿真；联合作战中图分类号：TP391.9；E837 文献标识码：AStudy on Application of Multi-Resolution Modelingin Joint Operations SimulationGUO Qiang1, 2, BI Yi-ming1(1.The Second Artillery Engineering College,Xi’an 710025,China; 2.Academy of Military Sciences,Beijing 100091,China)Abstract: The multi-resolution modeling (MRM) is used to study the problems in the modeling and simulation of joint operations. The factors of joint operations and the simulation mapping architecture are analyzed. The main method of MRM is discussed. The architecture of joint operations simulation is given. At last, the modeling framework of joint operations simulations based on the MRM is designed.Key words: multi-resolution modeling; simulation; joint operations随着科学技术的不断发展，特别是信息技术在军事领域的深入应用，军队的作战思想、作战样式也在发生革命性的变革。

联合作战已成为信息化战争的主要作战形式。

与此相适应，对联合作战进行科学、合理的概念分析，通过仿真建模，构建能够用于作战分析和研究的联合作战仿真模型体系，不仅能极大地促进我军在信息化条件下的训练和作战水平，而且对于研究联合作战理论，创新联合作战战法，进行联合作战体系建设，都具有十分重要的意义。

1 联合作战仿真分析未来的联合作战和一体化作战不再是单个平台对单个平台、单个系统对单个系统的对抗，而是不同性质、不同种类作战实体共同演化形成的体系对抗行为。

因此，以体系对抗为特征的联合作战建模与仿真与传统的作战模拟无论在描述领域、建模方法，还是在建模重点、评价指标上都有很大的差别，需要我们去深入加以研究。

1.1 作战要素分析作为信息化战争的基本作战形式，联合作战的作战要素与传统作战相比，在组成和结构上都有着显著的不同。

考虑我军现有武装力量的构成以及未来的发展建设，联合作战将以陆、海、空军和第二炮兵现役部队为主要作战力量基础，以空间作战部队、武装警察部队、预备役部队和地方民兵为辅助作战力量。

这些作战力量通过信息网络融为一体，构成一个无缝链收稿日期：2007-06-05 修回日期：2007-07-04 作者简介：郭 强（1975-），男，河南洛阳人，博士研究生，研究方向为国防系统分析、导弹火力运用。

毕义明（1963-），男，教授，博士生导师。

接的作战体系，在战场的全维空间进行整体联动，发挥体系的整体威力。

在这当中，信息网络成为一个极为重要的要素。

一方面，它将各个军兵种部队，各个战场空间、各种作战行动链接起来构成全方位的“一体化”；另一方面，它又将机动、打击、防护、指挥控制、情报信息等其他作战要素综合集成在一起，形成整体作战效能。

需要注意的是，通过信息网络对联合作战各要素进行综合集成并不是简单的相加，而是一种经过融合、优化的综合集成。

作战体系中的各个要素根据作战目的，针对作战样式，结合作战环境，通过资源优选和优化配置而得到一个合理的分配。

这种优化集成是动态的，能够根据政治、经济、外交形势以及战争进程主动协调陆、海、空、天、电各个战场，调整机动、打击、防护、情报、指挥、保障等作战要素，形成一个高效、协调的整体作战体系，实现联合作战效能的最大化。

1.2 仿真映射结构一般来说，对于战争系统，需要在三个领域内对其进行考察，即物理域、信息域和认知域。

物理域是军队企图影响的态势所存在的领域，包括人员、装备、战场环境等，是物理平台以及联结这些物理平台的通信网络所在的领域。

更直观的说，就是现实世界所在的领域。

信息域是信息生成、采集、处理、传输以及共享的领域，它实现了战争中间信息的交流，反映了信息化战争的本质特点。

认知域是感觉、感知、理解、信念以及价值观存在的领域，它存在于人的意识之中，是通过推理、判断做出决策的领域。

由于它是一个无形的领域，因此对其进行量化度量是非常困难的。

对于仿真建模，我们需要将物理域、信息域和认第6期指挥控制与仿真87 知域都映射到仿真域中去。

其映射结构如图1所示[1]。

从图1中可以看出，与三个域对应，仿真域可分为三部分建模仿真：实体、环境等建模仿真，与物理域对应；信息、信息流、信息系统等建模仿真，与信息域对应；指挥、控制、决策等建模仿真；与认知域对应。

物理域中的实体、环境信息经情报、侦察、监视等信息系统转变为信息及信息流进入指挥控制机构，指挥控制机构通过分析判断形成决策，再以指控信息流的形式对本方实体实施指挥控制。

这三部分不是全然分开的，而是相互之间有着紧密的联系。

2 多分辨率建模方法未来战争需要陆、海、空、二炮等诸军种联合作战，这必将使得各军兵种之间的行动结合得更为紧密。

这种多层次的作战行动在纵向、横向上的加强，客观上要求作战仿真模拟与之相适应，建立起多层次、多侧面的仿真模型，以便通过不同分辨率的模型，将不同军兵种在战略、战役、战术各个层次的行动有机衔接起来，体现作战行动之间的联系。

多分辨率建模（Multi-Resolution Modeling，MRM）技术是指对同一现象建立不同分辨率的模型，并且保持这些模型所描述的系统或过程特性的一致性。

它是当前建模与仿真技术的研究热点，是现代建模和仿真的重要发展方向。

美国海军已经将MRM作为大规模仿真的关键技术之一。

目前已提出了多种多分辨率建模方法，比较典型的有[2-4]：1）聚合-解聚法（aggregation-disaggregation）。

这是目前研究和使用最普遍的一种方法。

将多个高分辨率的实体合并形成低分辨率实体的过程称为“聚合”；反之将低分辨率实体分解为高分辨率实体的过程称为“解聚”。

在仿真过程中，一般运行低分辨率模型，当需要获得更多的细节时，触发解聚，执行高分辨率模型；当不再需要细节时，触发聚合、执行低分辨率模型。

聚合-解聚法又可分为完全聚合解聚、部分聚合解聚、伪聚合解聚法等。

聚合-解聚法的优点是计算代价低；可以适时选择合适的分辨率模型，从而节省系统资源；可以产生从现实世界到模型世界的直观映射，容易被模型开发者理解，不同的聚合解聚法结合起来可以解决MRM的一些问题。

但同时该方法还存在一些难以克服的困难。

由于聚合-解聚是通过强迫一个实体进入另一个实体的级别来确保实体在同一个级别上进行交互，因此会带来严重的一致性问题。

此外还存在诸如链式解聚、转换延迟、系统颠簸、网络拥塞、暂态不一致等问题。

相比较而言，解聚比聚合更为棘手。

2）视点选择法（selecting views）。

这也是多分辨率建模的传统方法之一。

在该方法中，模型一直运行在最高分辨率。

当它需要以低分辨率与其它实体交互时，它运用系统辨识等模型抽象技术获得低分辨率模型，然后和外界进行交互。

显然，这种方法能接近实时地执行最详细的模型，比较适合于单武器模型和分队模型。

视点选择法的优点是实现起来比较简单，由于在仿真运行过程中模型基本不发生变化，因此模型间的一致性容易维护。

但其缺点也是显而易见的。

由于在模型运行期间始终执行最详细的模型，只是在输出时提供低分辨率信息，因此系统资源花费非常高。

此外，最详细的模型可能是最复杂的模型，会给模型的建立与分析带来极大的困难，不便于进行探索性分析和灵敏度分析。

3）一体化层次法（Integrated Hierarchical Variable Resolution Modeling，IHVR）。

该方法由RAND 公司的P. K. Davis等人提出，并用来构造兰德公司的政策分析模型。

IHVR 是一种面向过程的参数层次分解方法，其基本思路是：对决定问题关键的效能函数进行参数的层次分解，由高层到低层，将问题中关注的所有变量依据依赖关系建立起分层的多叉树。

在这个树中，具有最低分辨率的变量在层次树的最顶端，最高分辨率的变量则作为树的叶结点。

输人参数按层次变化，一些高层参数既可直接输人，也可由底层参数聚图1 联合作战仿真映射结构88郭强，等：多分辨率建模在联合作战仿真中的应用研究第29卷合获得。

然后根据需要对问题灵活地进行分析处理。

在IHVR中，变量是严格按等级划分的，每个变量仅仅对它所在树的上层变量有影响，分枝之间没有影响，也不存在回路。

这将简化可变分辨率模型构建的难度，可以清楚地看清不同分辨率层次变量之间的关系。

在使用IHVR法时，一个较高层次上的变量仅用一个聚合变量表示，而不是用多个较低层次上的变量表示，因此用户可以根据各层数据的正确性及有效性灵活地输入数据。

IHVR缺点在于确定聚合变量方面还存在许多困难，模型分辨率变化只能从高到低，所以只有聚合，没有解聚。

另外在实际仿真模型中，模型实体、过程等对象、问题之间存在许多复杂的相互影响作用，这些相互作用会扰乱单纯独立分层的树结构。

4）多重表示建模法（Multi-Representation Modeling）。

是指同一现象的多个分辨率模型的联合执行。

其重要组成部分是多重表示实体（Multi-Representation Entity，MRE），MRE能使一个实体的多种分辨率表示同时存在，维护多个分辨率模型的一致性并发表示。

其设计要点是：①在不同分辨率的模型间设置一个映射函数，利用该函数可以实现不同模型的属性间的变换；②由于在不同分辨率模型间的交互中存在有依赖关系的并发交互，所以该方法中存在一个消解策略，通过该策略可以消解这些交互间的相互依赖性；③该方法假设多分辨率模型间存在兼容的时间步长；④该方法通过属性关系图、与具体应用相关的映射函数以及一致性增强器来保证不同分辨率模型之间的一致性。