来源：第三维度
    作者：常伟，张冉，陈琦，徐忠富
    单位：国防科技大学电子科学与工程学院
          中国人民解放军63880部队

    摘要：电子战仿真训练基于建模仿真与计算机技术，其意义在于为仿真对抗演练高级训练模式创造条件。以电子战训练仿真系统开发为应用背景，提出了一种基于高层体系结构(HLA) 仿真系统的分析与设计方法，以通信对抗训练仿真为例，展示了所提出的方法的可应用性，联邦成员代码自动生成工具与统一建模语言(UML) 的应用提高了电子战训练仿真系统分析与设计的效率。

    0 引言

    电子战是指敌对双方在雷达、通信、光电等领域为争夺电磁频谱的使用权和控制权而进行的军事斗争。电子战仿真训练基于建模仿真与计算机技术，建立由各种模型构成的、逼近实战的电子战虚拟战场环境。参训人员(各级指挥人员和参谋人员) 在电子战过程和规则模型、武器和装备模型、地理和电磁环境模型等的约束和限制下，与虚拟战场环境交互，实施指挥与作战行动，扮演不同的对抗态势，考察不同对抗态势中电子战武器装备作战效能的时空特性，研究和掌握武器装备的合理运用方法，加深对电子战需求、原则、战术战法的理解，探索电子战装备技战性能的革新需求，为电子战装备建设和规划提供参考依据。

    电子战仿真训练的意义综合体现在以下几个方面：

    ① 革新训练模式，通过仿真训练可以对实兵实装训练方案进行预演和优化，对实兵实装训练的导调人员和对抗双方进行事先培训，并可对实兵实装训练演练过程进行事后回放重演；

    ② 仿真训练可以依托逼真的电子战虚拟综合环境，解决困扰电子对抗部队训练演练的缺对手、缺目标、缺环境等“瓶颈”问题；

    ③ 仿真训练可以克服场地、人员、装备、时间等限制，以人机交互的方式实现大规模的、低消耗的、灵活的、可重复的、安全保密的训练演练；

    ④ 在联合作战实验室框架中，实现联合作战背景下的电子战训练演练；

    ⑤ 通过采用先进的分布式仿真技术，可以将各种真实的、虚拟的、计算机生成的兵力和装备以及作战指挥控制系统等“无缝”集成，构成实兵实装训练和仿真训练一体化的训练演练环境，为实现首长机关带实兵的仿真对抗演练高级训练模式创造条件。

    高层体系结构(highlevelarchitecture，HLA) 是指导分布式仿真系统设计、实现与运行、促进仿真应用互操作和重用的技术体系结构，在电子战仿真中得到广泛应用。本文提出了一种基于HLA的电子战训练仿真系统的面向对象的分析与设计方法。

    1 电子战训练仿真系统分析与设计

    HLA联邦开发与运行过程模型(federationde—velopmentandexecutionprocess，FEDEP) 是一个高层次框架，描述了针对大多数HLA联邦开发具有一般性的活动。在进行基于HLA的电子战训练仿真系统开发时，需要对FEDEP模型进行剪裁。参照HLA—FEDEP模型，本文把基于HLA的电子战训练仿真系统的分析和设计过程划分为相互关联的6个步骤，如图1所示。这6个步骤完成电子战训练仿真系统联邦模型的分析与设计，为联邦仿真软件的编程实现以及联邦的集成、测试和运行奠定基础。

图1 基于HLA的电子战训练仿真系统的分析和设计过程

    1.1 电子战军事想定设计

    军事想定由军事人员(例如作战指挥人员) 定义，用军事术语描述。电子战军事想定说明电子战背景、基本假设、作战企图、兵力使用原则、作战双方的部队番号/编队名称、作战任务、攻击方式、作战地域、初始位置、兵力规模和部署、装备配备、指挥和通信关系及流程、基本的指挥和交战过程(包括作战命令的发出时间、命令的发出单位和接收单位、命令内容、部队行动路线、作战行动等) 、战场地理和电磁环境、物质和装备消耗标准和保障及医疗救护情况等。

    为了便于生成和管理电子战军事想定，需要建设电子战军事想定管理系统或应用已有的想定管理系统，提供独立于特定仿真应用的想定输入、存储、管理与演示功能，保持想定数据的独立性，允许想定的剪裁和重构。

    1.2 仿真资源准备

    仿真资源为仿真建模、仿真系统的运行、仿真结果的评估与分析提供可重用的基础数据、模型、方法和工具。针对电子战训练仿真系统的开发、运行和评估分析，需要准备的仿真资源包括：作战实体性能数据、作战实体关系数据、综合自然环境(包括陆地、海洋、大气、太空及电磁环境) 数据、电子战效能评估分析方法、作战实体的矢量军标、指挥和作战文书、初始态势配置数据、目标航迹数据、导弹弹道数据等。

    1.3 联邦用户及用户需求分析

    基于军事想定和仿真目标，确定训练仿真系统的用户(人或其他软、硬件系统) ，建立联邦用户需求模型。联邦用户包括使用者和操作者。联邦使用者利用训练仿真系统实现各自的功能需求，或通过仿真运行理解各自作战使命的实现过程和结果。联邦操作者利用训练仿真系统，控制仿真训练过程，记录仿真数据，回放仿真过程和结果等。联邦所有用户代表了联邦的外部环境，通过明确和划分联邦用户的职责和联邦的职责，训练仿真系统的范围得到限定。

    电子战训练仿真系统的典型使用者包括：红方人员、蓝方人员、导演和调理人员、分析评估人员(战术战法和装备研究人员) 等。电子战训练仿真系统的典型操作者包括：仿真控制人员、仿真数据记录与管理人员、仿真回放人员等。

    1.4 联邦功能需求分析

    建立联邦的功能需求模型，明确联邦所要实现的功能用例，以满足联邦使用者的使用需求，支持联邦操作者的操作需求。功能用例描述联邦运行时提供的功能，概括一组动作序列，联邦执行这些动作产生对特定用户可观测的、有价值的结果。一个联邦用户必须与至少一个功能用例相关联，否则，或者表明联邦功能需求分析不完备，或者说明该用户无存在的必要性。在功能需求分析阶段，统一建模语言(unifiedmodelinglanguage，UML) 用例图(usecasediagram) 可以用来建立联邦用户、功能用例以及它们之间关系的可视化描述。

    1.5 联邦组成分析

    依照联邦用户和联邦功能用例的关联以及联邦功能用例之间的相互关系，确定构成联邦的各成员，建立联邦总体模型。每个成员实现一个或多个功能用例。电子战训练仿真系统联邦成员通常包括：指挥模拟成员、作战模拟成员、训练过程和结果显示成员、导调成员、训练评估成员、仿真控制成员、仿真数据记录与管理成员、仿真回放成员等。

    1.6    联邦结构和行为的分析与设计

    分析每个联邦成员的功能流程，设计每个联邦成员的仿真对象模型SOM，在用联邦成员代码自动生成工具生成联邦成员仿真软件框架代码基础上，设计每个联邦成员的结构模型和行为模型，为联邦仿真软件的编程实现以及进一步的联邦集成、测试和运行奠定基础。

    (1) 联邦成员功能流程分析与SOM设计

    如上所述，每个联邦成员实现一个或几个功能用例。联邦成员功能流程分析的目的是分析联邦成员在执行这些功能用例时所执行的动作流以及动作执行的输入和输出对象，重点是体现与当前联邦成员和联邦中其他联邦成员的输入输出交互有关的动作。这些动作或者以来自其他联邦成员的对象作为输入，或者产生对象输出给其他联邦成员。在此基础上，描述当前联邦成员与其他联邦成员的信息交互，开发当前联邦成员的仿真对象模型SOM。

    (2) 联邦成员结构模型设计

    用户需要根据联邦成员仿真运行过程和功能需求，定义一系列内部的类和接口，实现公布对象类实例属性更新值的计算、订购对象类实例反射属性值的处理、公布交互类实例参数的初始化、响应对订购交互类实例参数的处理结果、联邦成员的界面显示、数据记录等功能。用联邦成员代码自动生成工具生成类和用户定义的内部类和接口共同构成联邦成员结构模型。可采用UML类图(c]assdiagram) 作为联邦成员结构模型的主要表现形式，描述所有类和接口的属性和操作以及它们之间的关系(包括依赖、关联、聚合、泛化/继承、接口实现与使用等) 。

    (3) 联邦成员行为模型设计

    联邦成员行为模型体现联邦成员所包含的类的实例(对象) 之间的交互关系及其随时间变化的特性等。联邦成员行为模型可采用UML顺序图(se—quencediagram) 作为主要的表现形式，主要体现当前联邦成员与用户编程有关的对象的交互。这些交互包括：更新并发布公布对象类实例属性值、反射并处理订购对象类实例属性值、初始化并发布公布交互类实例、接收并处理订购交互类实例等。

    2    示例：通信对抗训练仿真系统分析与设计

    2.1 军事想定

    背景是红蓝双方的通信对抗。红方是一个超短波通信对抗群，包括1个超短波通信对抗侦控站和3个超短波通信干扰站。该电子对抗群以扇形在阵地上进行部署，通信干扰站之间相距2km，且每一个通信干扰站距前沿阵地2km。超短波通信对抗侦控站在通信干扰站组成的扇形的中心位置部署，距前沿阵地8km，且距每个通信干扰站6km。超短波通信对抗侦控站对蓝方的通信电台进行侦察，并根据侦察结果进行干扰资源分配，指挥超短波通信干扰站1、超短波通信干扰站2及超短波通信干扰站3，对蓝方的超短波战术指挥通信网进行瞄准式噪声压制干扰。

    蓝方的一个营指挥所与所属的1连、2连、3连指挥所用超短波定频半双工电台组成一个语音通信战术指挥通信网。3个连指挥所围绕着营指挥所1km处进行部署。为了抗红方的干扰，他们事先编制了一套抗干扰通信预案，这个预案包括一系列备频，在通信受到红方干扰后，按照抗干扰通信预案改换通信频率。

    2.2 仿真资源

    开发当前仿真系统所需的仿真资源主要包括：作战地域的数字地形图；红蓝双方装备的位置信息；红方侦控站和干扰站的主要技战术指标；蓝方通信电台的技战术指标；蓝方的抗干扰通信预案；红蓝双方装备的军标符号。

    2.3 用户及用户需求

    通信对抗训练仿真系统主要训练红方的通信对抗侦控站指挥人员的指挥决策能力及通信干扰站操作人员执行干扰操作的能力。蓝方作为受训方的对抗方使用本系统，负责编制抗干扰通信预案，并且根据预案，在蓝方电台受到干扰时，改换蓝方战术通信网各专向的通信频率。另外，训练管理人员(白方人员) 需要对红蓝双方的仿真训练过程进行监视，实时掌握红蓝双方的态势发展，根据红蓝双方在仿真训练过程中的表现，进行事后训练讲评。

    2.4 联邦功能需求

    明确了当前训练仿真系统的用户及用户需求之后，确定通信对抗训练仿真系统的基本功能用例如下：

    (1) 侦察及指挥引导。模拟红方侦控站对蓝方发射的通信信号进行搜索、测量、分析，生成侦察情报并保存。侦控站指挥员根据侦察的结果，对蓝方的通信网进行分析，生成干扰资源分配方案，引导3个通信干扰站对蓝方的通信网进行干扰。

    (2) 干扰。模拟红方干扰站对蓝方施放干扰的战术动作。干扰站操作员根据侦控站指挥员的干扰引导指令，设置干扰频率、干扰带宽、干扰样式和干扰功率，施放干扰。

    (3) 通信及抗干扰。模拟计算并显示蓝方通信网中各个电台受红方干扰的程度。电台操作员根据受电台干扰的程度和抗干扰通信预案改换通信频率。

    (4) 态势综合显示。综合显示红蓝双方装备的部署、红方侦察结果、红方实施的干扰操作、蓝方通信及受干扰等态势信息。

    (5) 评估。根据预定的评估原则和评估方法，对红蓝双方在仿真训练过程中的表现，进行实时或事后评判。

    (6) 仿真过程控制。对整个仿真训练过程进行控制，包括仿真初始化、仿真开始、仿真结束、仿真暂停、仿真恢复等。

    (7) 记录。记录仿真训练过程中产生的态势、侦察情报、干扰效果等数据。

    (8) 回放。回放仿真训练的过程。

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