0 引言
    隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和軍事需求的不斷提高,，作戰(zhàn)模擬逐步由單機(jī)環(huán)境轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，分布交互式作戰(zhàn)仿真成為研究的重點(diǎn),，各種支撐技術(shù)相繼出臺(tái),，最具代表性和發(fā)展?jié)摿Φ氖腔诟邔芋w系結(jié)構(gòu)(High Level Architecture，HLA)框架下構(gòu)建的作戰(zhàn)仿真系統(tǒng),。計(jì)算機(jī)生成兵力(Computer Generated Forces,，CGF)是作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它通過(guò)一定的協(xié)議把分布在模擬器中的個(gè)體聯(lián)入同一個(gè)虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)綜合仿真,。通過(guò)對(duì)人類作戰(zhàn)行為足夠的建模,，這些實(shí)體能不需要人為的交互而自動(dòng)地對(duì)仿真戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中的事件和狀態(tài)做出反應(yīng)?；贖LA的某自行高炮武器系統(tǒng)模擬訓(xùn)練平臺(tái)是采用HLA的技術(shù),、體制和思想構(gòu)建起來(lái)的先進(jìn)仿真訓(xùn)練環(huán)境，它主要完成高炮的戰(zhàn)法演練,、日常訓(xùn)練,、裝備論證等任務(wù)。高炮CGF是某自行高炮武器模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中的一個(gè)聯(lián)邦成員,，其本身也作為一個(gè)獨(dú)立的聯(lián)邦,，能為受訓(xùn)人員提供交戰(zhàn)對(duì)手或援軍的主要兵力實(shí)體,，其模型的準(zhǔn)確性、有效性,、真實(shí)性將直接關(guān)系到高炮作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練的效果,。由上可知,，構(gòu)建基于HLA的高炮CGF對(duì)整個(gè)仿真系統(tǒng)科學(xué),、有效地運(yùn)行具有重要的意義。

1 高炮CGF的設(shè)計(jì)思想及原則
1．1 設(shè)計(jì)思想
    由上可知,，高炮CGF是作為一個(gè)聯(lián)邦成員加入高炮武器系統(tǒng)模擬訓(xùn)練平臺(tái)的,，如圖1所示，需要說(shuō)明的是,，高炮CGF本身也是一個(gè)聯(lián)邦,，它也有自己的聯(lián)邦成員，本文所研究的就是高炮CGF作為聯(lián)邦其本身的構(gòu)建過(guò)程,。按照聯(lián)邦開(kāi)發(fā)執(zhí)行過(guò)程(Federation Development and Execution Process,，F(xiàn)EDEP)，根據(jù)明確的聯(lián)邦開(kāi)發(fā)目標(biāo)來(lái)開(kāi)發(fā)聯(lián)邦概念模型(Federation Conceptual Model,，F(xiàn)CM),。高炮CGF聯(lián)邦的開(kāi)發(fā)目標(biāo)是建立一個(gè)能夠在高炮武器系統(tǒng)模擬訓(xùn)練平臺(tái)中為受訓(xùn)人員提供交戰(zhàn)援軍的智能高炮兵力實(shí)體，它不僅具有構(gòu)建各種不同類型和功能的高炮的重用能力,，更重要的是通過(guò)給定不同的初始化數(shù)據(jù)可快速重構(gòu)出高炮作戰(zhàn)訓(xùn)練所需要的具有不同層次的指揮決策能力和戰(zhàn)術(shù)行為的仿真智能高炮,。

1．2 設(shè)計(jì)原則
    高炮CGF實(shí)體采用簡(jiǎn)化的動(dòng)態(tài)模型，具有節(jié)省時(shí)間,、充分體現(xiàn)對(duì)象外在特性,、模型易于機(jī)動(dòng)控制的特點(diǎn)。高炮CGF必須符合HLA所提出的聯(lián)邦成員規(guī)則,，才能與HLA兼容,。HLA為聯(lián)邦和聯(lián)邦成員提出了必須遵循的10條規(guī)則，其中聯(lián)邦成員規(guī)則有5條,，分別為：每個(gè)聯(lián)邦成員必須具有一個(gè)符合HLA OMT規(guī)范的仿真對(duì)象模型(Simulation Object Model,，SOM)；每個(gè)聯(lián)邦成員必須能夠更新或反射其在SOM中說(shuō)明的任何屬性,、發(fā)送和接受SOM中說(shuō)明的交互實(shí)例,；在聯(lián)邦運(yùn)行過(guò)程中，聯(lián)邦成員應(yīng)能動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移或接受在它的SOM中說(shuō)明的對(duì)象屬性所有權(quán),；聯(lián)邦成員應(yīng)能改變其SOM中規(guī)定的更新屬性值的條件(例如閾值),；聯(lián)邦成員應(yīng)該能管理局部時(shí)間，從而允許它和聯(lián)邦中的其他成員協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)交換,。
    HLA主要由規(guī)則(Rules),、對(duì)象模型模板(OMT,，Object Model Template)和接口規(guī)范(Interface Specification)3部分組成。在HLA中將仿真應(yīng)用與底層的通信和分布仿真基本功能相分離,，由運(yùn)行時(shí)間框架(Run Time Infrastructure,，RTI)提供的服務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)底層的通信和基本功能，即在一個(gè)聯(lián)邦的執(zhí)行過(guò)程中,，所有的聯(lián)邦成員按照HLA的接口規(guī)范說(shuō)明所要求的方式同RTI進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,，實(shí)現(xiàn)成員間的互操作。高炮CG-F,、聯(lián)邦通過(guò)向RTI請(qǐng)求服務(wù)的方式完成某些操作,，并及時(shí)更新對(duì)象實(shí)例的屬性和交互類屬性。

2 高炮CGF系統(tǒng)的仿真模型
    通用CGF系統(tǒng)中的模型主要有3種,，即物理行為模型,、智能行為模型和環(huán)境模型，只有正確地建立這3種模型,，最后所得到的CGF對(duì)象才是可信的,。高炮CGF實(shí)體一般行為是指高炮在戰(zhàn)場(chǎng)中的物理行為，中間包含了智能行為的實(shí)現(xiàn),，智能行為模型建立在物理模型之上,，在通過(guò)物理模型獲取感知和命令的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)推理產(chǎn)生決策,，并通過(guò)物理模型實(shí)施決策,、產(chǎn)生效應(yīng)，作用于戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,。如高炮實(shí)體在虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中的機(jī)動(dòng),、偵查、開(kāi)火,，射彈散布,，以及高炮分隊(duì)路徑規(guī)劃、隊(duì)形變換,、火控運(yùn)用等聚合級(jí)行為,。根據(jù)某自行高炮的戰(zhàn)斗行為，將高炮CGF的實(shí)體模型進(jìn)行分類,，如圖2所示,。

    高炮攻防對(duì)抗過(guò)程可看成是由一系列離散一連續(xù)事件和活動(dòng)組成，該CGF系統(tǒng)主要由CGF操作員接口和5大模型組成,，即機(jī)動(dòng)模型,、火控模型、毀殲效能評(píng)判模型、數(shù)據(jù)庫(kù)模型和智能決策模型,。
    (1)機(jī)動(dòng)模型,。主要包括進(jìn)攻過(guò)程中單炮機(jī)動(dòng)模型，分隊(duì)作戰(zhàn)的路徑規(guī)劃模型,。
    (2)火控運(yùn)用模型,。主要包括目標(biāo)探測(cè)模型，目標(biāo)選擇模型,，瞄準(zhǔn)射擊模型,，射道分布模型。
    (3)評(píng)判模型,。主要包括紅藍(lán)雙方的毀傷結(jié)果,，并進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,。
    (4)數(shù)據(jù)庫(kù)模型,。主要包括雙方參戰(zhàn)的性能參數(shù)，紅藍(lán)方的戰(zhàn)術(shù)機(jī)制,，高炮的位置,、配置地域等情況。
    (5)智能決策模型,。智能決策模型設(shè)計(jì)是建模的關(guān)鍵環(huán)節(jié),，主要采用人工智能技術(shù)來(lái)進(jìn)行智能決策模型的建立。

3 高炮CGF智能決策模型的實(shí)現(xiàn)方案
    CGF的研究重點(diǎn)在于實(shí)體行為,，尤其是智能行為的實(shí)現(xiàn),。目前，實(shí)現(xiàn)CGF的智能行為主要采用人工智能技術(shù),。高炮CGF行為模型中的智能決策模塊將由物理模型傳來(lái)的信息根據(jù)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行決策,，模塊內(nèi)部由2大部分組成：接口模塊和決策模塊。其中接口模塊由接收屬性模塊,、發(fā)布交互模塊組成,。決策模塊分為決策器模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊,、戰(zhàn)術(shù)控制規(guī)則數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史信息庫(kù)模塊,。決策模塊采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能算法實(shí)現(xiàn)，決策過(guò)程為：決策機(jī)制接收當(dāng)前環(huán)境的狀態(tài)信息,，結(jié)合炮車的自身狀態(tài),，參照任務(wù)目標(biāo)做出決策，產(chǎn)生動(dòng)作控制信息,。在高炮CGF系統(tǒng)中,，先用模糊邏輯的方法對(duì)當(dāng)前態(tài)勢(shì)進(jìn)行分類，判斷所采用戰(zhàn)術(shù)規(guī)則的類別，再根據(jù)規(guī)則庫(kù)實(shí)施戰(zhàn)術(shù)決策,，并對(duì)當(dāng)選戰(zhàn)術(shù)進(jìn)行動(dòng)作規(guī)劃,，再將決策結(jié)果作為控制信息傳回給物理模型實(shí)體。在智能決策過(guò)程中,，需要考慮當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)與規(guī)則條件的匹配,、規(guī)則的搜索、沖突消解,、匹配失敗的處理等問(wèn)題,，同時(shí)還要考慮智能決策的實(shí)時(shí)性問(wèn)題。實(shí)時(shí)決策是指在決策過(guò)程中,，當(dāng)某規(guī)則最適合當(dāng)前態(tài)勢(shì)時(shí),，能夠迅速啟用該規(guī)則，充分抓住戰(zhàn)機(jī),；而當(dāng)所有規(guī)則都不適合當(dāng)前態(tài)勢(shì)時(shí),，要盡快結(jié)束本次決策過(guò)程，以便隨時(shí)迅速進(jìn)入下一輪決策,，決策流程如圖3所示,。

4 基于HLA的高炮CGF系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    基于HLA的高炮武器系統(tǒng)模擬訓(xùn)練平臺(tái)的設(shè)計(jì)是聯(lián)邦的開(kāi)發(fā)過(guò)程，高炮CGF仿真子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則是聯(lián)邦成員的開(kāi)發(fā)過(guò)程,。按照聯(lián)邦成員的開(kāi)發(fā)過(guò)程,，應(yīng)對(duì)高炮作戰(zhàn)過(guò)程、涉及的事件,、構(gòu)建的模型,、工作時(shí)序、輸入輸出信息及與其他仿真成員組之間的關(guān)系等進(jìn)行分析,。
4．1 高炮CGF仿真子系統(tǒng)與其他聯(lián)邦成員的關(guān)系
    由高炮武器系統(tǒng)聯(lián)邦結(jié)構(gòu)圖(圖1)可知,，高炮CGF仿真子系統(tǒng)(紅方成員)與其他子系統(tǒng)(成員組)之間是通過(guò)HLA接口與RTI連接，由RTI實(shí)現(xiàn)成員(對(duì)象)之間的數(shù)據(jù)交換和控制,。
4．2 高炮火控單元射擊指揮過(guò)程分析
    高炮火控單元的射擊指揮過(guò)程,，即火控單元完成對(duì)空中目標(biāo)射擊的全過(guò)程可用下列事件來(lái)表征：目標(biāo)搜索控制、目標(biāo)跟蹤處理,、目標(biāo)威脅評(píng)估及排序,、發(fā)生決策、火控分配,、發(fā)射和殺傷效果評(píng)估及火控轉(zhuǎn)移,。
4．3 信息公布訂購(gòu)關(guān)系
    高炮CGF仿真子系統(tǒng)要完成防空作戰(zhàn)過(guò)程仿真，必須與其他仿真成員之間發(fā)生信息交互,，交互的信息主要有：
    (1)與導(dǎo)演臺(tái)成員組之間訂購(gòu)的交互類包括：?jiǎn)?dòng)仿真運(yùn)行,、暫停和結(jié)束的控制信息；顯示方式、內(nèi)容的控制信息,；武器系統(tǒng)性能參數(shù)信息,。
    (2)公布的交互類包括：防空火控單元的類型、數(shù)量及部署位置(坐標(biāo))信息,；炮彈的飛行軌跡數(shù)據(jù),；防空作戰(zhàn)結(jié)果數(shù)據(jù)等。
    (3)與戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境成員組之間訂購(gòu)的交互類包括：被保衛(wèi)陣地的類型,、編號(hào),、坐標(biāo)等信息；電子干擾手段,、樣式信息等,。
    (4)公布的交互類包括：防空火控單元的類型、數(shù)量及部署位置信息,；預(yù)警雷達(dá)類型,、數(shù)量、及部署位置信息等,。
    (5)與藍(lán)方成員組之間訂購(gòu)的交互類包括：空中目標(biāo)的航跡數(shù)據(jù)(批次,、架次、坐標(biāo),、時(shí)間等)信息；攻擊機(jī)投放的炸彈航跡數(shù)據(jù)信息等,。
    (6)公布的交互類包括：炮彈的飛行軌跡數(shù)據(jù),；火控單元陣地毀傷信息。
    高炮CGF作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的工作流程圖如圖4所示,。

4．4 基于HLA的CGF高炮系統(tǒng)決策仿真實(shí)例
    圖5為基于HLA的高炮CGF系統(tǒng)決策仿真實(shí)例,，本CGF系統(tǒng)中的RTI采用HLA1．3標(biāo)準(zhǔn)，仿真開(kāi)始后,，目標(biāo)信息,、高炮狀態(tài)和炮手決策參數(shù)從輸入端傳人，經(jīng)過(guò)仿真運(yùn)行,，得到炮手決策的相關(guān)參數(shù)和高炮的開(kāi)火狀況,，如圖5所示。

    決策結(jié)果炮手立刻開(kāi)火射擊,。該仿真平臺(tái)能夠模擬火控系統(tǒng)工作過(guò)程的整個(gè)場(chǎng)景,，實(shí)現(xiàn)了比較逼真的火控系統(tǒng)工作過(guò)程的決策行為模擬。

5 結(jié)語(yǔ)
    在HLA框架下實(shí)現(xiàn)高炮CGF,，用少量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)達(dá)到大量增加戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)體,，擴(kuò)展作戰(zhàn)仿真規(guī)模的目的。下一步工作中要繼續(xù)完善聯(lián)邦成員的各種模型，使之成為一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)HLA接口和完善功能的聯(lián)邦成員,，并按照OMT一致的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)高炮CGF的聯(lián)邦對(duì)象模型(Federation Object Model,，F(xiàn)OM)，給出其核心類表,。同時(shí),，要進(jìn)一步提高CGF系統(tǒng)的自治性，將所研制的CGF系統(tǒng)置于分布式虛擬環(huán)境中,，以提高基于分布式虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的軍事演練的真實(shí)水平,。