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面向作战效能评估的架构驱动仿真关键技术研究

2019-10-09 17:30:12来源:励志吧0次阅读

1 引言

信息化条件下的战争样式决定了未来的战争将是有高科技的武器装备参与的作战体系与作战体系之间的对抗。这种情形下的作战效 能评估需要全面考察武器装备的系统组成、关键技术、功能部署、作战概念、作战运用等诸方面的影响因素,以得出最合理的综合 评价结果,使得其既能检验和测试工业方设计部门所提供产品的是否达到性能要求,同时也能对军方的采办部门和最终的装备使用 人员提供指导和决策依据。要实现这种由多层次、多侧面、多维度信息要素主导的作战效能评估过程,必须提供一种规范机制,能 够保持武器装备对象在设计、仿真、分析与评估中的连贯性,控制武器装备技术组件以及性能、效能要素的描述、管理与配置等, 确保各层次、各侧面、各维度组成部分在使用过程中的一致性。一体化的架构就是在这种情形下应运而生的一种设计标准。

在现行的开发模式下,面向作战效能评估的仿真过程存在两大弊端。其一,装备体系中各实体在不同的仿真应用中有不同的模型表 示,并且在功能和行为的表达上存在不一致,从而导致不同仿真应用之间在模型语义层面上的互操作存在问题;其二,装备体系的 实体能力、作战概念、方案和流程等信息难以一致地反映到仿真应用中,从而导致仿真结论的可信度不高,作战效能评估的有效性 难以保证。究其原因,归结点在于对建模仿真中攻防对抗双方的作战对象缺乏整体的、全局的、一致的设计。引入先进的基于架构 的思想辅助开发攻防对抗仿真体系,是应对上述难题的一种解决方案,但是如何引入架构标准,实现武器装备架构设计与面向效能 评估的攻防对抗仿真实际应用的结合,成为目前需要解决的重要问题。

2架构驱动仿真应用

2.1 DoDAF标准规范

美国国防部于2004年正式颁布了DoDAF(Department of Defense Architecture Framework)1.0的标准,并将其作为指导武器装备架构开发的纲领性规范在其下属机构中强制推行。DoDAF标准规范的广泛执行,为解决上述问题提供了良好的技术支撑,运用DoDAF规范一方面可以有效解决虚拟采办产品之间的互操作和应用集成问题,避免烟囱式开发模式形成的各种弊端,另一方面基于DoDAF规范描述的模型包含了从装备体系的需求、功能、结构、技术标准到装备体系作战运用等全领域和全视图的要素,在.客观上为武器装备性能、效能及军事效用价值的评估提供了完备的信息输入源。

DoDAF定义了三种主要视图和26类产品。这三种主要视图指作战视图(0V)、系统视图(SV)以及技术视图(TV)。

作战视图为对完成DoD使命的任务、活动、作战元素及信息交换的功能描述。利用作战视图开发架构产品的过程为:首先建立高层作战概念,作战概念涵盖有关的使命联合、指挥构想、条令、策略技术过程等军事领域信息;然后确定作战指挥关系,指挥结构是作战指挥关系的核心内容,由它来决定作战节点之间的功能分配和信息交换;最后描述作战任务的活动、执行规则和过程。

系统视图描述支持DoD作战功能的子系统和连接关系,它将作战视图的信息关联到系统资源。这些支持作战活动描述的系统资源是在作战节点之间进行信息交换的载体。系统视图产品实现和支持DoD使命功能的各子系统结构及其相互关联关系的表达,它详细规定作战视图中描述的功能如何被满足。

技术视图是指导作战系统部件及部件元素构造、交互、依赖性规则的一组最小规则集合,其目标是确保系统的一致性,满足技术和标准特定的互操作需求。在此视图内,系统的功能提交及其向未来标准的转移策略一并进行了保证。

DoDAF上述视图提供了三种定义武器装备架构不同侧面的手段,其重点在于建立三种视图的关联关系,确保实体对象的表达并支持对系统能力的分析。就其本质而言,遵循DoDAF规范开发的模型特点是静态性和描述性,不具备动态的可执行特征,因而不能作为仿真模型直接应用。

2.2架构驱动仿真的技术方案

从驱动方法应用于处理信息交换解决方案的不同,可划分为以数据为中心的驱动模式和以模型为中心的驱动模式。以数据为中心的驱动模式提供结构化的参数数据信息,以数据产生器或数据包装器的形式加入到仿真运行中,为其它仿真成员提供实时数据交互支持。这种模式是以往仿真开发中实现设计时刻与运行时刻信息交换问题而广泛采用的一种解决手段,设计时刻的数据信息可以存储在规范化结构的文本文件中,也可以存储在标准数据库中。以模型为中心的驱动模式提供设计时刻模型的结构、功能、约束、视图信息,将模型表达的语义以整体无损失的形式加入到仿真运行中,为其它仿真成员提供实时的模型交互支持。

上述两种驱动模式在解决信息交换问题时各有利弊。以数据为中心的驱动实现起来较容易,其存储和转换机制已基本成熟可用,但不足之处是不能完整的利用模型中的所有功能信息,从而造成相关语义的损失。而现有的以模型为中心的驱动方式虽然可以实现模型语义的无损转换,但自动化程度不高。

为了解决上述两种模式存在的问题,DoDAF一体化架构驱动采用了基于元模型的驱动模式,其技术参考框架参见图1。该模式的特点在于采用统一的元模型接口规范描述一体化信息模型的构造信息,在运行时解释执行以元模型建立的应用对象,元模型存储在外部的模型库或标准规范格式的文件中(如基于XML),而不是在模型代码中。当DoDAF模型表征的系统能力变化时,只需改变元模型描述,就可以在仿真应用运行时反映出这种能力的变化。实现该技术框架的关键为元建模和异构模型映射与转换技术,下面对其进行简要说明。

3关键技术

3.1元建模技术

所谓元建模技术,是指构建元模型的技术,元模型是对模型建模描述规范的抽象表达,描述规范是对真实世界的系统采用形式化方法表达的概念体系。对模型进行规范定义、验证以及提供模型级交互性的需求产生了元模型。元模型的概念一般建立在四层架构基础上,即模型实例、模型、元模型、元元模型。对模型范式进行元建模的目的是提供开放的、中立的规范以帮助开发人员解决异构模型互操作与转换问题。

3.2模型映射与转换技术

DoDAF一体化架构驱动仿真应用的核心是从DoDAF模型到仿真模型的转换,这种转换需要在两种异构模型的描述规范基础上进行。在本文讨论的仿真应用中,军事概念系统的开发人员采用DoDAF的模型规范表达其领域的相关对象,仿真系统的开发人员基于仿真模型规范搭建模型的结构和描述系统行为。由于两者所属领域的差别,对于相同武器装备对象的描述会产生语法和语义表达上的不同,解决这类转换问题有效的方法为映射技术。映射的基础为元建模过程中建立的元模型规范,其作用为在两个语义等价或者具备确定关联的元模型之间建立对应关系而实现转换。

4结束语

本文提出了DoDAF一体化架构驱动仿真应用的关键技术,目的是将表征武器装备体系能力的需求和其在特定仿真应用上的实现进行对应,使代表装备体系实际对象的能力模型通过抽象、转换、映射、解释执行等方法,导出到仿真应用中实现基于能力的验证、分析与评估。

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