指控為核心的組合式作戰實體模型及其構建方法與流程
2023-06-08 05:47:31 3
本發明涉及計算機仿真領域，特別的，涉及以指控為核心的組合式作戰實體模型及其構建方法。
背景技術：
目前建模與仿真技術被廣泛應用於各領域問題的分析評估和輔助決策，包括：社會應急管理輔助決策、城市交通系統建模與仿真分析、經濟政策仿真評估，尤其是國防領域的作戰方案模擬評估、作戰行動分析與決策，裝備效能分析與評估等。
作戰實體是戰場空間中具有一定軍事行為能力的個體，可與戰場環境或其他實體發生交互，從而影響戰場態勢和作戰進程。作戰實體模型框架是對戰場空間實體建模的核心技術，主要功能是集成作戰實體模型的不同功能模塊，同時集成仿真引擎功能接口，實現實體模型與仿真引擎的交互、實體模型不同功能模塊的交互，以及實體模型與實體模型之間的互操作。
戰術級作戰模擬系統中採用面向對象方法建立作戰實體模型，通常注重作戰行動過程和裝備交戰能力的描述，以便於研究戰術行動問題，評估裝備效能。然而，戰役級作戰模擬系統中研究作戰指揮與控制問題時，通常側重於實體指揮和控制能力，因此，現有的以作戰行動過程和裝備交戰能力為建模重點的作戰實體模型不能有效模擬作戰指揮過程，難於滿足作戰指揮與控制能力的分析和評估需求。
因此，如何設計一種以指控為核心的作戰實體模型框架，將作戰實體的指揮與控制功能作為建模重點，通過實體的指揮與決策能力來控制作戰行動及裝備運用，從而滿足作戰實體指控能力問題研究需求成為現有技術亟需解決的技術問題。
技術實現要素：
本發明的目的在於提出一種指控為核心的組合式作戰實體模型及其構建方法，實現作戰實體指控能力建模的同時，提高作戰實體模型的可擴展性和可重用性，增強作戰實體建模的規範性，以及開發效率。
為達此目的，本發明採用以下技術方案：
一種指控為核心的組合式作戰實體模型的構建方法，包括如下步驟：
步驟一、抽象步驟：抽象作戰實體的屬性、行動和交互，對實體的功能進行模塊化劃分與描述，分為指控功能、感知功能、運動功能、通信功能、資產管理功能、作戰任務與行動執行功能、知識管理與推理功能；
步驟二、框架模型構建步驟：建立作戰實體模型集成框架模型，描述作戰實體的屬性和數據，集成仿真引擎的初始化和功能模塊的接口，同時設計各項功能組件的集成接口；
步驟三、組件建立步驟：根據步驟一中所抽象出的各種功能建立指控組件、任務組件、知識庫組件、感知組件、運動組件、任務組件、通信管理組件和資產管理組件，並建立其他的組件和數據；
其中建立指控組件具體為，根據作戰實體類型、所屬作戰域、所處指揮層級，描述作戰實體的態勢處理、任務規劃與決策、任務與行動執行，同時設計對外接口，以提供給其他功能組件訪問，並調用指控功能；
建立任務組件具體為，對不同的作戰任務進行分解，描述任務和行動的執行業務邏輯過程，設計任務執行參數數據結構，同時設計對外接口，以提供給其他功能組件訪問，並調用任務執行功能；
建立知識庫組件具體為，為不同作戰實體設計事實推理規則和行動觸發規則，
建立感知組件具體為，描述各類型的傳感器模型，為感知組件配置相應的傳感器模型和數據，同時設計對外接口，以提供給其他功能組件訪問，並調用感知功能；
建立運動組件具體為，描述作戰實體的機動行為模型和數據，設計運動計劃數據結構，以及運動計劃執行功能，同時設計對外接口，以提供給其他功能組件訪問，並調用運動功能；
建立通信管理組件具體為，描述各類型的通信網絡模型，為通信管理組件配置相應的通信網絡模型和數據，同時設計對外接口，以提供給其他功能組件訪問，並調用通信功能，發送和接收消息；
建議建立資產管理組件具體為，描述資產的補給、消耗、預留、查詢的功能模型，對資產進行分類描述和存儲，為作戰實體配置各類資產數據，同時設計對外接口，以提供給其他功能組件訪問，並調用資產管理功能；
建立其他的組件和數據具體為：根據作戰實體具有的行為能力和可執行的作戰任務，為其配置各項功能組件和數據，組合成作戰實體模型；
步驟四、模型框架建立步驟：作戰實體模型集成框架加載各項功能組件和數據，初始化功能組件，形成可運行的作戰實體仿真模型。
進一步的，作戰實體模型集成框架是集成各項功能組件，以及仿真引擎接口的平臺，實現了仿真引擎與實體模型及其功能組件的交互，所述作戰實體模型集成框架以指針變量保存各項功能組件，可直接調用各項功能組件的接口函數，功能組件通過實體集成框架可以間接地訪問其他功能組件。
進一步的，所述知識庫包括事實、推理引擎、事實推理規則和行動觸發規則組成，其中事實即知識，是戰場空間中存在的事實；推理引進一步的，
所述感知組件中的各類型的傳感器包括雷達、可見光、紅外、聲吶、人體感知器官中的一個或多個；
所述運動組件能夠模擬空間、空中、地面、水面和水下的運動；
所述資產包括裝備、物資、設施和/或人員。
本發明還公開了一種利用上構建方法所構建的指控為核心的組合式作戰實體模型：
包括實體模型集成框架、指控組件、任務組件、知識庫組件、感知組件、運動組件、任務組件、通信管理組件和資產管理組件，所述指控組件作為實體模型進行推理決策的核心功能，匯集情報、態勢、和其他各類消息，規劃作戰任務與行動，調度其他功能組件，以完成作戰任務和行動。
指控組件與其他功能組件的交互關係為：
(1)指控組件通過訪問接口，控制感知組件中傳感器的開機與關機；感知組件探測戰場空間實體，將戰場態勢傳遞給指控組件；
(2)指控組件對態勢進行處理，將發現的新事實傳遞給知識庫對知識庫中的事實進行更新，知識庫使用規則推理引擎進行推理，產生新的事實或者觸發軍事任務與行動；
(3)指控組件根據態勢信息以及知識庫中的事實進行任務規劃與決策，創建任務組件，並將任務參數傳遞給任務組件，對任務組件進行調度，管理作戰任務的執行，任務組件接收指控組件傳遞的任務參數，並根據任務參數執行相應的軍事任務或者行動。
指控組件通過訪問接口，調用運動組件的功能函數，將運動計劃傳遞給運動組件，同時可以通過運動組件獲取實體的運動信息，運動組件接收指控組件的運動計劃，按照運動計劃執行機動指令；同時向指控組件提供實體的運動信息；
指控組件通過訪問接口，調用通信管理組件，發送消息，實現實體之間的通信，通信管理組件接收到其他實體的消息之後，將消息傳遞給指控組件，觸發相應的消息處理函數；
指控組件通過訪問接口，調用資產管理組件，查詢實體的資產信息，管理資產數據，資產管理組件向指控組件提供資產類型和數量。
本發明還公開了一種上述的指控為核心的組合式作戰實體模型的仿真方法，包括如下步驟：
步驟一：仿真初始化，
步驟二：仿真運行
仿真引擎啟動時間管理和事件管理器，推進作戰實體模型運行，直至仿真時間結束或者事件管理器中所有事件計算完畢；
事件管理器根據事件類型分別映射到指控組件的事件處理功能模塊、感知組件、通信管理組件，進行相應的模型計算，包括：態勢融合處理、消息處理、作戰任務處理；
任務組件接收指控組件傳遞的任務參數，執行相應的作戰任務和行動；在任務執行過程中任務組件能夠訪問知識庫、資產管理組件、運動組件、感知組件和通信管理組件，調用相應的功能；
其中，仿真運行步驟中指控組件及其他各項功能組件，可通過實體模型集成框架中的仿真引擎功能接口，調用仿真引擎功能模塊的功能函數；
步驟三：仿真結束：
仿真引擎調用實體模型集成框架的仿真結束處理接口，對作戰實體實例進行析構，釋放內存，卸載各項功能組件。
本發明針對戰役級作戰模擬系統中作戰實體指揮與控制能力評估需求，以及作戰實體模型的可擴展性和可重用性問題，提出了指控為核心的作戰實體模型框架。基於該框架建立的作戰實體模型及其作戰模擬系統，可以實現作戰實體的智能指揮與決策能力模型，滿足作戰指揮體制及其作戰指揮與控制能力的分析和評估需求。組合式作戰實體模型框架對作戰實體的功能進行模塊化建模，通過模型集成框架來組合各項功能組件，形成完整的作戰實體模型。該框架可以實現各項功能組件的靈活搭配和更換，提高模型的適用性，增強模型規範和開發效率。
附圖說明
圖1是根據本發明的具體實施例的指控為核心的組合式作戰實體模型的框架圖；
圖2是根據本發明的具體實施例的指控為核心的組合式作戰實體模型的構建方法；
圖3是根據本發明的具體實施例的指控為核心的組合式作戰實體模型的指控組件與其他功能組件的關係圖；
圖4是根據本發明的具體實施例的指控為核心的組合式作戰實體模型的運行流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用於解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，為了便於描述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部結構。
本發明的思路為：採用組件化建模思想，將作戰實體的各項能力設計為功能組件，具體而言，將作戰實體具有的感知能力、指控能力、通信能力、運動能力、資產管理能力設計為功能組件，通過作戰實體模型集成框架靈活搭配和組裝各個功能組件，快速構建作戰實體仿真模型。作戰實體模型的指控組件作為核心模塊，調度其他功能組件，模擬指揮員的指控行為，對戰場態勢進行推理分析，規劃和決策作戰任務和行動，調度作戰任務組件，完成作戰任務和行動的執行。
實施例1：
參見圖1，示出了根據本發明的具體實施例的指控為核心的組合式作戰實體模型的框架圖，作戰實體模型包括實體模型集成框架、指控組件、任務組件、知識庫組件、感知組件、運動組件、任務組件、通信管理組件和資產管理組件，指控組件作為實體模型進行推理決策的核心功能，匯集情報、態勢、消息等信息，規劃作戰任務與行動，調度其他功能組件，以完成作戰任務和行動。
實施例2：
參見圖2，示出了根據本發明的具體實施例的指控為核心的組合式作戰實體模型的構建方法，包括如下步驟：
步驟一、抽象步驟：抽象作戰實體的屬性、行動和交互，對實體的功能進行模塊化劃分與描述，基本分為指控功能、感知功能、運動功能、通信功能、資產管理功能、作戰任務與行動執行功能、知識管理與推理功能；
步驟二、框架模型構建步驟：建立作戰實體模型集成框架模型，描述作戰實體的屬性和數據，集成仿真引擎的初始化和功能模塊的接口，同時設計各項功能組件的集成接口；
步驟三、組件建立步驟：根據步驟一中所抽象出的各種功能建立指控組件、任務組件、知識庫組件、感知組件、運動組件、任務組件、通信管理組件和資產管理組件，並建立其他的組件和數據；
其中建立指控組件具體為，根據作戰實體類型、所屬作戰域、所處指揮層級，描述作戰實體的態勢處理、任務規劃與決策、任務與行動執行，同時設計對外接口，以提供給其他功能組件訪問，並調用指控功能；
建立任務組件具體為，對不同的作戰任務進行分解，描述任務和行動的執行業務邏輯過程，設計任務執行參數數據結構，同時設計對外接口，以提供給其他功能組件訪問，並調用任務執行功能；
建立知識庫組件具體為，為不同作戰實體設計事實推理規則和行動觸發規則，所述知識庫包括事實、推理引擎、事實推理規則和行動觸發規則組成，其中事實即知識，是戰場空間中存在的事實；推理引擎是規則推理機制；事實推理規則是從已有某個或多個事實推理得出新的事實的依據；行動觸發規則是從已有的某個或多個事實推理得出需要執行的行動的依據。
建立感知組件具體為，描述各類型的傳感器模型，為感知組件配置相應的傳感器模型和數據，同時設計對外接口，以提供給其他功能組件訪問，並調用感知功能，例如：通過調用雷達傳感器的開機和關機接口，其他功能組件可以控制雷達的開機與關機。
建立運動組件具體為，描述作戰實體的機動行為模型和數據，設計運動計劃數據結構，以及運動計劃執行功能，同時設計對外接口，以提供給其他功能組件訪問，並調用運動功能。其中，所述作戰實體示例性的包括戰鬥機、艦艇、坦克等。
建立通信管理組件具體為，描述各類型的通信網絡模型，為通信管理組件配置相應的通信網絡模型和數據，同時設計對外接口，以提供給其他功能組件訪問，並調用通信功能，發送和接收消息。
建議建立資產管理組件具體為，描述資產的補給、消耗、預留、查詢的功能模型，對資產進行分類描述和存儲，為作戰實體配置各類資產數據，同時設計對外接口，以提供給其他功能組件訪問，並調用資產管理功能。
建立其他的組件和數據具體為：根據作戰實體具有的行為能力和可執行的作戰任務，為其配置各項功能組件和數據，組合成作戰實體模型。
例如：在設計戰鬥機模型時，選擇戰鬥機指控組件、機載雷達感知組件、空中運動組件、通信管理組件、資產管理組件、知識庫組件，以及空中偵察任務組件、對空攻擊任務組件等，同時為其配置戰鬥機屬性參數(最大航速、起飛油耗、最大航程等)、對空攻擊行動規則、對空攻擊彈藥和油料資產等數據。
步驟四、模型框架建立步驟：作戰實體模型集成框架加載各項功能組件和數據，初始化功能組件，形成可運行的作戰實體仿真模型。
因此，通過上述的步驟可以形成以指控為核心的組合式作戰實體模型，基於該框架建立的作戰實體模型，突出了指控的作用，可以實現作戰實體的智能指揮與決策能力模型，滿足作戰指揮體制及其作戰指揮與控制能力的分析和評估需求，採用模塊化組合的設計方法也會簡化了算法，且容易疊加所需要的功能，具有二次開發的潛力。
其中，作戰實體模型集成框架是集成各項功能組件，以及仿真引擎接口的平臺，實現了仿真引擎與實體模型及其功能組件的交互，所述作戰實體模型集成框架以指針變量保存各項功能組件，可直接調用各項功能組件的接口函數。功能組件通過實體集成框架可以間接地訪問其他功能組件。此外，實體集成框架可直接訪問仿真引擎功能接口，以供功能組件調用。示例性的，各項功能組件可以以動態連結庫的方式實現。
指控組件用於模擬作戰指揮員的指控能力，一般遵循OODA模型，具備態勢處理與分析、任務規劃與決策，以及任務與行動執行功能。指控組件作為實體模型的核心，集中處理態勢、情報和消息，智能決策與規劃作戰任務和行動，調度和管理其他功能組件，以及執行作戰任務和行動。
知識庫組件用於實現作戰實體指控決策與智能推理能力的擴展，使用推理引擎來產生新的事實或者觸發作戰行動。知識庫組件可以提供外置的規則編輯功能，增強規則應用的靈活性，以及實體模型的可擴展性。
任務組件用於模擬作戰實體執行作戰任務和行動的邏輯過程，同時實現任務的管理與控制，以及下級任務的分解與調度。
感知組件用於模擬作戰實體的探測能力，是對雷達、可見光、紅外、聲吶、人體感知器官等類型探測設備的功能模擬，負責描述作戰單元對戰場環境的感知。
運動組件用於模擬作戰實體的空間移動能力，包括空間、空中、地面、水面和水下。作戰實體在有運動需求時向運動組件提交運動計劃，運動組件根據該計劃來完成作戰實體的空間移動。
通信管理組件用於實現作戰實體模型的消息註冊、發送和接收功能。當作戰實體需要向其它實體發送消息時，在指定消息類型、消息內容及消息接收者後直接調用通信管理組件的消息發送接口；當其它作戰實體向自己發送消息時，通信管理組件將在一定延遲後觸發本實體的消息處理接口。
資產管理組件用於集中管理作戰實體所擁有的資產(如裝備、物資、設施、人員等)，實現資產的查詢、存儲、消耗和預留等管理功能。
下面以戰略偵察機為例：首先開發戰略偵察機實體模型集成框架，描述戰略偵察機的基礎數據結構，集成仿真引擎的功能接口。然後，為戰略偵察機實體模型集成框架配置戰略偵察機指控組件、戰略偵察任務組件、知識庫組件、感知組件、運動組件、通信管理組件、資產管理組件，同時配置戰略偵察機基礎數據、戰略偵察行動規則、戰略偵察傳感器數據、通信設備數據、油料資產數據等。戰略偵察機實體模型集成框架加載和初始化其他功能組件，並為功能組件賦予指針變量。實體模型集成框架通過指針變量可以獲取功能組件實例，並訪問其對外接口，調用功能組件的函數。同時，功能組件也存儲了實體模型集成框架變量，並通過該變量可以獲取其他功能組件指針，訪問其功能函數。
實施例3：
參見圖3，示出了根據本發明的具體實施例的指控為核心的組合式作戰實體模型的指控組件與其他功能組件的關係圖，指控組件作為實體模型框架核心模塊，可以訪問和調度其他功能組件，並推動作戰任務和行動的規劃與執行，指控組件與其他功能組件的交互關係具體描述如下：
(1)指控組件通過訪問接口，控制感知組件中傳感器的開機與關機；感知組件探測戰場空間實體(例如：戰略偵察機探測敵方空中戰鬥機和地面坦克部隊)，將戰場態勢傳遞給指控組件。
(2)指控組件對態勢進行處理，將發現的新事實傳遞給知識庫(例如：發現敵方空中戰鬥機目標)，對知識庫中的事實進行更新，知識庫使用規則推理引擎進行推理，產生新的事實或者觸發軍事任務與行動，例如：戰略偵察機反覆探測敵方戰鬥機位置，可推測出其航向和速度，當敵方戰鬥機不斷接近時，可觸發戰略偵察機的返回空軍基地行動。
(3)指控組件根據態勢信息以及知識庫中的事實進行任務規劃與決策，創建任務組件，並將任務參數傳遞給任務組件，對任務組件進行調度，管理作戰任務的執行，任務組件接收指控組件傳遞的任務參數，並根據任務參數執行相應的軍事任務或者行動。例如：戰略偵察機在執行偵察任務時，戰略偵察任務組件通過實體模型集成框架獲取運動組件指針，調用運動組件對外接口，實施空中機動任務；調用感知組件對外接口，實施偵察預警任務；調用通信管理組件對外接口，實施通信、協同、情報共享等任務；調用資產管理組件對外接口，實施油料消耗任務。
(4)指控組件通過訪問接口，調用運動組件的功能函數，將運動計劃傳遞給運動組件，同時可以通過運動組件獲取實體的運動信息，包括：速度、位置等。運動組件接收指控組件的運動計劃，按照運動計劃執行機動指令；同時向指控組件提供實體的運動信息。
(5)指控組件通過訪問接口，調用通信管理組件，發送消息，實現實體之間的通信，通信管理組件接收到其他實體的消息之後，將消息傳遞給指控組件，觸發相應的消息處理函數。
(6)指控組件通過訪問接口，調用資產管理組件，查詢實體的資產信息，管理資產數據，資產管理組件向指控組件提供資產類型和數量等信息，體現作戰實體的軍事行為能力，同時約束實體的作戰行動。
實施例4：
參見圖4，示出了根據本發明的具體實施例的指控為核心的組合式作戰實體模型的運行流程圖：
步驟一：仿真初始化
步驟11：啟動仿真引擎，創建和初始化仿真引擎框架。
步驟12：創建和初始化仿真引擎的功能模塊，包括：時間管理器、事件管理器、對象管理器、戰場環境服務、交戰裁決服務等，為作戰實體模型提供所需的各種功能和服務。
步驟13：仿真引擎加載模型，調用作戰實體模型集成框架的初始化接口。同時，作戰實體模型集成框架加載和初始化各項功能組件。例如：戰略偵察機實體模型集成框架加載和初始化戰略偵察機指控組件、戰略偵察任務組件、戰略偵察機知識庫、空中運動組件、戰略偵察機感知組件、通信管理組件和資產管理組件。
步驟14：仿真引擎加載想定，根據想定內容創建和初始化作戰實體實例。
步驟二：仿真運行
步驟21：仿真引擎啟動時間管理和事件管理器等功能模塊，推進作戰實體模型運行，直至仿真時間結束或者事件管理器中所有事件計算完畢。
步驟22：事件管理器根據事件類型分別映射到指控組件的事件處理功能模塊、感知組件、通信管理組件，進行相應的模型計算，包括：態勢融合處理、消息處理、作戰任務處理。
步驟23：指控組件控制感知組件中傳感器的開啟與關閉，獲取感知組件的戰場態勢，對態勢進行處理，更新知識庫的事實，執行規則推理。
步驟24：指控組件接收和處理通信管理組件傳遞的消息，如果是下級向上級匯報的情報信息，那麼更新知識庫的事實，執行規則推理；如果是上級向下級發送作戰命令，那麼執行任務規劃與決策。
步驟25：指控組件訪問資產管理組件，獲取資產類型和數量信息，在資源補給和資源消耗等事件處理函數中對資產進行增加、減少等維護。
步驟26：指控組件訪問運動組件，提交運動計劃，實施機動，同時獲取實體的位置、速度、運動方向等信息。
步驟27：指控組件根據戰場態勢、上級作戰命令、知識庫等信息進行作戰任務規劃與決策，制定作戰任務，加載和調度相應的任務組件。
步驟28：任務組件接收指控組件傳遞的任務參數，執行相應的作戰任務和行動。在任務執行過程中任務組件可以訪問知識庫、資產管理組件、運動組件、感知組件、通信管理組件等，調用相應的功能；
其中，仿真運行步驟中指控組件及其他各項功能組件，可通過實體模型集成框架中的仿真引擎功能接口，調用仿真引擎功能模塊的功能函數，例如：向事件管理器提交新事件。
步驟三：仿真結束：
仿真引擎調用實體模型集成框架的仿真結束處理接口，對作戰實體實例進行析構，釋放內存，卸載各項功能組件。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施方式僅限於此，對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬於本發明由所提交的權利要求書確定保護範圍。