文摘
各种电子战模型是电子战研究中心开发的。电子战的开放式体系结构框架(OAFEw)已经开发了各种对象模型的可重用性参与电子战仿真和可扩展性的电子战模拟器。OAFEw (SW)是一种基于组件的软件生命周期管理框架的支持。这OAFEw由六组件和十规则定义。本研究的目的是构建一个分布式仿真接口模型,根据OAFEw的规则,创建用例模型OAFEw概念模型1.0版本的引用。这是体现在OAFEw-FOM(联合对象模型)为基于高层体系结构(HLA)的分布式仿真。因此,我们设计和实现电子战实时分布式仿真,可以使用一个模型在MATLAB c++和API(应用程序编程接口)。此外,OAFEw-FOM、电子组件模型和场景的电子战领域设计验证,通过简单的场景和实时分布式仿真之间通过OAFEw-Distributed c++和MATLAB进行仿真界面。
1。介绍
随着科学技术的进步,战争改变了电子战的方面。电子战技术验证通过建模与仿真(M&S)节约成本和时间。玛莎百货已经被公认为最重要的一个系统在国防领域(1]。
电子战的定义是军事行动,涉及使用的电磁能量确定,利用,减少或防止恶意使用电磁频谱,同时维护自己的(2]。三大细分在电子战电子战支持(ES),电子攻击(EA)和电子保护(EP) (3]。
电子战进行建模与仿真(M&S)通过收集各种电子战装备(对象)建模。此时,缺乏电子战M&S的可重用性,可扩展性和互操作性已经退化作用[4]。几项研究已经产生M&S-based框架系统,但是他们没有处理电子战M&S问题域(5]。为了解决这些问题,“开放架构框架电子战(称为OAFEw)”开发,可以实现重用和互操作性的电子战M&S生命周期(4]。OAFEw的基本概念是电子战M&S软件组件将被重组,以适应用户需求的构件共同参考概念模型和规则中定义的所有阶段通过电子战M&S生命周期(4]。
现在,高级体系结构/运行时基础设施(HLA / RTI)已经广泛应用在国防领域的玛莎百货。同时,相关研究正在积极进行(5,6]。此外,美国DMSO(国防建模仿真办公室)要求所有防御M&S发达2000年之后执行RTI的基础上。然而,并没有研究架构框架和HLA / RTI的分布式接口在电子战M&S域。
本文模拟方法,特别是电子战组件互操作性和HLA resusability技术。HLA是一个高层次的概念为异构的分布式仿真模拟器支持互操作性提出由美国国防部(国防部)[7- - - - - -9]。
我们提出一个HLA联合开发方法高度可重用和互操作的基于OAFEw规则和OAFEw参考概念模型。
在下一节中,我们将回顾有关研究工作。和部分3和4描述如何开发OAFEw-based HLA联合。节5,我们将展示其实现并展示演示。最后,我们将在部分结论6。
2。相关文献综述
2.1。OAFEw基本概念回顾
开放体系结构框架的电子战建模与仿真(称为OAFEw)旨在培养容易电子战仿真模型的组成和用于电子战仿真组件的生命周期管理的基础上共同参考概念模型,这样就可以实现电子战M&S的重用和互操作。的基本概念OAFEw如下。
首先,我们组装M&S组件根据电子战场景的基础上电子战参考概念模型。其次,我们使用普通模板组件规范中元素的体现电子战参考概念模型。第三,我们将共同规则组件装配,其实现,重用和管理通过电子战M&S生命周期各个阶段(4]。
OAFEw由概念模型的引用,一个用例模型相互作用,相互影响组件库,和仿真模型,如图所示1。
参考概念模型是一个概念模型电子战真实世界的问题域。指出,一个概念模型是现实世界中实现仿真模型。参考概念模型提供了共同的语义被引用的其他OAFEw成分(4]。
用例模型的相互作用是用例模型的上下文中电子战仿真领域。用例模型的相互作用与一个新场景的某一问题应该得到解决。这样的场景可以制定使用每个用例的相互作用。组件库的相互作用是电子战仿真组件的集合根据规格的相互作用实现的用例。相互作用的组件库中的组件必须有内部接口仿真工具仿真引擎和外部接口等HLA / RTI符合HLA分布式仿真的。因此,有两种类型的组件在组件库的相互作用。这些分布仿真工具组件和接口组件。模拟仿真工具组件执行和仿真数据的集合。分布式接口组件的互操作性组件驻留在其他联合电子战联合会(4]。
仿真模型模拟一个电子战真实世界相关的问题域。组件的仿真模型是由相互作用的组件库。模拟的组件重用组合与一个实验场景关联的问题域4]。
2.2。OAFEw规范规则审查
规范规则约束的规范方法OAFEw成分如参考概念模型、用例模型的相互作用,以及分布式接口模型。图2显示了它们之间的关系的图形描述约束对方。
首先,参考概念模型提供OAFEw成分常见的词典的解释是怎么回事在电子战现实世界。参考概念模型应该被描述使用CML(概念建模语言)。CML元素示意图如图所示3。电子战的CML描述静态和动态属性的实体,一个新元素生成一个事件,事件再次激活元素的行为和改变元素的状态。每一个元素属于一个类别和特点。块和游戏空间继承的元素,他们属于一个战斗空间。为了更全面的建模OAFEw选民的力量,我们事件的概念扩展到三种类型的部分改编自BOM(基本对象模型):过渡事件,消息事件和触发器事件。过渡事件是一个事件,改变一个元素的内在状态。消息事件或事件触发事件发送外部元素。消息事件指定接收者,但是不指定接收者触发事件。
其次,OAFEw用例的用例模型的相互作用必须被捕获,这样一系列的用例可能组成一个实验场景的解决问题。相互作用是相同的概念在BOM的标准是“识别模式——执行动作”的序列涉及一个或多个概念实体出现在电子战的概念模型。“识别模式——执行动作”是一个单步模式相互作用,可能导致一个概念性的实体的状态变化。因此,每个相互作用用例应该指定使用BOM的标准。进一步规范相互作用用例必须使用相同的概念实体的字典,行为,在电子战参考概念模型和事件,因为他们应该彼此分享共同的语义。用例规格然后实现为可重用的组件在组件库的相互作用。为仿真模型提供了可重用的组件构建块。
最后,指定的分布式接口模型应该与HLA对象模型模板(OMT)为了符合HLA。HLA OMT的对象和交互定义使用消息事件或触发器事件的概念模型,以共同的语义在所有的OAFEw成分。
2.3。HLA / RTI审查
高层体系结构(HLA)是第一要务之一美国国防部(DoD)的努力作为一个共同的技术标准以促进网络中各种各样的模拟之间的互操作性之间的分布式环境中或C4I(指挥、控制、通信和情报)系统和武器系统和每个组件的可重用性。
HLA由HLA规则(7),联合接口规范(8),和对象模型模板9]。
重用单元的仿真软件提供了仿真模型实现称为联合。多个联合在一个联邦相互通信通过使用常见的OMT RTI。联合聚合和模拟整个环境;每一个联合的信息和状态变量也可以交换。
RTI是一个中间件实现HLA接口规范。它提供了一个公共服务的仿真系统,如图4并提供联合申报和管理。
在HLA联邦组成的联合,交换信息的形式对象和interactions-concepts将在本指南作进一步的解释。HLA被定义为三个部分:(1)联邦规则,HLA接口规范(2),(3)对象模型模板。
接口规范描述了六个服务管理功能作为协议关于每个联合和RTI之间的功能接口。每个服务提供了以下功能。(1)联邦管理:这是一个服务管理联合会执行。它提供了服务,如创建、删除订阅,撤军、同步、存储和恢复的联合会。(2)声明管理:管理共享对象的subscribe-publish机制之间的联合宣言作为服务管理国家和联合属于联盟之间的信息交换。(3)对象管理:与模拟对象互动联盟创造和发现信息,更新和反映对象,删除,并管理互动消息发送与接收的功能。(4)所有权管理:这是一个服务相关收购或转让的权利更新和删除共享对象是模拟在一个联盟。(5)时间管理:这是一个在联盟运行仿真时间管理服务。(6)数据分布管理:这是一个交换路由服务控制的消息在一个联盟。
3所示。OAFEw-Based HLA联合开发
3.1。电子战参考概念模型
第一个实施OAFEw是其参考概念模型(4]。电子战模拟参考概念模型是一个参考模型的概念模型的现实电子战仿真模型模拟。参考概念模型也是一个共同的语义词典的电子战组件构建一个具体的概念模型。OAFEw参考概念模型的定义是一个模型,描述了通过CML电子战现实世界。
这个概念模型包含整个域电子战玛莎百货。本研究是基于OAFEw概念模型1.0版。
参考概念模型(图1.0版本5)由4部分组成:ECMsystem,WeaponSystem,平台,操作符。每个组件都有事件和他们的行为。这说明,并解释了电子战仿真的过程。
它应该被定义为可重用的基于hla仿真联合建模与仿真。这可以通过定义一个共同进步的使用模型。
可互操作的可用性模型的最重要的作用是表达电子战领域的使用。交互式使用识别和标准化建模单元称为CML相互作用。此外,这个交互式和进步的用例模型成为一个仿真场景的构建块。
3.2。相互作用的用例模型
OAFEw规则3和4定义,使用用例模型的相互作用应该被识别组件电子战仿真规范的模型。用例模型应该按照指定的模板形式共同发展基本对象模型(BOM)的标准(2,4]。
相互作用用例模型由一组相互关联的元素指定元数据信息,参考概念模型信息和类信息。这些信息是使用HLA OMT定义(2)和参考元素概念模型和对象模型之间的映射元素识别类结构。
用例模型是为了减少之间的耦合程度,HLA / RTI和联合层HLA / RTI-based分布式仿真。这个过程需要重用联邦对象模型(FOM)为用户提供一种方式结合组件很容易。这使得许多分布式接口领域。
完成单元bom的FOM的单位元素为hla分布式仿真。用例模型是相互作用的模式:状态机,实体类型和事件类型定义。
首先,接口用例模型的类实体类实体组件提供一个机制来描述的概念实体类型用于表示“发送”和“接收器”确定“相互作用模式”中,开展概念实体标识的角色在一个状态机(2]。
其次,“识别模式——执行动作”模板组件提供一个机制来识别序列“识别模式——执行动作”的必要履行相互作用的模式,这可能是由一个BOM (11]。
最后,状态机模板组件提供一个机制来识别行为状态将展出由一个或多个概念实体。
如图6,OAFEw用例模型的主要目的是定义行动电子战仿真模拟系统和子系统。
电子战仿真场景的单元叫做相互作用。OAFEw-based电子战仿真所需的键相互作用被定义为干扰,ReceiveSignalWithJaming,收到SignalWoutJam,照明。“识别模式——执行动作”、状态机、实体类型和事件类型可以定义根据输出物料清单的标准为每一个行动11]。
这个用例模型是仿真的基本手册电子战领域如前所述,这成为可重用的基本单位BOM FOM HLA联合。
3.3。模型映射(OAFEw-FOM)
如果通过创建用例模型和单元bom OAFEw参考概念模型,之后,我们可以通过发达为HLA仿真获得FOM OAFEw的用例模型。
这FOM叫做OAFEw-FOM。
OAFEw-FOM由HLA对象类和HLA交互。参数是数据字段的仿真实体之间的交互事件发送。对象的属性数据字段,相关数据的集合之间发送模拟。HLA对象/交互类通过相互作用是由实体类型和事件类型映射用例模型。
本节介绍如何开发OAFEw-FOM通过用例模型映射。用例模型允许我们创建HLA仿真对象模型(SOM)和OAFEw-FOM使用两种类型的实体和事件的映射。中定义的每个类型可以引用概念模型。
我们定义事件类型BOM的用例模型区分“消息事件”和“触发事件。“OAFEw的参考概念模型定义了一个触发事件如果没有接收器(或目标)和消息事件如果有接收器(或目标)。
然后,事件类型映射可用于定义对象或交互类的属性和参数根据是否有消息或触发器。
为每个键相互作用生成的bom构建存储库用于HLA联合的对象类和属性/ /相互作用参数通过模型映射过程。这可以称为OAFEw-FOM电子战仿真的HLA联邦。它可以用作字典通过OAFEw-FOM电子战仿真联合术语。表1显示的OAFEw-FOM照亮关键的相互作用,通过生成一个例子参考概念模型和用例模型。
OAFEw的用例模型和分布式接口模型的OAFEw-FOM指定根据HLA / OMT格式。
此外,HLA与对象交互的定义使用消息事件或触发事件。通过基于HLA / RTI的分布式仿真执行上面定义的OAFEw-FOM。
3.4。美联储的一代
OAFEw使用分布式仿真接口基于相互作用的用例模型。HLA接口障碍发生在联合不同fom想分配联合仿真。相互作用用例模型使用相同的HLA / OMT表示格式作为分布式接口模型。的属性和参数通过RTI分布式仿真的数据传输方法,分为对象或交互类。还HLA对象/交互类可以重用在模拟生命周期中没有修改。
如果HLA对象/交互类定义和属性参数选择通过OAFEw-FOM电子战仿真完成,然后美联储(联合会执行数据)文件可以创建为HLA联邦执行。
现在,我们将展示如何创建一个联邦文件基于用例模型。我们将描述美联储HLA OMT生成文件。OMT是一种用于描述一个模拟对象。所有联合仿真属于联邦的代表根据这个模板和交换信息和状态变量。OMT必须使用消息事件或定义触发器事件的概念模型,以共同的语义在所有OAFEw成分。
HLA OMT分为三种类型。
首先,SOM /只有一个联合会,它描述了模拟信息。它定义了一个interpersistent消息联合和交互的消息。这是通过使用用例模型的OMT模型映射过程。例如,战斗机的特点,雷达和导弹平台对应电子战仿真系统级平台可以是HLA归因于一个对象类。事件触发等火和爆炸交互类的设计作为HLA参数。
接下来,OAFEw-FOM由描述属性/参数信息交换实现的联合参与联盟,哪里有一OAFEw-FOM联合会。RTI联合交易所每个联合通过的状态和信息发布-订阅方法,和它描述了关于属性的声明/参数发送、接收和保存。
最后,管理对象模型(MOM)标识的所有属性和交互消息出现在联合会的信息,它描述了信息,它也显示了联盟本身的状态。
HLA 1.3版和1516年版OMT基本相同的功能,但OMT格式略有不同。在HLA 1.3中,联盟执行数据(美联储)文件中使用的标准格式,可以扩展到美联储。mtl扩展。1516年OMT标准格式是一个FDD (FOM文档数据). xml文件,可以扩展,。fdd扩展。在这项研究中,OMT的目的是通过定义类和对象的属性值基于OAFEw-FOM美联储HLA1.3版本的文件格式,如图7。SOM描述的信息和属性的联合,以及这些索姆OAFEw-FOM配置相结合。
之后,设计和实现了OMT集成FOM和妈妈联合会执行和实现文件数据。
通过这种方式,可以创建一个联合会联合会执行文件基于OAFEw引用概念模型术语字典和美联储通过OAFEw-FOM文件生成的。
4所示。OAFEw-Based分布式接口模型
4.1。联合设计大使
美联储定义仿真设计后,我们设计和实现仿真管理服务功能电子战模拟器。详细设计的项目管理服务实现基于组件的互操作性的电子战环境的设备如下。图8显示了OAFEw-based HLA / RTI的分布式接口流循环。
首先,我们创建一个联合大使通过RTI图书馆和托管服务被称为通过RTI。然后我们实现RTIAmbassador要求实现服务是通过联合大使。HLA分布式接口的主例程的电子战仿真设计的RTIAmbassador。
随后,联合加入联合使用joinFederateExecution的实现FederateAmbassador。
之后,如果完成模型的计算条件,模型的计算结果是传播不同的联合。在这个时候,结果值是通过交换RTIAmbassador发布-订阅的方式处理。
处理值包含一个键和值映射到每个实例,可以一起传送,键和值。在这个时候,如果我们使用正常地图容器在Visual Studio提供的,有一个问题重复的键值是不被认为是对象句柄。为了解决这个问题,我们实现的多重映射容器所示算法1这样即使多个属性有重叠值,我们可以构造一个有序对,形成处理。
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当消息处理配置出版时,请求消息传输和时间进程。与此同时,通过RTI叫回来RTIAmbassador按照时间进度联合管理仿真时间。
一个周期的计算模型是通过更新属性随时间推进的许可。仿真模型计算重复,直到结束条件。
为了通过分布式接口模型模拟电子战,电子战平台的组件和模型在dll的格式,和要使用的变量区域值对应于OAFEw-FOM生成。
之后,我们编译dll文件在分布式接口模型和创建了一个实时分布式仿真。
4.2。实时仿真的时间管理
在分布式仿真中,每个联合有不同的操作系统和协议。如果每一个联合的逻辑时间同步实时和基于场景的仿真不执行,因果关系的逻辑是错误的,并不能得出仿真结果的可靠性(9]。
通过RTI联合可以请求时间进步。在本文中,我们实现了时间管理服务RTI在用户提供的API(应用程序编程接口)来构建电子战仿真环境,从而防止错误的逻辑联合参与联盟的时间。
RTI提供两个联合时间管理策略:时间约束和时间调节。时间约束和监管政策的影响的模拟时间从其他联合(表的时间2)。
时间控制的联合,RTI接收不同的联合支持时间戳顺序(TSO)消息。所以,为了防止因果关系错误,仿真时间先进到lbt(低边界时间戳)12]。
另一方面,当时间调节策略应用,RTI TSO消息到其他联合报告。每个联合可以使用所有两个政策,只有一个,没有。如表所示2,联合可以使用时间管理政策来管理联合会和总联合会的时间。
设计OAFEw-based分布式接口模型实现了这两个策略作为单独的功能,这样用户可以选择性地应用功能模块通过用户界面。当用户设置的时间管理联合使用政策,联合时间策略应用通过RTI的模拟。算法2显示了时间步进步的伪代码请求批准的联合使用时间管理政策。
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当添加了电子战仿真的视觉系统,它是适当的模拟逻辑时间以固定时间间隔时间步的方式发展。
因此,使用仿真的时间同步管理,所有事件发送到其他联合在当前时间步计算和先进的下一个时间步。
5。OAFEw-Based分布式接口案例研究
为了验证OAFEw-based分布式接口模型的有效性提出在这项研究中,一个简单的实时模拟不同种类的电子领域,如图9是执行。
工程水平电子战OAFEw模型用例模型由c++语言实现。此外,视觉系统联合仿真控制站,使用MATLAB / Simulink实现联合。每一个c++和MATLAB / Simulink联合包含HLA / RTI服务和组成一个联合美联储相同的文件。
订婚电子战模拟的场景,友好战士穿透敌人雷达基地,爆炸和回报。如果检测到战士在敌人搜索雷达、导弹发射和战斗机被跟踪。在这个时候,战斗机发出干扰信号。仿真终止战斗机被风吹走或逸出超过一定的时间。和干扰的有效性取决于存活率战斗机。
电子战仿真规范bom模型是由键相互作用如图10。模型设计和实现存储和管理的OAFEw模型组件库。
如图11,可以由电子战仿真应用的互操作性装置,可以模拟和可视化和现场环境的互操作性与HLA / RTI。
这个结果证实实时模拟可以很容易地执行没有昂贵和耗时的重新组装,OAFEw的设计目的。
6。结论
各种研究模型在国防电子开发专业化研究中心项目建模根据环境不同开发者的发展项目。项目开发人员需要实时仿真模型运行使用开发工具如MATLAB或Visual Studio模型和测试动态系统。
然而,为了模拟模型在不同的程序中,开发人员需要修改它。为了解决这个问题,本研究介绍了HLA / RTI基于OAFEw联合开发方法。
OAFEw是一种模拟生命周期管理工具,保证了模型的可重用性和互操作性电子战仿真的开发。如果一个OAFEw方法适应电子战玛莎百货的发展,促进电子战的实时分布式仿真模型。电子战场景可以由重组的关键OAFEw的用例模型的相互作用。同样,如果模型通过OAFEw-Distributed仿真界面,有一个优势,电子战仿真可以执行不限于语言如C / c++和MATLAB / Simulink仿真。
我们提出基于OAFEw OFEW-FOM参考概念模型v1.0许多开发人员想要使用OAFEw的分布式接口模拟。OAFEw-FOM有助于映射电子战状态机模型和输入/输出变量HLA属性/参数。联合交换信息OAFEw-FOM还允许开发人员设置/ HLA属性参数通过电子战常见的术语。
发达OAFEw-based分布式接口模型介绍了时间管理的应用程序服务可靠模拟之间的联合。通过这个,各种电子设备开发的模型在未来可以实时模拟的模型开发环境。此外,对于分布式接口模型本身的可重用性,提出的接口模型设计和构建用户界面模块,HLA服务接口模块,和一个OAFEw-FOM模块。
拟议的框架和接口模型进行可行性和有效性通过电子战参与场景和电子战的模型。
在未来,它还必须解决这一问题需要修改代码,以应对美联储的不断变化导致更新OAFEw参考概念模型。要做到这一点,我们需要一个代码生成器,可以自动实现OAFEw-FOM endecoding模块的框架。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项研究受到了国防科学研究所(ADD)和国防采办项目管理(DAPA)通过光州科学技术研究所(要点)电子战研究中心。