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一体化CGF仿真支撑平台

一、产品简介
计算机生成兵力(CGF:Computer Generate Force),是指利用计算机生成的具有一定战术行为的智能仿真实体,可提供红、蓝军战场兵力和装备动态,提高虚拟战场环境的真实性、对抗性与复杂度,在作战仿真中有着广泛的应用。
一体化CGF仿真支撑平台采用层次化设计思想,建立了5层体系结构,如图1所示。
一体化CGF仿真支撑平台体系结构
图1  一体化CGF仿真支撑平台体系结构
 
以此为基础,设计了实体模型接口、行为模型接口、平台服务接口、仿真引擎接口四类接口规范,开发了模型生成工具、模型组装工具、行为建模工具、联邦设计工具等用户工具,为仿真试验、模拟训练、战法演练等多种军事仿真应用中的CGF提供了一个集中式的开发和仿真环境环境。
 
二、系统特点
1. 提供了CGF建模仿真的全生命周期支持工具
提供的用户工具包括:
实体模型开发/组装工具
行为模型开发/组装工具
模型管理工具
作战想定编辑工具
联邦生成工具
联邦成员生成工具
仿真部署工具
分布式仿真引擎工具
记录/回放工具
作战效能评估工具
这一系列工具使得CGF平台形成了“建模-部署-仿真-评估”的全过程支撑能力,如图2所示。
 
丰富的用户工具提供了建模-仿真的全过程支持
图2  丰富的用户工具提供了建模-仿真的全过程支持
(1)仿真想定生成工具
建立了基于MSDL规范的想定描述语言框架,实现对虚拟兵力的立场、兵力部署、组织结构、指挥关系、任务定义等方面的描述;建立了图形化的想定创建工具,提高了想定创建效率。(图3)
仿真想定生成工具
图3  仿真想定生成工具 
(2)实体建模/组装工具
通过系统提供的接口模板和模型模板,通过可视化工具,可建立仿真对象的各功能组件(包括机动、火力、防护/毁伤、传感器等10类);基于实体模型接口规范,可将仿真对象的各个功能组件组合在一起,并配置型号相关参数,形成完整的特定仿真对象。同时通过“模型生成”功能可自动生成模型代码框架。(图4)
 
实体模型组装
图4  实体模型组装:将多个功能组件组合,形成型号对象
 
(3)行为建模/组装工具
实现了基于有限状态机(FSM)、规则集、动作集等多种描述方式的行为建模工具,并可以流程图方式进行组装,建立更加复杂的行为过程(图5)。
 
基于流程图的行为组装
图5. 基于流程图的行为组装
(4)仿真工具
仿真工具支持基于HLA/RTI的仿真应用,包括:(i)联邦设计工具:对整个仿真系统的节点分布进行设置;(ii)联邦成员设计工具:对每个仿真节点界面进行设计,并与仿真数据关联;(iii)部署分发工具:按照联邦设计,把仿真相关的程序、文件、数据部署到对应节点上。(图6)
 
仿真工具示意图
图6. 仿真工具示意图
 
2.支持基于本支撑平台模型规范和实体模型模板的软件代码开发
基于模型规范,支持从基本的功能组件到作战单元的模型组装开发,藉此建立了海、陆、空代表兵力;能形成模型规范技术报告和基本模型模板软件;可自动生成虚拟兵力模型软件代码框架,并形成相应的典型模型库。其中:
空中兵力包括对空作战飞机、对地作战飞机两类,可执行对空作战、对地作战、预警指挥、电子战4类作战任务。可具体表现的行为包括:机场待命、空中待命、预警指挥、对面攻击任务、升空拦截任务等等。
 
 
 空中兵力执行任务过程
图7  空中兵力执行任务过程
地面兵力包括主战坦克、装甲输送车、步战车、两栖战车、自行火炮、高炮、防空导弹,可表现的行为包括:航路点机动、编队机动、火力打击、情报侦察等等。
 
地面兵力执行任务过程
图8  地面兵力执行任务过程
海上兵力包括中、美、日、台四方的主要作战舰艇、潜艇模型。可表现的行为有:航线运动、编队运动、编队协同防空、舰艇对岸火力打击等等。
 
海上兵力执行任务过程
图9  海上兵力执行任务过程
图7、图8、图9分别为空中兵力、地面兵力、海上兵力执行任务示意图。
3.支持多节点并行和多CPU并行
开发了具有并行能力的分布式仿真引擎,支持将仿真对象分散到多个仿真节点上,自动执行加载、计算以及数据交互过程。仿真引擎支持单节点上的多CPU并行运行和负载均衡调度,有效提高分布式仿真效率。经过测试,当仿真场景为4个联网的仿真节点、每节点4核CPU、共150个仿真对象时,仿真加速比最大可达到5.76,实现了最快约8.68毫秒一帧的仿真速度。图10为多线程并行处理示意图。
 
结合多线程,基于线程的并行处理
图10  结合多线程,基于线程的并行处理
 

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