基于HLA的分布式雷达对抗仿真系统

维普资讯 http://www.cqvip.com 雷达与对抗　２００６年　第４期　７　基于ＨＬＡ的分布式雷达对抗仿真系统　丁友峰，何祥　（南京船舶雷达研究所，江苏南京２１０００３）　摘要：以雷达对抗仿真为背景，介绍了一种基于ＨＬＡ的分布式信号级雷达仿真系统的设计与　实现。给出了仿真系统的功能模型及其在ＨＬＡ仿真框架中的具体实现，并讨论了系统的仿真时　间管理机制。　关键词：雷达对抗；高层体系结构；分布式仿真；信号级仿真　中图分类号：ＴＮ９７４文献标识码：Ａ文章编号：１００９－０４０１（２００６）０４—０００７—０３　Ａｎ　ＨＩＡ．ｂａｓｅｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｒａｄａｒ　ＥＣＭ　ＤＩＮＧ　Ｙｏｕ－ｆｅｎｇ，ＨＥ　Ｘｉａｎｇ　（Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｍａｒｉｎｅ　Ｒａｄａｒ　Ｉｎｓｔｉｔｕｅ，？Ｃａ彬ｎｇ　２１０００３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ　ＨＬＡ．ｂａｓｅｄ，ｄｉｓｔｉｂｕｔｒｅｄ，ｓｉｇｎａｌ－ｌｅｖｅｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ｒａｄａｒ　ＥＣＭ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｔｓ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｍｏｄｅｌ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＨＬＡ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｓ　ｇｉｖｅｎ．　Ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｈｉｔｓ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒａｄａｒ　ＥＣＭ；ＨＬＡ；ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｅｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｓｉｎａｇｌ—ｌｅｖｅｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　１　弓Ｉ　言　ＨＬＡ（Ｈｉｓｈ　Ｌｅｖｅｌ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ），即高层体系结构，　是由美国国防部建模与仿真办公室于１９９５年提出的　一统，并利于它们之间互操作性和重用性…。它将实现　某种特定仿真目的的仿真系统称为联邦（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ）。　联邦由联邦对象模型、若干联邦成员和运行支撑环境　ＲＴＩ（Ｒｕｎ　Ｔｉｍｅ　Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）构成。它属于一种层次　概念，可以是更复杂系统的一个联邦成员。　运行支撑环境ＲＴＩ是ＨＬＡ接口说明的实现平台。　个仿真技术框架，其目的是解决各种类型仿真应用　之间的互操作和仿真部件的可重用，其显著的特点是　通过运行支撑环境ＲＴＩ提供通用的、相对独立的支撑　服务程序，将仿真应用层同底层支撑环境功能分离开，　它是ＨＬＡ运行支撑结构规范的软件实现，联邦运行的　核心，为联邦成员提供运行需要的联邦管理、声明管　对象管理、时间管理、所有权管理以及数据分发管　即将具体的仿真功能实现、仿真运行管理和底层传输　理、三者分离，隐蔽了各自的实现细节，从而使各个部分可　理６种服务。ＲＴＩ组件又分为中央ＲＴＩ组件和本地　以相对独立地开发，同时实现应用系统的即插即　用…。　ＲＴＩ组件。中央ＲＴＩ组件负责协调管理整个联邦，而　本地ＲＴＩ组件负责与中央ＲＴＩ组件进行通信，完成本　联邦成员与其他联邦成员之间的数据交换。仿真系统　与传统分布式仿真系统相比，基于ＨＬＡ的仿真系　统有较强的系统扩展性、更好的互操作性和仿真部件　的可重用性，更适合于军事领域的电子对抗仿真研究。　的联邦开发中使用的是Ｐｉｔｃｈ公司的ｐＲＴＩ　１．３作为运　行支撑环境，ｐＲＴＩ实现了与平台无关的、ＨＬＡ接口规　范中定义的所有服务。　２　ＨＬＡ概述　ＨＬＡ应用系统框架是一种开放式框架，能尽量涵　盖建模与仿真领域中所涉及的各种不同类型的仿真系　收稿日期：２００６－１０－２０　ＨＬＡ对象模型模板是一种描述ＨＬＡ对象模型的　标准结构框架，由一组刻划对象的类、属性和它们之间　的相互关联的成分组成。它提供了用于支持不同联邦　成员间交换公共信息和协调运行的机制，主要包括以　作者简介：丁友峰，男，１９８０年生，从事雷达总体、课题预研及仿真工作。　维普资讯 http://www.cqvip.com ８　雷达与对抗　２００６年　第４期　雷达主控联邦成员　下表格：对象类结构表、交互类结构表、属性／参数表、　枚举数据类型表、复杂数据类型表、联邦对象模型　（ＦＯＭ）和仿真对象模型（ＳＯＭ）。　为了保证在联邦执行阶段各个仿真应用之间能够　正确地交互，ＨＬＡ规则定义了在联邦的开发阶段遵守　的一套规则。该套规则包括１０条，其中前５条规定了　联邦必须满足的要求，后５条规定了联邦成员必须满　雷达发射／接收联邦成员　雷达信号处理联邦成员　运　雯　撑　环　境　战情（Ｓｔａｇｅ）联邦成员　（脚）　足的要求。　３　仿真系统的设计与实现　３．１系统的功能模块　仿真系统的功能模块主要包括雷达主控、发射／接　收、信号处理、数据处理与终端显示、干扰机、战情设计　平台、数据库等。　雷达主控模块主要提供系统工作参数配置、仿真　模式选择及运行流程控制等功能。　雷达发射／接收模块根据天线数学模型以及目标　特性模型，产生原始回波信号以及合成目标后的回波　信号（包括线性调频、相位编码等方式）。　信号处理模块包括数字鉴相（正交化）、数字脉　压、反异步干扰、舰速补偿、多普勒参数计算、自适应恒　虚警计算等。　数据处理模块包括门限检测、全程全方位点迹凝　聚、方　距离／仰角的跟踪滤波计算等。终端显示模　块包括ＰＰＩ显示、Ａ显、Ｂ显等，采用ＤｉｒｅｃｔＸ技术以提　高显示的实时性，并提供多模式开窗显示等功能。　干扰机模块提供雷达干扰对抗仿真功能，包括干　扰参数设置、干扰样式设置（包括窄带噪声干扰、宽带　噪声干扰、假目标干扰）。　战情设计（Ｓｔａｇｅ）模块用于仿真的场景规划，可以　直观地设置各种目标平台、干扰平台的初始位置及运　动参数，观察平台的运动并保存战情数据。　数据库模块则用于保存系统工作参数及仿真结　果，以Ａｃｃｅｓｓ或ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ作为后端数据库支撑平　台。　３．２系统的总体设计　与系统功能模块的划分对应，从结构上系统分为　雷达主控联邦成员，雷达发射／接收联邦成员，信号处　理联邦成员，数据处理和显示联邦成员，干扰联邦成　员，以及数据库联邦成员和Ｓｔａｇｅ联邦成员。每个联　邦成员作为一个子系统，通过Ｉ＇ＩＬＡ／ｐＲＴＩ软件平台组　成一个分布式对抗仿真系统。　系统总体结构如图１所示。　干扰机联邦成员　数据库联邦成员　图１　系统的总体结构图　系统的运行流程分为两个阶段：　（１）仿真准备、系统初始化阶段　初始化阶段，首先创建联邦，待所有联邦成员加入　该联邦后，战情联邦成员配置战情（动态场景），并将　战情参数发给主控联邦成员，由主控配置雷达工作参　数和干扰参数，并分别发给雷达发射／接收联邦成员和　干扰机联邦成员，同时数据库联邦成员接收并存储这　些仿真配置信息。　（２）仿真计算阶段　仿真计算阶段中，系统重复执行～个仿真计算子　过程，这个子过程主要包含以下几个步骤：　ａ．战情联邦成员发送战情数据（动态场景参数）　给主控联邦成员，主控对战情数据进行处理后发送给　雷达发射／接收联邦成员、数据库联邦成员。　ｂ．雷达发射／接收联邦成员收到战情数据后，产　生干扰机所在平台的目标信号，干扰机联邦成员根据　干扰机参数处理该目标信号，产生干扰信号，发送给雷　达发射／接收联邦成员。　ｃ．雷达发射／接收联邦成员接收到干扰信号后，　将信号合成后形成复杂回波信号，将该信号发送给雷　达信号处理联邦成员。　ｄ．雷达信号处理联邦成员对接收到的回波数据　进行正交检波、脉冲压缩、积累、恒虚警等处理，并把处　理后结果发送给雷达数据处理与显示联邦成员。　ｅ．雷达数据处理与显示联邦成员对接收到的恒　虚警数据进行点迹凝聚、跟踪滤波及显示，并将跟踪处　理结果输出给数据库联邦成员保存。　￡一帧数据处理完毕，准备下一帧数据的仿真处　理。　３．３联邦成员的设计　仿真系统的开发中，在具体设计联邦成员时，首先　利用建模工具ＯＭＤＴ　ｐｒｏ设计联邦对象模型（ＦＯＭ）或　者仿真对象模型（ＳＯＭ），并生成相应的ｆｅｄ文件以及　维普资讯 http://www.cqvip.com 丁友峰等　基于ＨＬＡ的分布式雷达对抗仿真系统　９　各对象类、交互类和复杂数据类型的头文件；再设计联　邦成员类，派生于ＲＴＩ：：ＢａｓｅＦｅｄｅｒａｔｅＡｍｂａｓｓａｄｏｒ，通过　调用ＲＴＩ提供的ｃ＋＋库ＬｉｂＲＴＩ进行各种ＨＬＡ服务，　与联邦中其他成员交换数据。以数据处理与显示联邦　成员为例，与ＨＬＡ服务相关的部分程序如下。　ＣｒｅａｔｅＡｎｄＪｏｉｎ（”ＳｉｍＲａｄａｒ”，”ＤａｔａＰｍｃＦｅｄ”，”．．　＼＼ＳｈａｒｅＦｉｌｅｓ＼＼ＳｉｍＲａｄａｒ．ｆｅｄ”）；　ｓｅｔＴｉｍｅＣｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ（ｔｒｕｅ）；ｉｌｉｔ￣间受限　ｓｅｔＴｉｍｅＲｅｇｕｌａｔｉｏｎ（ｔｒｕｅ）；／／时间控制　ＰｕｂｌｉｓｈＡｎｄＳｕｂｓｃｒｉｂｅ（）；／／发布、订购对象类与交　互类数据　ｓｕｂｓｃｒｉｂｅＭａｎｇｅｍｅｎｔ（）；／／订购联邦管理服务　ＡｄｄＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎＰｏｉｎｔ（”ＰｒｅｐａｒｅＳｉｍ”）；／／添加　同步点　ＡｄｄＳｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎＰｏｉｎｔ（”ＳｔａｒｔＳｉｍ”）；　，　ｗｈｉｌｅ（１）／／主循环　｛　ＰｅｒｆｏｒｍＳｉｍ（）；／／仿真计算处理　ｒｅｑｕｅｓｔＴｉｍｅＡｄｖａｎｃｅ（）；／／时间推进　ｗｈｉｌｅ（！ｍ＿ｂＩｓＴｉｍｅＧｒａｎｔｅｄ）　Ｓｌｅｅｐ（１）；　｝　其中时间推进申请成功后，在重载的回调函数ｔｉｍｅＡｄ－　ｖａｎｃｅＧｒａｎｔ（）中ｍ—ｂｌｓＴｉｍｅＧｒａｎｔｅｄ将被置为ＴＲＵＥ。　为了使联邦成员间的数据传输得以正常进行，还需要　重载相应的函数，如在ｕｐｄ砒ｅＡｔｔ　ｕｔｅＶａｌｕｅｓ（）中对待　发送的对象类数据进行更新；在ｓｅｎｄＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ（）中发　送交互类数据；重载带时间戳和不带时间戳的回调函　数ｒｅｆｌｅｃｔＡｔｔｒｉｂｕｔｅＶａｌｕｅｓ（），以反射对象属性的改变，接　收对象类数据；重载带时间戳和不带时间戳的回调函　数ｒｅｃｅｉｖｅＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ（），以接收订购的交互类数据。　３．４系统的时间管理　联邦执行中，仿真时间的管理直接决定了各联邦　成员的执行顺序以及联邦成员之间仿真数据的正确传　输，对于系统的成功开发与联邦的稳定运行十分重要。　基于ＨＬＡ的仿真系统时间管理主要包括时间管　理策略与时间管理机制。　“时间管理策略”是为了明确各个成员之间的时　间约束关系而提出的。在ＨＬＡ中，联邦成员之间基本　的时间管理策略有２种，即“时间控制”（也称“时间调　节”，Ｔｉｍｅ　Ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ）和时间受限（Ｔｉｍｅ　Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ）。　“时间控制成员”影响其他“时间受限成员”的仿真时　间推进。上面２种基本的时间管理策略进行组合，便　得到ＨＬＡ中的４种时间管理策略。根据本系统的仿　真功能模型设计，所有联邦成员均采用“既时间控制　又时间受限”的时间管理策略。　“时间管理机制”包括两方面内容：“消息传递机　制”和“时间推进机制”。　“消息传递机制”包括“消息传输方式”和“消息传　递顺序”。“消息传输方式”分为“可靠”（Ｒｅｌｉａｂｌｅ）和　“快速”（Ｂｅｓｔ　Ｅｆｆｏｒｔ）２种。“消息传输方式”与“时间　管理策略”无关，仅由开发者根据实际需要进行选择。　消息传递顺序主要包括２种：按接收顺序（Ｒｅｃｅｉｖｅ　Ｏｒ－　ｄｅｒ）和按时戳顺序ｒＩ＇ｓ０（Ｔｉｍｅ　Ｓｔａｍｐ　Ｏｒｄｅｒ）。　对于时间推进机制，可分为两类：保守时间推进机　制和乐观时间推进机制。“保守时间推进机制”下，假　设仿真系统满足可实现性和可预测性并遵守本地因果　约束条件，此时采用“步进的时间推进方式”或“基于　事件的时间推进方式”。“乐观时间推进机制”下，系　统不严格遵守本地因果约束条件，当错误发生时，利用　回滚（Ｒｏｌｌ　Ｂａｃｋ）对系统状态进行恢复。　本系统采用“可靠”的消息传输方式和“按时戳”　的消息传递顺序。时间推进机制采用“保守时间推进　机制”，并以“步进的时间推进方式”实现各联邦成员　正确的顺序执行及可靠的数据传输。　４　结束语　本文介绍了一种基于ＨＬＡ的分布式雷达对抗仿　真系统的设计与实现，该仿真系统基于ＨＬＡ／ｐＲＴＩ平　台，以信号流的仿真方式，实现了分布式雷达对抗仿真　功能。实际测试结果表明，系统运行稳定，对战情联邦　成员设定的多种动态场景下的仿真试验验证，该仿真　软件达到了预期的设计指标。　参考文献：　［１］周彦，戴剑伟．ＨＬＡ仿真程序设计［Ｍ］．北京：　电子工业出版社，２００２．６．　［２］　曾艳丽，李华．基于ＨＬＡ的仿真应用成员的设　计与实现［Ｊ］．电子对抗技术，２００４，１９（７）．　［３］　郑娟．基于ＨＬＡ作战模拟系统的时间管理研究　［Ｊ］．装备指挥技术学院学报，２００５，１６（６）．　［４］　梁彦刚，唐国金．基于ＨＬＡ的仿真应用系统开　发中的时间同步研究［Ｊ］．计算机仿真，２００４　（４）．　『５］ｐＲＴＩ１．３　Ｕｓｅｒｓ　Ｇｕｉｄｅ［Ｍ］．Ｐｉｔｃｈ，２００４．２．