[發(fā)明專利]基于戰(zhàn)術前緣網(wǎng)絡的半實物仿真系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112130467B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設計）人: 王彤彤;張周;王豐明;?，|;謝佳;閆野
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事科學院國防科技創(chuàng)新研究院;天津（濱海）人工智能軍民融合創(chuàng)新中心
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02;G06F30/20
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發(fā)明公開了一種基于戰(zhàn)術前緣網(wǎng)絡的半實物仿真系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括純仿真系統(tǒng)、實物代理與實物仿真系統(tǒng)，純仿真系統(tǒng)包含3D可視化實體、消息節(jié)點、網(wǎng)絡仿真實體、通信機制仿真實體、戰(zhàn)術態(tài)勢和數(shù)據(jù)分發(fā)服務；實物仿真系統(tǒng)包含實物平臺節(jié)點和實物戰(zhàn)術態(tài)勢。方法為：3D可視化實體將感知到的目標狀態(tài)信息發(fā)送給消息節(jié)點解析與處理，然后發(fā)送給網(wǎng)絡仿真實體進行數(shù)據(jù)處理，并發(fā)送給通信機制仿真實體進行編碼、調(diào)試，然后由其他通信機制實體經(jīng)過解調(diào)、解碼后發(fā)送給對應網(wǎng)絡仿真實體，經(jīng)過網(wǎng)絡仿真后由消息節(jié)點解析處理，最后通過3D可視化實體和戰(zhàn)術態(tài)勢進行呈現(xiàn)。本發(fā)明為真實系統(tǒng)提供經(jīng)過仿真驗證的成熟功能模塊，達到了接近實戰(zhàn)的仿真效果。

技術領域

本發(fā)明屬于計算機仿真技術領域，特別是一種基于戰(zhàn)術前緣網(wǎng)絡的半實物仿真系統(tǒng)及方法。

背景技術

戰(zhàn)術前緣系統(tǒng)是以群體智能為核心的集群人機結合系統(tǒng)，由一群小微弱、具有差異性的個體(人、機器等)組成，在天氣、地形、電磁等各種復雜變化環(huán)境下，通過融合群體能力，協(xié)同完成特戰(zhàn)、搜救等任務。戰(zhàn)術前緣系統(tǒng)在國內(nèi)外都屬于新領域的研究范疇，目前并沒有實際成形的系統(tǒng)，在系統(tǒng)仿真方面，具備與戰(zhàn)術前緣系統(tǒng)相近的多是對一些中大型平臺展開的仿真系統(tǒng)，如基于Link16系統(tǒng)的半實物仿真，采用VRNET集成網(wǎng)絡仿真開發(fā)平臺，通過VRNET集成的網(wǎng)絡、平臺、業(yè)務等功能仿真模塊，模擬Link16系統(tǒng)的通信功能及性能。

基于Link16系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)架構如圖1所示，系統(tǒng)包括仿真主機及多個仿真終端，通過以太網(wǎng)互聯(lián)。仿真主機通過搭載仿真場景運行VRNET仿真，多個仿真終端模擬空中Link16終端設備(如戰(zhàn)斗機、預警機、干擾機、偵察機)。仿真主機接收來自各個終端的Link16消息，將其轉(zhuǎn)化為VRNET內(nèi)部可識別的數(shù)據(jù)類型，進行處理，并能轉(zhuǎn)發(fā)給其他終端，從而模擬真實環(huán)境下友機相互通信的情況。

仿真終端與仿真主機之間通過socket接口傳遞真實數(shù)據(jù)幀。仿真主機和仿真終端都配置了唯一的IP地址和端口號用于數(shù)據(jù)通信，仿真主機不斷監(jiān)聽來自終端的數(shù)據(jù)包。消息封裝在以太網(wǎng)幀中，當仿真主機接收到以太網(wǎng)幀后，它會解析出其包含的格式化消息，并映射到對應的仿真模型，將消息傳遞給仿真模型。仿真模型根據(jù)具體情況處理數(shù)據(jù)包，當仿真模型處理完消息后，同樣將消息打包成格式化消息并封裝到以太網(wǎng)幀中，利用socket接口發(fā)送給指定的仿真終端，從而模擬一次完整的Link16格式化消息傳遞處理流程，如圖2所示。

現(xiàn)有Link16的半實物仿真系統(tǒng)主要是針對廣域范圍內(nèi)(幾百公里)，尤其是中大型飛機平臺間的通信仿真，而戰(zhàn)術前緣系統(tǒng)的特點是，單體平臺小微弱(人、中小型無人機、無人車)、數(shù)量多(成百上千)、地理環(huán)境復雜(城市、山地、林地)、電磁環(huán)境復雜(遮擋、多徑、對抗干擾)，因此戰(zhàn)術前緣系統(tǒng)對仿真系統(tǒng)的要求主要有支持各類仿真場景推演、大數(shù)量節(jié)點間的格式化消息協(xié)議仿真、密集組網(wǎng)仿真及頻譜受限的物理層仿真。

現(xiàn)有半實物仿真系統(tǒng)主要針對中大型平臺，平臺之間有協(xié)同需求，但遠小于小微弱平臺對協(xié)同的需求，小微弱平臺受限于單體能力，往往無法獨立完成任務，需要多個小微弱平臺聯(lián)合感知、多維融合，才能協(xié)同完成任務，因此平臺之間的數(shù)據(jù)交互量大而且頻繁，對數(shù)據(jù)融合、邊緣計算的要求也很高。由于中大型飛行平臺的通信能力強、高空通信不存在遮擋等因素，現(xiàn)有半實物仿真系統(tǒng)在組網(wǎng)方面主要支持TDMA，節(jié)點間基本不需要路由就可以建立連接，而戰(zhàn)術前緣系統(tǒng)受限于平臺能力及復雜地理及電磁環(huán)境，節(jié)點間通過多跳才能建立連接，因此對組網(wǎng)仿真的要求也不同。在物理層仿真方面，由于Link16系統(tǒng)用于廣域范圍內(nèi)通信，頻率干擾主要來自敵我對抗，頻段多采用L段，而戰(zhàn)術前緣系統(tǒng)由于所處環(huán)境復雜，需要在廣頻域范圍內(nèi)進行頻譜感知，獲取可用頻段，而且會隨著頻譜質(zhì)量變化進行動態(tài)接入，因此對物理層的仿真要求是快速頻譜感知和高效頻譜資源利用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于戰(zhàn)術前緣網(wǎng)絡的半實物仿真系統(tǒng)，包括多個節(jié)點的分布式接入框架，支持戰(zhàn)術前緣場景推演仿真、多節(jié)點格式化消息處理、異構網(wǎng)絡仿真、復雜通信機制仿真。本發(fā)明的目的還在于提供一種適用于上述半實物仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互流程方法，保證節(jié)點間高效的數(shù)據(jù)傳輸。