基于PDES的地面防空作战仿真系统研究与实现

摘要

地面防空作战仿真可以通过考察武器装备性能和作战编排方式对作战效能的影响，从而为分析决策提供数据支撑。随着应用的不断发展，地面防空作战仿真规模越来越大，对计算能力的需求越来越高。当前地面防空作战仿真系统大多基于HLA技术开发，在进行分析评估类仿真时存在着性能瓶颈。因此，开展基于并行离散事件仿真技术的地面防空作战仿真系统研究，对于缩短系统单次运行时间、提高运行效率、满足仿真应用对时效性的需求等具有重要的理论和实践意义。
　　论文针对地面防空作战仿真对高性能计算的需求，以提高仿真系统运行效率为目标，对基于并行离散事件仿真技术的防空作战仿真系统的总体架构、事件流设计及通信优化技术进行了深入研究，主要工作及创新点如下：
　　（1）当前的地面防空作战仿真系统大都采用基于HLA/RTI技术的分布式架构，以时间步进方式推进，仿真运行过程缓慢，不能满足应用对系统运行效率的需求。针对这一问题，论文提出了基于并行离散事件仿真技术的地面防空作战仿真系统总体架构，以并行离散事件仿真引擎YH-SUPE为核心，将各个仿真对象挂接在仿真平台上，可以方便地将其分发到多节点上并行运行，使用YH-SUPE外部模块连接仿真运行控制模块进行多样本运行控制，从而实现仿真系统的多实体并行和多样本并行；各仿真对象采用独立的数据记录模块记录本地产生的数据并保存到数据文件中，事后通过统一的数据文件收集整理模块将数据进行保存供回放显示和分析评估，从而避免了数据集中记录可能带来的性能瓶颈；通过一次性将想定数据从数据库读入到想定数据缓冲区从而避免仿真过程中的数据库访问；以上设计有效地提高了仿真系统的运行效率。
　　（2）事件调度方法是离散事件仿真系统设计的关键，直接使用一对一的事件调度方式难以满足地面防空作战仿真系统中不同事件调度类型的需求。针对这一问题，论文在分析 YH-SUPE仿真平台不同事件类型特点的基础上，提出了基于YH-SUPE的地面防空作战仿真系统事件调度方法：使用仿真对象事件实现不同实体间的简单事件调度；使用局部事件实现实体的自调度事件；使用非定向交互实现实体间的一对多模式的事件调度。并基于此方法设计了地面防空作战仿真系统事件流模型。经测试表明，所设计的事件流模型运行正确、调度高效。
　　（3）地面防空作战仿真系统中的实体之间存在着大量的位置信息传输，导致运行过程中通信量大，影响运行效率。针对该问题，论文提出了利用动态属性技术来实现作战实体运动位置信息发布的方法：将飞机实体的机动路线近似成大圆航线，将地面实体的机动路线近似为等角航线，将导弹实体的“蛇形”机动轨迹表示为自行定义的动态属性项，并通过分发对象分发这些动态位置属性，感兴趣的仿真对象可以通过订购动态属性项在本地计算其位置，从而可以利用计算时间换取通信时间，降低通信链路负载，提高系统运行效率。测试表明，使用该方法可以有效地减少运行时间。
　　在上述基础上，基于YH-SUPE并行仿真平台设计并实现了一个地面防空作战仿真原型系统，并对该系统进行了测试，结果表明，所实现系统系统的仿真推进速率可以达到1:80，能够较好地满足地面防空作战仿真对时效性的需求。

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第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状及主要技术挑战

1.3 课题研究目标及主要工作

1.4 论文组织结构

第二章 PDES技术及地面防空作战仿真概述

2.1分析仿真概述

2.2 并行离散事件仿真及YH-SUPE仿真平台概述

2.3 地面防空作战仿真简介

2.4 本章小结

第三章 基于PDES的地面防空作战仿真系统关键技术研究

3.1 基于PDES的地面防空作战仿真系统总体架构

3.2 基于PDES的地面防空作战仿真系统事件流模型

3.3 地面防空作战仿真系统通信优化技术研究

3.4 本章小结

第四章 基于YH-SUPE的地面防空作战仿真系统的设计与实现

4.1 系统设计原则与系统主要功能

4.2体系结构和功能模块

4.3系统功能设计与实现

4.4本章小结

第五章 基于YH-SUPE的地面防空作战仿真系统测试

5.1 系统功能测试

5.2 系统性能测试

5.3 局部事件性能测试

5.4 动态位置属性性能测试

5.5 本章小结

第六章 结束语

6.1 论文工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果