HLA雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)的應(yīng)用

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)和仿真技術(shù)的發(fā)展， 建立信號(hào)級(jí)的雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)來研究不同干擾樣式的效果，從而遴選有效的干擾樣式作為武器系統(tǒng)對(duì)抗裝備，節(jié)約了人力、 物力， 縮短了干擾樣式和設(shè)備的研制周期。

2 基于HLA 的雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)

2. 1 雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)的組成

目前， HLA（ High Level Architecture）已經(jīng)取代DIS（ Dist ributed Interactive Simulation） ，成為分布式仿真的主流先進(jìn)技術(shù)。 HLA 是美國(guó)國(guó)防部于 1995年提出的新的仿真技術(shù)框架， 其顯著特點(diǎn)是通過運(yùn)行支撐環(huán)境（ Run Time Inf rastructure， RTI ） 提供的通用的、 相對(duì)獨(dú)立的支撐服務(wù)程序，將仿真應(yīng)用層與底層支撐環(huán)境功能分離開。 IEEE 在 2000 年9 月將HLA 定位一套開放式標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE1516 標(biāo)準(zhǔn)。通用的雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖1 所示［ 1］，由以下聯(lián)邦成員組成： 管理邦員、 雷達(dá)邦員（若干個(gè)組成雷達(dá)網(wǎng)）、 目標(biāo)邦員、 干擾邦員。

圖 1 雷達(dá)仿真系統(tǒng)的聯(lián)邦體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖1，雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)的主要實(shí)體模型和功能為：紅方目標(biāo)以某型號(hào)導(dǎo)彈為背景，對(duì)藍(lán)方組成的雷達(dá)監(jiān)視網(wǎng)進(jìn)行突防;紅方干擾機(jī)：發(fā)射某些干擾信號(hào)（如假目標(biāo)干擾等） ，進(jìn)行相應(yīng)的電子對(duì)抗，

欺騙藍(lán)方雷達(dá)網(wǎng)，掩護(hù)突防彈突防;藍(lán)方雷達(dá)網(wǎng)對(duì)紅方突防彈進(jìn)行搜索、 跟蹤、 成像，為后續(xù)的攔截彈攔截提供精確的攔截點(diǎn)計(jì)算。白方管理： 對(duì)整個(gè)仿真系統(tǒng)的開始、 運(yùn)行、 結(jié)束進(jìn)行綜合管理，按基于雷達(dá)事件的時(shí)間推進(jìn)方式管理整個(gè)仿真系統(tǒng)的時(shí)間推進(jìn)。

2. 2 雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)協(xié)議

基于HLA 的分布式仿真系統(tǒng)在以太網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要分為對(duì)象類數(shù)據(jù)和交互類數(shù)據(jù)， 由 RTI負(fù)責(zé)分發(fā)和傳遞。圖2 所示為基于HLA 的雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)， 其在以太網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)［ 2］主要為：經(jīng)度、 緯度、 各方向加速度、 速度、 各坐標(biāo)角速度和角加速度及交互類數(shù)據(jù)。

圖 2 基于 HLA 的雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)

基于HLA 的雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)在以太網(wǎng)上傳輸?shù)倪@些主要數(shù)據(jù)中， 干擾交互類數(shù)據(jù)的傳輸對(duì)于網(wǎng)絡(luò)來說是負(fù)載最大的［ 3］。 假定某雷達(dá)的采樣頻率為200MHz， 采樣時(shí)間為 50ms， 則該雷達(dá)的采

樣數(shù)據(jù)為 10M， 考慮到雷達(dá)三個(gè)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因此每次交互干擾邦員和雷達(dá)邦員之間需傳輸

30M 的數(shù)據(jù)， 假設(shè)為數(shù)據(jù)類型是雙精度浮點(diǎn)型， 則干擾邦員和雷達(dá)邦員之間每次需傳輸240MByte 的

數(shù)據(jù)， 即 1920MBi t 的數(shù)據(jù)。 對(duì)于百兆網(wǎng)來說， 滿負(fù)載傳輸?shù)睦硐虢Y(jié)果也就是一次數(shù)據(jù)交互至少需 20s以上， 而雷達(dá)每推進(jìn)一次仿真步長(zhǎng)（ 一般為幾十毫秒） ，雷達(dá)邦員和干擾邦員之間就需要一次數(shù)據(jù)交互，同時(shí)以太網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)延遲較大且延遲時(shí)間具有不可預(yù)期性， 因此在基于 HLA的信號(hào)級(jí)雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸是造成仿真效率不高的因素之一。

3 反射內(nèi)存技術(shù)在雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用

和通用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比， 高速實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于特定的、 相對(duì)較小的范圍內(nèi)，從而獲得比普通網(wǎng)絡(luò)更加有利于實(shí)時(shí)仿真的效能。目前比較具有代表性的高速實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)是VMIC 的反射內(nèi)存網(wǎng)，其基本原理類似于分布式的共享內(nèi)存，每個(gè)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)配一塊帶內(nèi)存的通信板， 節(jié)點(diǎn)對(duì)板載內(nèi)存的寫入內(nèi)容通過光纖傳遞到光纖連接的其它通信板， 從而使得分布節(jié)點(diǎn)能夠共享寫入數(shù)據(jù)［ 4］。以VMIC 5565 反射內(nèi)存為例，這種技術(shù)具有以下特點(diǎn)：

（ 1） 高寬帶： 具備2. 12Gbps 的理論寬帶，傳輸速度可以達(dá)到 47. 1M By te/ s （ 4 字節(jié)包） ， 174MBy te/ s（ 64 字節(jié)包） 。

（ 2） 快速： 數(shù)據(jù)寫入一個(gè)節(jié)點(diǎn)的同時(shí)被寫入到網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)，最多可以支持256 個(gè)節(jié)點(diǎn); 點(diǎn)對(duì)

點(diǎn)延遲小， 4 節(jié)點(diǎn)模式下的傳輸延遲僅為 1. 2us.（ 3） 延遲確定：由于采用令牌環(huán)技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)延遲

傳輸是確定的。由于基于HLA 的信號(hào)級(jí)雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)中以太網(wǎng)TCP/ IP 為底層的數(shù)據(jù)傳輸方式造成了網(wǎng)絡(luò)超負(fù)載， 引起整個(gè)仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟槐匾訒r(shí)，進(jìn)而降低了整個(gè)仿真系統(tǒng)的運(yùn)行效率。 因此為了解決這個(gè)問題， 對(duì)基于以太網(wǎng)的雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)的進(jìn)行了優(yōu)化， 引入了反射內(nèi)存網(wǎng)和HLA 并存的仿真框架，如圖3 所示。

圖 3 基于HLA 和反射內(nèi)存網(wǎng)的雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)

管理、 目標(biāo)、 雷達(dá)（ 組網(wǎng)）、 干擾等邦員組成基于HLA 的外網(wǎng)，同時(shí)雷達(dá)（組網(wǎng)） 和干擾邦員又組成了基于反射內(nèi)存網(wǎng)的內(nèi)網(wǎng)。 內(nèi)網(wǎng)完成雷達(dá)和干擾之間的大數(shù)據(jù)量傳輸（原來雷達(dá)和干擾每步交互數(shù)據(jù)需雷通過以太網(wǎng)傳輸） ，外網(wǎng)完成其它原有的數(shù)據(jù)的傳輸。反射內(nèi)存技術(shù)在基于HLA 的雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)中應(yīng)用， 繼承了基于 HLA 的雷達(dá)對(duì)抗仿真系統(tǒng)的體系框架， 又解決了以太網(wǎng)傳輸?shù)男实拖碌膯栴}，既發(fā)揮了HLA 的互操作性和可重用性的優(yōu)點(diǎn)， 又發(fā)揮了反射內(nèi)存網(wǎng)高速傳輸大數(shù)據(jù)量的優(yōu)點(diǎn)。反射內(nèi)存技術(shù)在基于HLA 的雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)中引入后，把雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)的運(yùn)行

效效率完全取決于目標(biāo)邦員、 干擾邦員、 雷達(dá)邦員模型的自身的運(yùn)算效率， 而數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于仿真系統(tǒng)效率的影響基本可以忽略。

4 仿真結(jié)果

某雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)以 pRT I、 VC ++ 、VMIC 5565 反射內(nèi)存網(wǎng)為平臺(tái)， 對(duì)基于 HLA 的雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)和基于HLA 和反射內(nèi)存網(wǎng)并存的雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)進(jìn)行了仿真結(jié)果的比較，如表1 所示。

表 1 干擾樣式仿真結(jié)果

注： S 代表管理邦員， R 代表雷達(dá)邦員， 2R 代表 2個(gè)雷達(dá)邦員組網(wǎng)， J 代表干擾邦員， T（ n） 代表目標(biāo)邦員中有 n 個(gè)目標(biāo)。

5 結(jié)束語

文中提出了利用反射內(nèi)存技術(shù)代替以太網(wǎng)通信技術(shù)， 解決目前廣泛采用的基于HLA 的雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)中雷達(dá)和干擾之間大數(shù)據(jù)量的交互問題，提高了雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)的仿真效率。從反射內(nèi)存技術(shù)應(yīng)用的結(jié)果可以看出：

（ 1） 反射內(nèi)存技術(shù)與HLA 技術(shù)開發(fā)環(huán)境是可以兼容的。

（ 2） 反射內(nèi)存技術(shù)可以提高雷達(dá)對(duì)抗數(shù)字仿真系統(tǒng)的效率， 尤其在雷達(dá)組網(wǎng)的情況下， 其效果顯著.