劉立昊，董正宏，王明俊

(裝備學(xué)院 信息裝備系，北京 懷柔 101416)

基于組件的航天靶場(chǎng)建模仿真關(guān)鍵技術(shù)分析及其展望

劉立昊，董正宏，王明俊

(裝備學(xué)院 信息裝備系，北京 懷柔 101416)

為了解決在航天靶場(chǎng)建模仿真中，傳統(tǒng)的建模仿真開(kāi)發(fā)方式效率低下、模型重用性差的問(wèn)題。本文對(duì)近年來(lái)基于組件的建模仿真技術(shù)中較為流行的DEVS、BOM及SMP2.0規(guī)范及其應(yīng)用情況進(jìn)行了綜述及分析比對(duì)。本文隨后對(duì)航天靶場(chǎng)試驗(yàn)建模仿真需求進(jìn)行歸納，提出其技術(shù)實(shí)現(xiàn)框架，并對(duì)航天靶場(chǎng)的建模仿真發(fā)展做出展望，認(rèn)為SMP2.0能較好地滿足航天靶場(chǎng)試驗(yàn)的建模仿真需求，其所代表的基于組件的生成式建模必將成為航天靶場(chǎng)試驗(yàn)建模仿真的發(fā)展趨勢(shì)。

航天靶場(chǎng)建模仿真；基于的組件建模規(guī)范；生成式建模仿真

本文著錄格式：劉立昊，董正宏，王明俊. 基于組件的航天靶場(chǎng)建模仿真關(guān)鍵技術(shù)分析及其展望[J]. 軟件，2017，38（1）：86-92

0 引言

靶場(chǎng)是新武器裝備試驗(yàn)場(chǎng)所，是軍隊(duì)新武器裝備形成戰(zhàn)斗力的橋梁。航天靶場(chǎng)試驗(yàn)面向?qū)椩囼?yàn)、航天試驗(yàn)、電子裝備試驗(yàn)、空間試驗(yàn)等多種任務(wù)，由于實(shí)體系統(tǒng)規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴，建模仿真技術(shù)被廣泛運(yùn)用于航天靶場(chǎng)試驗(yàn)中。航天靶場(chǎng)試驗(yàn)仿真往往涉及多種測(cè)控算法，包含多個(gè)領(lǐng)域系統(tǒng)模型間的交互協(xié)同，需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)交換，對(duì)系統(tǒng)模型的構(gòu)建效率、模型間的交互能力及仿真效率提出較高要求。傳統(tǒng)的建模仿真大多采用面向?qū)ο蠛褪录{(diào)度相結(jié)合的編碼的建模方式，這種開(kāi)發(fā)方式效率低下，且開(kāi)發(fā)的模型內(nèi)部緊耦合，模型重用性差。因此，一種可重用、高效的建模仿真手段成為航天靶場(chǎng)建模仿真的迫切需求。

近年來(lái)，基于組件的設(shè)計(jì)理念[1]（Componentbased design，CBD）在建模仿真領(lǐng)域受到青睞：CBD的指導(dǎo)思想是將仿真系統(tǒng)細(xì)分為自描述的組件，組件模型用標(biāo)準(zhǔn)的接口規(guī)范描述它們提供的服務(wù)，將業(yè)務(wù)邏輯和與平臺(tái)集成的部分隔離開(kāi)來(lái)，消除中間件或集成需求對(duì)業(yè)務(wù)邏輯的影響。建模人員能夠通過(guò)組合組件完成模型的快速構(gòu)建，經(jīng)過(guò)模型解析，最后由仿真引擎結(jié)完成綜合調(diào)度得到仿真結(jié)果。

目前，較為流行的基于組件的建模仿真技術(shù)主要有針對(duì)離散事件仿真提出的離散事件系統(tǒng)規(guī)范（Discrete Event System specification，DEVS）；為解決高級(jí)體系結(jié)構(gòu)（High Level Architecture，HLA）中聯(lián)邦對(duì)象模型（Federation Object Model，F(xiàn)OM）重用性差、開(kāi)發(fā)效率低的問(wèn)題而提出的基本對(duì)象模型（Base Object Model，BOM）；為實(shí)現(xiàn)仿真模型的平臺(tái)獨(dú)立、跨仿真平臺(tái)重用和集成提出的仿真模型可移植性規(guī)范（Simulation Model Portability，SMP2.0）。

1 基于DEVS的建模仿真技術(shù)

DEVS[2]最早由美國(guó)亞利桑那大學(xué)的Bernard P.Zeigler于1976年提出，是一套針對(duì)離散系統(tǒng)的層次化、模塊化的建模仿真規(guī)范。DEVS最大的優(yōu)勢(shì)在于其建立了嚴(yán)格的數(shù)學(xué)描述方法，關(guān)注模型的層次耦合關(guān)系，能夠?qū)?fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行分解，對(duì)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和各個(gè)模型間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行準(zhǔn)確、無(wú)二義的描述。

在DEVS中，系統(tǒng)可以被拆分成不同模型，模型又能進(jìn)一步被細(xì)分為子模型，不可再拆分的模型被稱為原子模型，它通過(guò)定義一個(gè)七元組表示：

其中，X為事件輸入值集合，Y為事件輸出值集合，S為狀態(tài)值集合，ta為時(shí)間推進(jìn)函數(shù)，根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)計(jì)算當(dāng)前時(shí)間；δint為內(nèi)部轉(zhuǎn)移函數(shù)，表示在無(wú)外部事件驅(qū)動(dòng)下，一個(gè)狀態(tài)可以自發(fā)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)狀態(tài)；δext為外部轉(zhuǎn)移函數(shù)，表示在接收到外部輸入后，狀態(tài)的變化情況；λ建立了內(nèi)部狀態(tài)到輸出集合上的映射。

多個(gè)原子模型組合后形成的模型被稱為耦合模型，DEVS規(guī)范具有耦合封閉性[3],模型經(jīng)過(guò)組合后可以以層次化的方式來(lái)描述更加復(fù)雜的系統(tǒng)，如圖1所示。

當(dāng)利用DEVS完成組件封裝及模型構(gòu)建后，需構(gòu)建相應(yīng)的仿真引擎開(kāi)展仿真。由于其強(qiáng)大的描述能力，各國(guó)研究人員對(duì)DEVS開(kāi)展了廣泛研究，提出了多種基于DEVS的仿真引擎。美國(guó)亞利桑那大學(xué)的Jim Nutaro基于DEVS設(shè)計(jì)了Adevs[4]仿真引擎，該引擎利用C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，由各模板類構(gòu)成，推進(jìn)仿真所需的數(shù)據(jù)通信、時(shí)間推進(jìn)、事件調(diào)度、對(duì)象管理、內(nèi)存管理等公共服務(wù)包含在各個(gè)類中。該引擎代碼開(kāi)源，2014年發(fā)布3.0版本，支持并行仿真，在該校的建模仿真中心相關(guān)項(xiàng)目中取得了不錯(cuò)的成果。

圖1 DEVS模型的層次化組合

PowerDevs[5-6]是由阿根廷的Ernesto Kofman等基于Devs開(kāi)發(fā)的一款的可視化建模仿真軟件。該軟件可在windows和linux平臺(tái)運(yùn)行，為用戶提供了友好的圖形界面，支持用戶對(duì)仿真組件進(jìn)行拖拽連線建模。模型建立后，軟件能自動(dòng)對(duì)模型進(jìn)行解析，并提供仿真引擎進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。PowerDevs的仿真引擎包含仿真中斷機(jī)制，較好地支持小型混合系統(tǒng)的建模仿真，但對(duì)大型復(fù)雜的系統(tǒng)的支持不足，2015年已發(fā)布2.3版本，研究人員還在不斷擴(kuò)充組件庫(kù)，對(duì)軟件的跨平臺(tái)使用進(jìn)行深入研究。

雖然DEVS提出了一套較為完整的建模形式規(guī)范，在離散事件建模仿真領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但也存在著不足：

1. 對(duì)直接面向應(yīng)用的建模仿真支持不足；DEVS從理論上支持對(duì)于不同建模體系進(jìn)行統(tǒng)一、完備描述，但規(guī)范設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，建模人員首次設(shè)計(jì)組件模型時(shí)工作比較繁瑣，規(guī)范對(duì)直接面向應(yīng)用的支持不足，缺乏對(duì)模型行為的描述。

2. 不同建模工具間交互能力不足；DEVS自提出以來(lái)，已被應(yīng)用在多個(gè)技術(shù)平臺(tái)的建模仿真環(huán)境，但由于DEVS缺乏形式化語(yǔ)義，基于DEVS的不同建模工具之間模型交互能力較差。

3. 缺乏成熟的仿真引擎；DEVS更多關(guān)注對(duì)模型的層次化描述，缺乏一個(gè)完備、成熟的仿真調(diào)度引擎產(chǎn)品，現(xiàn)有的引擎對(duì)仿真支持的性能差異大。

2 基于BOM的建模仿真技術(shù)

BOM[7]由仿真互用性標(biāo)準(zhǔn)組織（Simulation Interoperability Standards Organization，SISO）最早于1997年提出，2006形成規(guī)范，是一套基于HLA，為增強(qiáng)仿真模型組件的互用性、重用性及可組合性的組件設(shè)計(jì)框架。建模人員可以在此框架下構(gòu)建組件并生成相應(yīng)的組件模型庫(kù)，通過(guò)組合模型庫(kù)的組件完成仿真系統(tǒng)的快速構(gòu)建，從而提升仿真系統(tǒng)開(kāi)發(fā)效率。

BOM是概念模型、仿真對(duì)象模型或聯(lián)邦對(duì)象模型的模塊化表示，作為仿真系統(tǒng)和分布式仿真系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展所需的構(gòu)建模塊，它通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的模塊結(jié)構(gòu)來(lái)描述組件化的仿真模型[8]，分別是：模型辨識(shí)、概念模型定義、模型映射、對(duì)象模型定義等四個(gè)模塊。

BOM組件的描述由XML技術(shù)實(shí)現(xiàn)，組件框架根據(jù)XML中的信息自動(dòng)生成。BOM組件的封裝包括兩個(gè)部分：一是用戶組件模型，二是BOM組件接口。用戶組件模型是組件功能的軟件實(shí)現(xiàn)體，與具體仿真平臺(tái)無(wú)關(guān)，能夠在多個(gè)仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)重用。組件接口是用戶模型與可擴(kuò)展仿真運(yùn)行框架（eXtensible Simulation Running Framework，XSRFrame）間的接口。XSRFrame作為一個(gè)通用的仿真運(yùn)行框架，是BOM組件與HLA的中間件，完成聯(lián)邦成員的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建，負(fù)責(zé)提供組件調(diào)度、數(shù)據(jù)分發(fā)存儲(chǔ)、維護(hù)仿真一致性的仿真引擎功能。組件與XSRFrame間的接口具有“通用性”，包含組件描述信息，建立組件與聯(lián)邦成員接口的映射關(guān)系，在特定范圍內(nèi)對(duì)組件進(jìn)行約束，從而保證組件接口設(shè)計(jì)的一致性，滿足所有類型仿真數(shù)據(jù)的傳輸要求。仿真開(kāi)始前，XSRFrame自動(dòng)加載BOM組件構(gòu)成一個(gè)聯(lián)邦成員，聯(lián)邦成員間的服務(wù)由HLA中的運(yùn)行支撐服務(wù)（Run-Time Infrastructure，RTI）提供，通過(guò)這一方式，建模人員可以基于BOM和HLA相關(guān)技術(shù)構(gòu)建較為復(fù)雜的仿真系統(tǒng)?；贐OM組件的仿真系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 基于BOM組件的仿真系統(tǒng)

BOM基于組件的快速建模思想在建模仿真領(lǐng)域得到了廣泛認(rèn)可。國(guó)防科技大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院軍用仿真實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了BOM組件建模與運(yùn)行支撐環(huán)境KD-SmartSim[9]，提出了KDXSRFrame可擴(kuò)展仿真運(yùn)行框架，解決了仿真系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，成功應(yīng)用與反艦導(dǎo)彈突防聯(lián)邦的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)中。

盡管上述系統(tǒng)取得了成功，但其仿真應(yīng)用效率較低，該學(xué)院何強(qiáng)[10]等于2010年基于DEVS規(guī)范重新設(shè)計(jì)仿真引擎，提出了基于離散事件系統(tǒng)規(guī)范的BOM組件建?？蚣埽倪M(jìn)了KD-XSRFrame中的時(shí)間驅(qū)動(dòng)模型和時(shí)間推進(jìn)算法，顯著地提升了仿真系統(tǒng)性能。

清華大學(xué)國(guó)家國(guó)家現(xiàn)代制造（CIMS）工程研究中心彭功狀等于2012年設(shè)計(jì)了基于BOM多分辨率仿真系統(tǒng)（BMRSS）[11]。該系統(tǒng)結(jié)合BOM的組件框架及MDA中的代碼生成技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)組件生成，采用3級(jí)分辨率控制機(jī)制，并根據(jù)內(nèi)部交換服務(wù)器（IESS）技術(shù)設(shè)計(jì)了支持與RTI交互的仿真引擎，解決了大規(guī)模聯(lián)合仿真對(duì)多分辨率模型的需求問(wèn)題。

BOM的提出，一定程度上解決了在利用HLA相關(guān)技術(shù)開(kāi)展仿真時(shí)，模型重用性差、開(kāi)發(fā)效率低的問(wèn)題，它的不足主要體現(xiàn)在：

1. 對(duì)HLA外的仿真平臺(tái)支持不足；BOM是基于HLA提出的，目前BOM組件模型僅在HLA平臺(tái)上運(yùn)用，與其他仿真平臺(tái)兼容性還有待驗(yàn)證。

2. 對(duì)模型應(yīng)用層的支持不足；BOM對(duì)概念模型進(jìn)行了形式化描述，與DEVS規(guī)范類似，缺乏對(duì)仿真模型應(yīng)用層描述的支持，對(duì)模型行為描述能力不足。

3. 復(fù)雜系統(tǒng)的仿真效率較低；缺乏完備的仿真引擎設(shè)計(jì)支撐，當(dāng)系統(tǒng)包含較多組件時(shí)，仿真效果不佳。

3 基于SMP2.0的建模仿真技術(shù)

SMP2.0由歐洲航天局于2004年提出，該規(guī)范借鑒了對(duì)象管理組織（Object Management Group，OMG）的模型驅(qū)動(dòng)架構(gòu)（Model Driven Architecture，MDA）思想，采用基于XML的仿真模型定義語(yǔ)言（Simulation Model Definition Language，SMDL）描述仿真模型的設(shè)計(jì)信息和組件裝配信息,實(shí)現(xiàn)了仿真模型的設(shè)計(jì)信息與運(yùn)行信息分離，提供了基本的模型框架及仿真運(yùn)行框架，包括模型體系構(gòu)成，仿真模型之間的互操作方式，仿真模型與其它組件模型之間的訪問(wèn)機(jī)制，相關(guān)的仿真服務(wù)等[15]。

為實(shí)現(xiàn)MDA的思想，SMP2.0分離了平臺(tái)無(wú)關(guān)模型（Platform-Independent Model，PIM）與特定平臺(tái)相關(guān)模型（Platform-Specific Model，PSM）。其中PIM包含模型規(guī)范、模型裝配信息和調(diào)度信息，與仿真平臺(tái)技術(shù)無(wú)關(guān)，通過(guò)映射和代碼生成技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)PIM到PSM的轉(zhuǎn)換。利用這種方法，即使平臺(tái)技術(shù)不斷更新，只要制定相應(yīng)的映射規(guī)則，就可以利用PIM轉(zhuǎn)換成新的PSM，從而實(shí)現(xiàn)模型的可移植性。

此外，SMP2.0實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)組件與運(yùn)行組件的分離，其中設(shè)計(jì)組件描述了模型的結(jié)構(gòu)（包括接口和模型特征等信息）；運(yùn)行組件描述模型的裝配、集成信息。組件間的通信主要由接口完成，SMP2.0包括兩類接口：一類是模型與仿真環(huán)境之間的接口；另一類是模型與模型之間的接口。為確保模型建立后的統(tǒng)一調(diào)度，規(guī)范還涵蓋了日志服務(wù)Logger，調(diào)度服務(wù)Scheduler，時(shí)間服務(wù)Time Keeper，事件管理Event Manager等四類支撐仿真環(huán)境的服務(wù)。SMP系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

SMP2.0規(guī)范提出后，首先在歐美航天仿真領(lǐng)域成功運(yùn)用，主要包括歐洲航天技術(shù)中心的伽利略系統(tǒng)輔助工具（Galileo System Simulator Facility，GSSF）、歐洲航天運(yùn)行中心的金星探測(cè)和火星探測(cè)計(jì)劃等[16]。

圖3 SMP系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

以國(guó)防科技大學(xué)課題組為代表的國(guó)內(nèi)研究人員對(duì)SMP2.0開(kāi)展了深入研究。國(guó)防科技大學(xué)系統(tǒng)工程系李群、雷永林等開(kāi)基于SMP2.0開(kāi)發(fā)了新一代建模仿真平臺(tái)Sim2000 2.0，該平臺(tái)面向航天、裝備試驗(yàn)仿真，實(shí)現(xiàn)了模型創(chuàng)建、代碼生成、集成仿真，在國(guó)內(nèi)多家航天研究院所、兵種裝備研究院的復(fù)雜系統(tǒng)仿真項(xiàng)目中取得成功[17]。

SMP作為首個(gè)遵照MDA思想實(shí)現(xiàn)的建模仿真規(guī)范，能夠有效地支持復(fù)雜系統(tǒng)的建模仿真，提高建模仿真效率。但其仍存在不足：

1. 對(duì)仿真模型描述能力弱；與DEVS等規(guī)范相比，SMP2.0無(wú)法無(wú)損地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行描述建模，在完成模型的轉(zhuǎn)換時(shí)，往往需要手動(dòng)添加大量算法代碼，難以實(shí)現(xiàn)MDA中真正意義上的可執(zhí)行模型的自動(dòng)生成。

2. 對(duì)建模概念抽象層次低；SMP中現(xiàn)有的建模概念大多是技術(shù)層面的規(guī)范（如組件、類、接口、服務(wù)等），加之MDA思想和關(guān)鍵技術(shù)的復(fù)雜程度，無(wú)SMP2.0開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)的普通建模人員使用難度大。

3. 缺乏開(kāi)放的仿真引擎；制定SMP2.0規(guī)范的Vega公司開(kāi)發(fā)的仿真引擎不對(duì)外開(kāi)放，使用SMP2.0實(shí)現(xiàn)仿真模型的集成與執(zhí)行，需要研究人員根據(jù)不同領(lǐng)域的仿真需求自行開(kāi)發(fā)仿真引擎[16]。

4 比較與分析

上文對(duì)三種基于組件的建模仿真技術(shù)及應(yīng)用情況進(jìn)行了綜述介紹，從規(guī)范本身及建模仿真的效果來(lái)看，三種規(guī)范各有優(yōu)劣，表1將三者進(jìn)行了對(duì)比。

總體來(lái)看，DEVS采用嚴(yán)謹(jǐn)數(shù)學(xué)描述方式，對(duì)組件內(nèi)部及接口設(shè)計(jì)進(jìn)行了嚴(yán)格定義，層次化、模塊化的建模思想及對(duì)模型完備的描述能力是其較其他規(guī)范的優(yōu)勢(shì)。基于HLA的BOM實(shí)現(xiàn)了組件的快速構(gòu)建，提升了建模效率，但由于HLA本身過(guò)于復(fù)雜，模型實(shí)現(xiàn)成本高，BOM的運(yùn)用有較大的局限性。SMP2.0采用MDA生成式建模的思想和基于組件的軟件工程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了仿真模型的設(shè)計(jì)信息與運(yùn)行信息分離，采用的模型變換、代碼生成技術(shù)思想均能很大程度提高建模仿真效率。

表1 三種基于組件的建模仿真技術(shù)對(duì)比

5 航天靶場(chǎng)建模仿真需求與技術(shù)實(shí)現(xiàn)框架

在航天靶場(chǎng)試驗(yàn)中，涉及到大量的航天測(cè)控算法，傳統(tǒng)的面向?qū)ο蟮慕７绞?，建模仿真人員既要熟練掌握相關(guān)專業(yè)知識(shí)，又要具備較強(qiáng)的編碼能力，構(gòu)建的仿真模型往往只能支持單一的試驗(yàn)，建模效率低，模型的重用性差，且一旦需要對(duì)模型采用的算法進(jìn)行修改，建模仿真人員需要重新編寫(xiě)相應(yīng)代碼并進(jìn)行集成，工作量大[26]。因此，一種界面友好、支持組件生成、組件管理、快速構(gòu)建仿真的試驗(yàn)工具是航天靶場(chǎng)急需的。

盡管每次試驗(yàn)構(gòu)建的仿真模型不盡相同，但在同一領(lǐng)域開(kāi)展仿真，不同的模型必然會(huì)有許多功能相近甚至相同的模塊組成。針對(duì)這一特點(diǎn)，組件生成人員可以采用基于組件的建模仿真思想，遵循一套組件建模規(guī)范，將仿真系統(tǒng)中不同的仿真元素細(xì)分為自描述的組件，并利用組件生成平臺(tái)對(duì)組件進(jìn)行可視化封裝、生成。建模仿真人員利用仿真驗(yàn)證平臺(tái)將所需組件導(dǎo)入，在可視化建模工具中，通過(guò)拖拽、連線，采用“搭積木”的方式完成模型的組裝構(gòu)建，模型參數(shù)設(shè)置完畢后，仿真工具將對(duì)用戶構(gòu)建的模型進(jìn)行解析，并將解析后的解算邏輯推送至仿真引擎，最后以圖表的方式將仿真結(jié)果予以展現(xiàn)，生成仿真評(píng)估報(bào)告。技術(shù)實(shí)現(xiàn)框架如圖4所示。

根據(jù)前文的論述，以SMP2.0為代表的生成式建模技術(shù)能較好地滿足航天靶場(chǎng)試驗(yàn)的建模仿真需求：采用SMP2.0作為規(guī)范進(jìn)行算法組件開(kāi)發(fā)，結(jié)合可視化技術(shù)，確保組件接口的一致性和可視化封裝；利用SMDL語(yǔ)言對(duì)組件及裝配信息進(jìn)行描述，并根據(jù)提供的仿真運(yùn)行框架設(shè)計(jì)仿真引擎。建模仿真人員完成模型創(chuàng)建后，利用模型轉(zhuǎn)換及代碼生成技術(shù)實(shí)現(xiàn)可執(zhí)行模型的自動(dòng)生成，經(jīng)仿真引擎調(diào)度結(jié)算后得到仿真驗(yàn)證結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)系統(tǒng)的建模與統(tǒng)一仿真。通過(guò)這種方式，仿真專業(yè)人員省去了繁瑣的組件開(kāi)發(fā)過(guò)程，能夠靈活、高效地對(duì)仿真模型進(jìn)行修正，既實(shí)現(xiàn)了模型的重用又達(dá)到了快速建模仿真的目的。

事實(shí)上，SMP2.0相關(guān)技術(shù)也在不斷成熟與完善：為彌補(bǔ)SMP2.0的行為建模能力的不足，研究人員實(shí)現(xiàn)了DEVS到SMP2.0的映射與模型變換[18]，證明了將其他形式體系映射到SMP2.0的可行性，為將來(lái)實(shí)現(xiàn)多種形式體系下的復(fù)雜系統(tǒng)建模集成打下基礎(chǔ)。仿真模型的生成技術(shù)、仿真引擎的開(kāi)發(fā)完善也在持續(xù)進(jìn)行中[17]。綜上所述，基于組件的生成建模方法，必將成為航天靶場(chǎng)建模仿真的發(fā)展趨勢(shì)。

圖4 技術(shù)實(shí)現(xiàn)框架

6 結(jié)論

針對(duì)當(dāng)前航天靶場(chǎng)試驗(yàn)仿真建模中模型重用性差、建模效率低的現(xiàn)狀，本文對(duì)基于組件的建模仿真技術(shù)中較為流行的DEVS、BOM及SMP2.0規(guī)范及其應(yīng)用情況進(jìn)行了綜述及分析比對(duì)。本文對(duì)航天靶場(chǎng)試驗(yàn)建模仿真需求進(jìn)行歸納，提出其技術(shù)實(shí)現(xiàn)框架，并對(duì)航天靶場(chǎng)的建模仿真發(fā)展做出展望，認(rèn)為SMP2.0能較好地滿足航天靶場(chǎng)試驗(yàn)的建模仿真需求。雖然SMP2.0諸多相關(guān)技術(shù)還有待進(jìn)一步完善，但其所代表的基于組件的生成式建模必將成為航天靶場(chǎng)試驗(yàn)建模仿真的發(fā)展趨勢(shì)。

[1] 燕雪峰, 杜慶偉, 柴旭東.一種新的仿真組件模型及其實(shí)現(xiàn)[J]. 南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 38(6)∶ 780-785.

[2] Zeigler B B P, Moon Y, Kim D, et al. DEVS-C++∶ A High Performance Modeling and Simulation Environment[C] HICSS. 2010∶ 350-359.

[3] Bergero F, Kofman E. PowerDEVS∶ A tool for hybrid system modeling and real-time simulation[J]. Simulation Transactions of the Society for Modeling & Simulation International, 2011, 87(1-2)∶ 113-132.

[4] Nutaro J. Adevs∶ A Discrete Event System Simulator[OL]. [2015]. http∶//web.ornl.gov/～1qn/adevs/adevs-docs.

[5] Kofman E, Lapadula M, Pagliero E. PowerDEVS∶ A DEVSBased Environment for Hybrid System Modeling and Simulation[J]. 2003.

[6] Preyser F, Hafner I, R??ler M. Implementation of Hybrid Systems Described by DEV&DESS in the QSS Based Simulator PowerDEVS[C]//Tagungsband ASIM 2015 Work-shop der ASIM/GI-Fachgruppen. 2015.

[7] SISO-STD-003-2006. Base Object Model (BOM) Template Specification[S]. SISO. 2006. 3.

[8] SISO-STD-003. 1-2006. Guide for Base Object Model (BOM) Use and Implementation[S]. SISO. 2006. 4.

[9] 龔建興. 基于BOM的可擴(kuò)展仿真系統(tǒng)框架研究[D]. 國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2007.

[10] 何強(qiáng), 陳彬, 鐘榮華, 等. 基于DEVS的BOM組件與仿真引擎研究[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào), 2010(11)∶ 2505-2510.

[11] Peng G, Mao H, Zhang H. BMRSS∶ BOM-Based Multi-Resolution Simulation System Using Components[M]//AsiaSim 2013. Springer Berlin Heidelberg, 2013∶ 485-496.

[12] ?elik T, Tekinerdogan B. S-IDE∶ A tool framework for op-timizing deployment architecture of High Level Architecture based simulation systems[J]. Journal of Systems & Software, 2013, 86(10)∶ 2520-2541.

[13] 張鵬, 黃健, 趙鑫業(yè), 等. 基于BOM組件模型的可組合性研究[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào), 2011, 23(8)∶ 1559-1562.

[14] 李昕龍, 向毛. 基于DEVS理論的指控系統(tǒng)建模與分析[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào), 2015, 27(8)∶ 1708-1714.

[15] 雷永林, 蘇年樂(lè), 李競(jìng)杰, 等. 新型仿真模型規(guī)范SMP2及其關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)[J]. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐, 2010, 30(5)∶899-908.

[16] 李群, 王超, 王維平, 等. SMP2.0仿真引擎的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào), 2008(24)∶ 6622-6626.

[17] 雷永林, 李小波, 李群, 等. 基于SMP2的復(fù)雜系統(tǒng)生成式仿真建模方法[J]. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐, 2012, 32(5)∶1107-1117.

[18] Lei Y, Wang W, Li Q, et al. A transformation model from DEVS to SMP2 based on MDA[J]. Simulation Modelling Practice & Theory, 2009, 17(10)∶ 1690-1709.

[19] Su N L, Zhou H W, Li Q, et al. Parallelization of SMP2 simulation engine on multi-core platform[J]. Yuhang Xuebao/journal of Astronautics, 2010, 31(7)∶ 1883-1891.

[20] Lei Y L, Su N L, Li J J, et al. New simulation model representation specification SMP2 and its key application techniques[J]. Systems Engineering-Theory & Practice, 2010, 31(4)∶ 553-572.

[21] Barreto J, Hoffmann L, Ambrosio A. Using SMP2 Standard in Operational and Analytical Simulators[J]. 2013.

[22] Steiniger A, Steiniger A. Component-based Modeling and Simulation for Smart Environments.[C]//Joint Workshop of the German Research Training Groups in Computer Science, Algorithmic Synthesis of Reactive and Discrete-Continuous Systems, Algosyn 2010, May 31-June. 2010.

[23] 宋志剛, 魏太林. 一體化試驗(yàn)靶場(chǎng)體系構(gòu)建探討[J]. 靶場(chǎng)試驗(yàn)與管理. 2012, (1)∶ 55-58.

[24] 毛慶華等. 航天試驗(yàn)靶場(chǎng)系統(tǒng)試驗(yàn)效能評(píng)估[J]. 軍事系統(tǒng)工程. 1999, (1)∶ 30-35.

[25] 宋琳. 淺論靶場(chǎng)基于信息系統(tǒng)的體系試驗(yàn)?zāi)芰ㄔO(shè)[J]. 靶場(chǎng)試驗(yàn)與管理. 2011(6)∶ 7-12.

[26] 葉新, 潘清, 董正宏. 多領(lǐng)域建模仿真方法綜述[J]. 軟件, 2014, 35(3)∶ 233-236.

Overview on Component-based M&S Technology

LIU Li-hao, DONG Zheng-hong, WANG Ming-jun

(Department of Information Equipment, The Academy of Equipment, Beijing 101416, China)

In order to solve the problem of inefficiency and models’ lack-of-reusability in traditional M&S (Modeling and Simulation) development of space range. This paper researched on three component-based technology and made an overview on their specifications and applications. After that comprehensive comparisons and analysis were made among three technology. The paper then gave the demands of M&S applications in range test and proposed a technology implementation framework. Additionally, the paper prospect about the development of space range M&S technology and concluded that generative M&S, represented by SMP2.0, would become a trend in space range M&S in the future.

Space range M&S; Component-based modeling specification; Generative M&S

TP311

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.01.018

劉立昊(1992-)，男，碩士，研究方向?yàn)檐娛滦畔⑾到y(tǒng)，Email：liulihao070204@163.com；董正宏(1977-)，男，裝備學(xué)院副教授，主要研究方向?yàn)檐娛滦畔⑾到y(tǒng)。王明俊(1962-)，男，教授，主要研究方向?yàn)檐娛滦畔⑾到y(tǒng)。