[发明专利]基于战术前缘网络的半实物仿真系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于战术前缘网络的半实物仿真系统及方法。该系统包括纯仿真系统、实物代理与实物仿真系统，纯仿真系统包含3D可视化实体、消息节点、网络仿真实体、通信机制仿真实体、战术态势和数据分发服务；实物仿真系统包含实物平台节点和实物战术态势。方法为：3D可视化实体将感知到的目标状态信息发送给消息节点解析与处理，然后发送给网络仿真实体进行数据处理，并发送给通信机制仿真实体进行编码、调试，然后由其他通信机制实体经过解调、解码后发送给对应网络仿真实体，经过网络仿真后由消息节点解析处理，最后通过3D可视化实体和战术态势进行呈现。本发明为真实系统提供经过仿真验证的成熟功能模块，达到了接近实战的仿真效果。

技术领域

本发明属于计算机仿真技术领域，特别是一种基于战术前缘网络的半实物仿真系统及方法。

背景技术

战术前缘系统是以群体智能为核心的集群人机结合系统，由一群小微弱、具有差异性的个体(人、机器等)组成，在天气、地形、电磁等各种复杂变化环境下，通过融合群体能力，协同完成特战、搜救等任务。战术前缘系统在国内外都属于新领域的研究范畴，目前并没有实际成形的系统，在系统仿真方面，具备与战术前缘系统相近的多是对一些中大型平台展开的仿真系统，如基于Link16系统的半实物仿真，采用VRNET集成网络仿真开发平台，通过VRNET集成的网络、平台、业务等功能仿真模块，模拟Link16系统的通信功能及性能。

基于Link16系统的仿真系统架构如图1所示，系统包括仿真主机及多个仿真终端，通过以太网互联。仿真主机通过搭载仿真场景运行VRNET仿真，多个仿真终端模拟空中Link16终端设备(如战斗机、预警机、干扰机、侦察机)。仿真主机接收来自各个终端的Link16消息，将其转化为VRNET内部可识别的数据类型，进行处理，并能转发给其他终端，从而模拟真实环境下友机相互通信的情况。

仿真终端与仿真主机之间通过socket接口传递真实数据帧。仿真主机和仿真终端都配置了唯一的IP地址和端口号用于数据通信，仿真主机不断监听来自终端的数据包。消息封装在以太网帧中，当仿真主机接收到以太网帧后，它会解析出其包含的格式化消息，并映射到对应的仿真模型，将消息传递给仿真模型。仿真模型根据具体情况处理数据包，当仿真模型处理完消息后，同样将消息打包成格式化消息并封装到以太网帧中，利用socket接口发送给指定的仿真终端，从而模拟一次完整的Link16格式化消息传递处理流程，如图2所示。

现有Link16的半实物仿真系统主要是针对广域范围内(几百公里)，尤其是中大型飞机平台间的通信仿真，而战术前缘系统的特点是，单体平台小微弱(人、中小型无人机、无人车)、数量多(成百上千)、地理环境复杂(城市、山地、林地)、电磁环境复杂(遮挡、多径、对抗干扰)，因此战术前缘系统对仿真系统的要求主要有支持各类仿真场景推演、大数量节点间的格式化消息协议仿真、密集组网仿真及频谱受限的物理层仿真。

现有半实物仿真系统主要针对中大型平台，平台之间有协同需求，但远小于小微弱平台对协同的需求，小微弱平台受限于单体能力，往往无法独立完成任务，需要多个小微弱平台联合感知、多维融合，才能协同完成任务，因此平台之间的数据交互量大而且频繁，对数据融合、边缘计算的要求也很高。由于中大型飞行平台的通信能力强、高空通信不存在遮挡等因素，现有半实物仿真系统在组网方面主要支持TDMA，节点间基本不需要路由就可以建立连接，而战术前缘系统受限于平台能力及复杂地理及电磁环境，节点间通过多跳才能建立连接，因此对组网仿真的要求也不同。在物理层仿真方面，由于Link16系统用于广域范围内通信，频率干扰主要来自敌我对抗，频段多采用L段，而战术前缘系统由于所处环境复杂，需要在广频域范围内进行频谱感知，获取可用频段，而且会随着频谱质量变化进行动态接入，因此对物理层的仿真要求是快速频谱感知和高效频谱资源利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于战术前缘网络的半实物仿真系统，包括多个节点的分布式接入框架，支持战术前缘场景推演仿真、多节点格式化消息处理、异构网络仿真、复杂通信机制仿真。本发明的目的还在于提供一种适用于上述半实物仿真系统的数据交互流程方法，保证节点间高效的数据传输。