一种基于LVC仿真的军事训练系统的制作方法

一种基于lvc仿真的军事训练系统
技术领域
1.本发明涉及仿真训练技术领域，尤其涉及一种基于lvc仿真的军事训练 系统。


背景技术：

2.lvc仿真是指实物(1ive)、虚拟(virtual)、构造(construct)相结合 的仿真，实现lvc仿真需要基于分布式仿真支撑架构实现底层通信，并且采 用网关、适配器、包装器等技术实现异构仿真资源的封装与集成。现代仿真 应用已经由过去的单装备训练发展为多装备、多兵种、多平台体系的联合仿 真，计算机仿真技术也从单一的纯数字仿真、半实装仿真、人在回路仿真发 展到集c/s、分布计算、虚拟现实、专家系统等为一体的综合仿真系统，仿 真系统的规模越来越大。
3.应用领域分工的不同造成仿真系统天然的异构性，而且在大规模分布式 仿真系统，实装系统的存在使得仿真系统对仿真节点信息传输有极强的时间 约束。但是，当前无论是训练领域还是实验、试验领域，均有着较强的将这 三类系统进行互联，构建一体化平台的需求。
4.过去几十年各类系统的规模和异构性快速增加，现实世界的大规模系统 管理变得非常复杂，这些系统又包含许多不同类型的子系统，比如计算机生 成兵力子系统、指挥控制子系统等，各个子系统的数据源不同，硬件软件环 境各不相同，基于lvc不仅要实现系统间的互连互通互操作，而且还要实现 多源数据融合等，为武器装备的大规模训练提供支撑。
5.早在上个世纪90年代，美国国防部基于混合现实技术的思想，开发一种 综合训练方法。近年来美军高度重视lvc训练方式的发展和应用，大力推行
ꢀ“
实兵仿真推演”的演训体制，它利用仿真度较高的模拟器通过计算机与训 练实装相结合，为参训者提供一个逼真的虚拟环境。启动了jlvc联邦(联合 实兵、虚拟、构造仿真联邦)项目，形成了jlvc联邦概念模型和模型体系结 构，并提出了基于云使能模块服务的jlvc2020。
6.目前，lvc训练的多系统互连缺乏统一的技术标准、仿真架构以及有效共 用的数据模型和支撑软件等。


技术实现要素：

7.基于现有技术的上述情况，本发明的主要目的在于提供一种基于lvc仿 真的军事训练系统，有效解决了现有系统中技术标准不统一，数据冗杂，交 互难度大，响应速度慢等方面的问题，从而提供了一种响应高效、互联程度 好、仿真程度高的系统。
8.为达到上述目的，本发明提供了一种基于lvc仿真的军事训练系统，该 系统包括通信中间件、通信模块、数据中心、终端以及网关；其中，
9.所述通信中间件，基于请求方的终端的请求，调用数据中心的数据并向所 述请求方提供数据分发服务；
10.所述通信模块，面向服务连接，实现通信中间件、数据中心、终端以及网 关之间的
数据传输；
11.所述数据中心，至少用于数据存储和数据管理，所述数据中心至少包括模 型库，所述模型库定义不同系统间的对象模型，实现实装与构造仿真系统间 的交互；
12.所述终端，接收由访问者实施的操作指令；
13.所述网关，实现不同区域的终端的通信连接。
14.进一步，通信模块的通信接口包括通信对象接口或服务接口。
15.进一步，模型库包括实装库以及仿真库；所述实装库包括实装模型库，所 述仿真库包括对应于所述实装模型库中实装的仿真模型。
16.进一步，实装模型库包括武器系统模型库、弹药系统模型库、或车辆系统 模型库。
17.进一步，仿真库包括对应于所述实装模型库的仿真武器系统模型库、仿真 弹药系统模型库、或仿真车辆系统模型库。
18.进一步，数据中心的数据管理包括数据库统一、数据结构统一、或分布式 存储管理与调用。
19.进一步，操作指令包括访问、查询、校验、采集、清洗、编辑、或存储。
20.进一步，通信模块包括通信服务总线，所述通信服务总线向终端、通信中 间件以及网关提供数据交互服务。
21.进一步，所述通信服务总线与插件模块构成通信连接，所述插件模块包括 插件接口。
22.进一步，所述插件接口实现插件的动态安装、启动、停止、以及卸载。
23.本发明的先进之处：
24.本发明提供了一种基于lvc仿真的军事训练系统，通过构建一套异构系 统互联环境，能够支持与实兵实装、虚拟仿真和构造仿真等各类系统的互联、 互通、互操作；该系统制定了一套异构系统接口协议体系，支持多接口接入、 多种通讯协议(比如hla、dds等)接入，对各独立的子系统进行组网通讯， 实现多接口融合的仿真系统；满足异构系统多源数据融合，实现多种数据源 的集成，实现数据、资源的共享和重用。
附图说明
25.图1是本发明的系统框架图；
26.图2是本发明的通信中间件的结构示意图；
27.图3是本发明的实装代理的结构示意图。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施 方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例 性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结 构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
29.本发明所述的一种基于lvc仿真的军事训练系统的设计基于如下基本思 路，在底层通信服务总线的基础上基于公共网关技术实现不同体系结构的系 统互连，即平台充分利用已有的仿真资源和仿真环境，通过网关实现已有标 准协议系统、非标准协议系统、以
及新研系统的互联互通。
30.本发明所述的一种基于lvc仿真的军事训练系统包括：通信中间件、通 信模块、数据中心、终端、以及网关。
31.所述通信中间件，基于请求方的终端的请求，调用数据中心的数据并向 所述请求方提供数据分发服务；
32.所述通信模块，面向服务连接，实现所述通信中间件、数据中心、终端 以及网关之间的数据传输；通信模块的通信接口包括通信对象接口或服务接 口；通信模块包括通信服务总线，所述通信服务总线向终端、通信中间件以 及网关提供数据交互服务；所述通信服务总线与插件模块构成通信连接，所 述插件模块包括插件接口，所述插件接口实现插件的动态安装、启动、停止、 以及卸载。
33.所述数据中心，至少用于数据存储和数据管理，数据中心的数据管理包 括数据库统一、数据结构统一、或分布式存储管理与调用；所述数据中心至 少包括模型库，所述模型库定义不同系统间的对象模型，实现实装与构造仿 真系统间的交互；模型库包括实装库以及仿真库；所述实装库包括实装模型 库，所述仿真库包括对应于所述实装模型库中实装的仿真模型；实装模型库 包括武器系统模型库、弹药系统模型库、或车辆系统模型库；仿真库包括对 应于所述实装模型库的仿真武器系统模型库、仿真弹药系统模型库、或仿真 车辆系统模型库。
34.所述终端，接收由访问者实施的操作指令；操作指令包括访问、查询、 校验、采集、清洗、编辑、或存储。
35.所述网关，实现不同区域的终端的通信连接。
36.图1所示为本发明所述的基于lvc仿真的军事训练系统一种具体实施案 例的框架图，该系统包括资源层、基础服务层和应用功能层。
37.资源层，提供本发明所述系统中使用的各类资源，包括模拟器、实装设 备、环境和三维实体模型等。模拟器包括保障设备等数字模拟器，以及座舱 等半实装模拟器；实装设备包括各种传感器、指挥控制系统、vr/ar设备等； 三维实体模型包括传感器、作战单元的三维实体模型等。
38.基础服务层，利用通信服务总线承担仿真系统中数据分发管理服务，以 发挥通信服务总线(比如hla/rti、dds等)在数据传输方面的优势和特点。 实现对仿真节点的分布式管理，提供各类网关组件和适配器(或者桥接器)， 分别针对已有标准协议的系统的接入和非标准系统的接入。
39.应用功能层，包含了武器装备训练仿真的功能组件(图1中的应用)以及 仿真运行工具(图1中的工具)。
40.在该具体的应用实施例中，终端为应用功能层，通过预设身份代理(联邦 成员)实施操作，这种操作可以通过应用设计来实现，比如通过模拟器终端 应用软件来进行异调控制、想定编辑、分析评估等操作，也可以通过模拟器 终端通信连接的工具，比如战车上的传感器等，实施运行监控、数据采集等 操作。应用功能层利用终端操作时可以经由基础服务层进行相关指令或者任 务或者数据的传递。通信模块为基础服务层，通信服务总线形成了数据交互 连接的主线，其应用连接到各个区域网关、适配器/通信中间件、数据管理仓 库和资源管理仓库等，基础服务层向终端直接提供各种应用服务。终端的指 令或者传输数据
等经由基础服务层到对应资源层的实装库、仿真库(包括构 造仿真库、虚拟仿真库、非标准的应用系统)以及数据管理仓库所连接的仿 真数据、测试数据、装备数据和资源管理仓库所连接的基础模型等。数据中 心为资源层，其包括了实装库、仿真库、仿真数据、测试数据、装备数据以 及基础模型在整个系统中都具有对应关联关系，在终端发出指令后，就可以 直接调用或者修正或者更改相关数据，比如在仿真战场演习时，在某地区野 外场景下对99a进行布置，则可以直接调用相应区域现场实兵以及关联检测 设备的数据，包括车载传感器、雷达、卫星、载机探测数据等，与对应的实 装库、仿真库、仿真数据、测试数据、装备数据以及基础模型的相关数据， 实现高仿真的战场布置。
41.根据本发明的上述实施例，通信中间件可以借助于网关，达到仿真应用 和通信中间件之间的信息交互，一方面，网关将上层应用所需要公布的实体 状态转换成底层中间件要求的数据格式数据包，通过底层设施发送出去；另 一方面，底层信息传输设施将收到的仿真应用交互信息，转换成上层能理解 的格式，并交由网关转发给仿真应用，其构建可以通过hla-udp-dds的构建 而实现。hla体系结构是一个开放的、支持面向对象的体系结构。它采用面 向对象的方法学来分析系统，建立不同层次和粒度的对象模型，从而促进了 仿真系统和仿真部件的重用。udp是osi参考模型中一种无连接的传输层协 议，它主要用于不要求分组顺序到达的传输中，分组传输顺序的检查与排序 由应用层完成，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务。udp协议基本上 是ip协议与上层协议的接口。udp协议适用端口分别运行在同一台设备上的 多个应用程序。dds是数据分发服务(dds,data distribution service)，定 义了一个高效的服务,用于在分布式应用程序的参与者之间分发数据。
42.为了实现异构协议系统的数据传输机及互操作，该实施方式中提供的通 信中间件的结构示意图如图2所示。通信服务总线建立了一个公共对象模型， 提供所有仿真应用间通信的“公共语言”，使各应用能够实现语义互操作。 公共对象模型提供交互方式的描述，作为信息交互的基础，一种类似hla的 信息发布/订阅方式，另外一种是类似corba等提供的远程服务调用方式。需 要描述的要素包括：服务接口、数据接口、类接口以及支持的数据类型定义、 异常处理等。优选的，在通信模块中，其通信接口包括通信对象接口或服务 接口。分布式通信对象接口，其分布式通信对象层对分布式中间件所提供的 状态对象和事件对象进行封装。为实现应用功能层与基础服务层的解耦合， 封装后每一类通信对象应该具有一致的接口。网关和适配器作为基于lvc仿 真的军事训练系统分布式对象的一部分，可以以远程过程调用或者服务接口 的形式，集成到总线。服务接口，其分布式通信应用程序只需对接口负责， 应用只需关注业务逻辑，实现一方的变化不会波及到另一方，从而实现仿真 通信总线与仿真应用系统的解耦合。
43.根据本发明的上述实施例，模型库作为数据中心的一个重要组成，其统 一关联的定义，目的在于解决仿真系统之间的互操作性、可重用和可组合性 问题，实现异构系统之间语义、语用甚至概念层次的可组合。
44.根据现有技术中某些实施例，可以采用基于bom技术的公共对象模型描 述，并参考hla-omt技术实现，使用可扩展标记语言(xml)表示bom的数据 交换格式。bom技术是描述仿真系统或联邦内的各种相互作用，以仿真元素 间的事件序列方式出现，并采用bom内部提供的hla对象模型结构进行实现。 bom内容采用xml和xmlschema的方法来定义和校验所描述的内容，有利于 增强数据的交换和理解能力，bom采用表格的方式描述这些模板组件。
bom 模板组件详细地描述了概念模型和仿真模型组件接口。使得这些仿真模型组 件能够在具有互操作能力的仿真系统的设计、开发合扩展中应用，其bom模 板如表1所示：
45.表1
46.47.[0048][0049]
优选的，模型库包括实装库以及仿真库，实装库包括实装模型库，仿真 库包括对应于实装模型库中实装的仿真模型。优选的，实装模型库包括武器 系统模型库或弹药系统模型库或车辆系统模型库。优选的，仿真库包括对应 于实装模型库的仿真武器系统模型库或仿真弹药系统模型库或仿真车辆系统 模型库。
[0050]
图3所示为本发明的实装代理的结构示意图，实装代理是固化到硬件中 且可以加装到实装上的硬件网关，为通过进一步设置的实装网络控制器，其 功能可以通过一块芯片、一个嵌入式设备或者板卡、或者一台独立的设备实 现数据的采集。物理层支持多接口接入，比如常见的rs-232/485、以太网、 现场总线(can总线、cc-link)等，支持gprs、cdma、电台、电话拨号、卫 星等远程通信方式。同时，实装网络控制器内置了linux实时操作系统，可 支持第三方应用平台的sdk，实现c和python的二次开发环境。从而克服实 装资源由于通信接口和协议的特殊性，即实装软件与仿真系统软件的通信机 制和时间管理策略都存在差异，无法直接入仿真系统，需要通过实时接入代 理完成数据转换与封装。而通过适配器中间件的形式，使实装软件与仿真平 台间实现交互信息的正确传递和统一的时间管理。实装网络控制器根据实装 软件仿真通信服务数据交互方式以及时间管理策略，一是通信组件定义数据 传输的格式和处理模型，对外提供了通信数据的接口，将实装软件的网络通 信数据转换成hla标准的交互类消息通过rti分发，完成与hla/rti系统的 通信适配。二是时统组件采用统一的时统技术，统一仿真系统中各个实装软 件的时间，实现仿真系统的时间一致性。其中统一的时间管理可以是北斗等 硬件授时设备，也可以采用本机时间作为相对时间执行任务。实现时，在可 编程器件或嵌入式系统中设计协议解析转发模块，使得硬件接口输入的数据 通过硬件通信解析模块发送到协议匹配模块，然后由协议转换模块和dds中 间件或者hla联邦代理发送到其订阅模块，与训练系统中的其他成员进行数 据交互。
[0051]
为了实现即插即用的功能，通信服务总线还可以通信连接插件模块，插 件模块包括插件接口，所述插件接口以实现插件的动态安装、启动、停止、 以及卸载。在实施中终端可以具有接入导调控制网络的各种通信接口，集成 有系统对象模型，安装集成在作战单元上，实现实装信息采集、战场精确定 位和对抗效果模拟等功能。
[0052]
通过本发明的该实施例，实现了多源异构数据融合(可以由终端系统， 如总控制台依据指令进行实现，也可以由数据中心对获取的数据按照预设指 令进行实现，如利用ai技术进行智能操作管理)，实现对多源异构数据库的 统一访问、跨库调用，打通各类数据通道，实现海量数据(结构化、半结构 化及非结构化)的数据清洗、异常判断及存储管理，解决数据库不统一、数 据结构不统一、分布式存储等情况，最后形成完备的数据中心。
[0053]
多源异构数据融合组件具有数据访问、数据编辑、数据检索、元数据管 理等功能，通过这些功能主要提供四种服务：
[0054]
a)统一访问：实现跨业务应用系统间异构数据库的统一访问管理，解决 多系统数据综合应用时对底层异构数据库数据的统一管控的问题。
[0055]
b)统一查询：构建逻辑上的数据库，隔离业务应用与数据库间的直接连 接，提高数据访问的安全性；支持物理上数据表之间的关联查询，实现跨数 据源的数据检索。
[0056]
c)统一检验：构建跨库数据一致性检验平台，对来自各个数据库的相关 性数据进行一致性、完整性、完备性进行对比检验。
[0057]
d)数据管理：实现对装备作战试验活动产生的数据进行采集、校验、清 洗、存储、编辑等业务。
[0058]
综上所述，本发明提供了一种基于lvc仿真的军事训练系统，通过构建 一套异构系统互联环境，能够支持与实兵实装、虚拟仿真和构造仿真等各类 系统的互联、互通、互操作；制定一套异构系统接口协议体系，支持多接口 接入、多种通讯协议(比如hla、dds等)接入，对各独立的子系统进行组网 通讯，实现多接口融合的仿真系统；满足异构系统多源数据融合，实现多种 数据源的集成，实现数据、资源的共享和重用。
[0059]
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释 本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和 范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和 边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。