(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201711195127.3
(22)申请日 2017.11.24
(71)申请人 北京宇航系统工程研究所
地址 100076 北京市丰台区南大红门路1号
内35栋
申请人 中国运载火箭技术研究院
(72)发明人 董帅 弓川锦 陈爱真 罗汝斌
李艳 邵旭东 于浛 范青正
陈建伟 赵晖
(74)专利代理机构 中国航天科技专利中心
11009
代理人 张晓飞
(51)Int.Cl.
G06F 17/50(2006.01)
(54)发明名称
及方法
(57)摘要
一种面向航天装备的组件化体系仿真系统
模块、仿真运行模块和数据采集模块；模型编辑
模块生成仿真模型或组件模型的基本代码框架，
以及仿真模型资源库；仿真想定编辑模块以遍历
的方式读取仿真模型资源库，提供创建仿真想定
的功能，编辑和设置模型以及仿真想定的信息，
保存为想定文件；仿真运行模块以遍历的方式读
取本地指定路径下的想定文件，仿真开始运行
后，发布周期性的仿真推进消息，完成仿真流程；
数据采集模块用于在线获取仿真数据，并按照要
求存储至数据库中，为模型的学习优化、仿真数
据评估工作提供支撑。权利要求书1页 说明书7页 附图10页CN 107832551 A 2018.03.23
C N 107832551
A
1.一种面向航天装备的组件化体系仿真系统，其特征在于：包括模型编辑模块、仿真想定编辑模块、仿真运行模块和数据采集模块；
模型编辑模块生成仿真模型或组件模型的基本代码框架，以及仿真模型资源库；
仿真想定编辑模块以遍历的方式读取仿真模型资源库，提供创建仿真想定的功能，编辑和设置模型以及仿真想定的信息，保存为想定文件；
仿真运行模块以遍历的方式读取本地指定路径下的想定文件，仿真开始运行后，发布周期性的仿真推进消息，完成仿真流程；
数据采集模块用于在线获取仿真数据，并按照要求存储至数据库中，为模型的学习优化、仿真数据评估工作提供支撑。
2.根据权利要求1所述的一种面向航天装备的组件化体系仿真系统，其特征在于：所述模型编辑模块包括建模子模块和模型装配子模块；建模子模块负责通过使用或集成面向航天装备的组件化模型体系中的基类，生成仿真模型或组件模型的基本代码框架；模型装配子模块根据模型或其基类模型的属性信息，选择已有的实体模型和组件模型，通过可视化界面对其参数化，生成实例化后的实体。
3.根据权利要求1所述的一种面向航天装备的组件化体系仿真系统，其特征在于：所述仿真想定编辑模块提供新建想定、打开想定、保存想定、设置想定名称、想定仿真步长、想定开始/结束时间的功能；遍历仿真模型资源库库，获取可同于仿真想定编辑的所有模型，将模型部署到指定位置，通过编辑页面为模型设置属性，包括名称、所属方信息；最终形成的想定文件作为仿真运行模块的输入条件。
4.根据权利要求1所述的一种面向航天装备的组件化体系仿真系统，其特征在于：所述仿真运行模块完成仿真想定的初始化和运行工作；仿真想定初始化时读取想定文件，从文件中识别仿真开始时间，仿真步长，仿真结束时间以及参与仿真的模型类型和参数，根据模型类型和参数，由仿真模型资源库中以相应的参数实例化模型，并保存每个模型的指针形成模型指针列表；初始化完毕后开始仿真运行，通过模型指针列表调用模型执行推进。
5.根据权利要求1所述的一种面向航天装备的组件化体系仿真系统，其特征在于：所述数据采集服务模块用于仿真在线数据采集以及目标特征库的更新工作；数据采集服务模块与仿真运行模块时在后台运行，
在每个仿真步长内通过遍历的形式访问每个仿真模型并采集其数据，保存至数据库中；在仿真结束后，追加本次仿真中新的目标特征类数据至目标特征库中，作为后续仿真工作的先验信息。
6.一种利用权利要求1-5任意所述面向航天装备的组件化体系仿真系统进行仿真的方法，其特征在于步骤如下：
1)根据系统提供的体系仿真建模体系和建模子模块完成建模和模型装配工作；
2)装配形成仿真模型资源库；
3)完成想定设计形成仿真想定文件；
4)读取仿真想定文件并加载仿真模型，开始仿真运行；
5)在仿真运行期间获取模型数据并存储至数据库，在仿真结束后更新目标特征数据库；6)目标特征数据库供仿真模型在后续仿真中使用。
权 利 要 求 书1/1页CN 107832551 A
一种面向航天装备的组件化体系仿真系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种面向航天装备的组件化体系仿真系统，属于体系对抗仿真领域领域。
背景技术
[0002]随着国家对于体系化作战的重视，军方对于航天装备的体系化、实战化能力提出了迫切要求。体系对抗仿真技术是推动各类装备体系化论证和研制的有效手段。目前，国内各军兵种、工业部门及高校均开展了广泛的体系对抗仿真研究与探索，但针对航天领域的体系化对抗仿真尚处于起步阶段。目前的研究现状存在如下局限性。一、采用仿真建模系统采用整体建模的思路，仿真模型的功能模块之间存在大量的重复和冗余，不利于专业知识成果的复用与组织管理；而采用组件化建模思想的建模工具克服了整体建模的弊端，但仍然存在组件划分方式与航天装备应用领域不相匹配的问题。其组件划分采用装备研制视角，将模拟对象划分为一系列子系统，而未采用作战用户视角进行组件化划分；二、仿真建模方法均为采用人工智能技术，在模型建模完成后便不再完善，缺乏利用仿真过程和结果数据进行自我学习和完善的能力，并无法正确和深入描述体系作战的过程。
[0003]体系对抗仿真建模的发展方向是可装配，重复使用已经配置完成的组件，根据需求对参数进行设置，对模型进行灵活装配，并利用人工智能相关技术不断优化，形成航天装备体系对抗仿真模型体系，构建面向航天装备的组件化体系仿真系统。
发明内容
[0004]本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种面向航天装备的组件化体系仿真系统及方法，有效提高航天装备相关专业仿真模型的专业性与复用性，也有利于提高仿真对于型号需求的响应速度。
[0005]本发明的技术方案是：一种面向航天装备的组件化体系仿真系统，包括模型编辑模块、仿真想定编辑模块、仿真运行模块和数据采集模块；
[0006]模型编辑模块生成仿真模型或组件模型的基本代码框架，以及仿真模型资源库；[0007]仿真想定编辑模块以遍历的方式读取仿真模型资源库，提供创建仿真想定的功能，编辑和设置模型以及仿真想定的信息，保存为想定文件；
[0008]仿真运行模块以遍历的方式读取本地指定路径下的想定文件，仿真开始运行后，发布周期性的仿真推进消息，完成仿真流程；
[0009]数据采集模块用于在线获取仿真数据，并按照要求存储至数据库中，为模型的学习优化、仿真数据评估工作提供支撑。
[0010]所述模型编辑模块包括建模子模块和模型装配子模块；建模子模块负责通过使用或集成面向航天
装备的组件化模型体系中的基类，生成仿真模型或组件模型的基本代码框架；模型装配子模块根据模型或其基类模型的属性信息，选择已有的实体模型和组件模型，通过可视化界面对其参数化，生成实例化后的实体。
[0011]所述仿真想定编辑模块提供新建想定、打开想定、保存想定、设置想定名称、想定仿真步长、想定开始/结束时间的功能；遍历仿真模型资源库库，获取可同于仿真想定编辑的所有模型，将模型部署到指定位置，通过编辑页面为模型设置属性，包括名称、所属方信息；最终形成的想定文件作为仿真运行模块的输入条件。
[0012]所述仿真运行模块完成仿真想定的初始化和运行工作；仿真想定初始化时读取想定文件，从文件中识别仿真开始时间，仿真步长，仿真结束时间以及参与仿真的模型类型和参数，根据模型类型和参数，由仿真模型资源库中以相应的参数实例化模型，并保存每个模型的指针形成模型指针列表；初始化完毕后开始仿真运行，通过模型指针列表调用模型执行推进。
[0013]所述数据采集服务模块用于仿真在线数据采集以及目标特征库的更新工作；数据采集服务模块与仿真运行模块时在后台运行，在每个仿真步长内通过遍历的形式访问每个仿真模型并采集其数据，保存至数据库中；在仿真结束后，追加本次仿真中新的目标特征类数据至目标特征库中，作为后续仿真工作的先验信息。
[0014]一种利用上述面向航天装备的组件化体系仿真系统进行仿真的方法，步骤如下：[0015]1)根据系统提供的体系仿真建模体系和建模子模块完成建模和模型装配工作；[0016]2)装配形成仿真模型资源库；
[0017]3)完成想定设计形成仿真想定文件；
[0018]4)读取仿真想定文件并加载仿真模型，开始仿真运行；
[0019]5)在仿真运行期间获取模型数据并存储至数据库，在仿真结束后更新目标特征数据库；
[0020]6)目标特征数据库供仿真模型在后续仿真中使用。
[0021]本发明与现有技术相比的优点在于：
[0022]根据体系仿真的实际需要，针对目前国内航天装备组件化建模的不足，建立面向航天装备的组件化体系仿真模型体系，并且开发形成了面向航天装备的组件化体系仿真系统。
[0023]1、在型号的具体应用中，完成了由面向装备研制的仿真体系向面向体系对抗的仿真建模体系的转变，基于面向航天装备的组件化体系仿真建模方法的设计理念和思想，经过实践，形成了大量可拓展、可装配的仿真模型和仿真组件，组件和模型达到了“即插即用”的预期效果，即可以继续在现有模型的基础上扩展和重用，又能够快速构建航天装备体系对抗仿真。
[0024]2、基于大数据与人工智能技术的机器学习模块，使部分仿真模型可以利用仿真历史数据进行学习强化，形成了建模、仿真、学习的闭环回路，提升了模型的智能化水平。[0025]面向航天装备的组件化体系仿真系统的研究、实现及应用，在各航天装备的研制和立项工作中展开了应用。该系统的研究与应用为航天装备的体系对抗仿真提供了一个快速、稳定、可靠以及可扩展的环境，为大规模，多粒度，可扩展的航天装备的体系仿真系统，满足了体系仿真多样性，多变性，协同性和重构性的特点和要求，不断支撑着航天装备的体系仿真与评估，为航天装备的立项和研制做出贡献。为基于仿真数据统计评估的体系贡献率计算的研究奠定了基础，对于缩短建模试验周期、提高仿真试验的效率和质量具有重要意义。
附图说明
[0026]图1系统总体运行流程闭环回路图；
[0027]图2航天装备体系对抗仿真模型要素；
[0028]图3面向航天装备的组件化体系仿真系统功能模块图；
[0029]图4航天武器装备组件化建模划分图；
[0030]图5预警探测装备组件化建模划分图；
[0031]图6指挥控制模型组件化建模划分图；
[0032]图7航天装备组件化建模框架；
[0033]图8传感器组件工作流程图；
[0034]图9发射任务组件工作流程图；
[0035]图10拦截任务组件工作流程图；
[0036]图11实体释放任务组件工作流程图；
[0037]图12仿真运行模块工作流程图；
[0038]图13数据采集模块工作流程图。
具体实施方式
[0039]由于工业部门需要完成从交付装备到交付战斗力的转变，亟需开展体系作战仿真，研究装备对于体系的贡献率。体系具有多样性，多变性，协同性和重构性的特点。由于开展真实体系对抗成本较高，因此，亟需通过仿真技术完成体系对抗仿真，通过开展大规模的仿真试验，并完成仿真数据统计和分析
工作，支撑体系仿真的研究。这就要求仿真模型具备高度的通用性、可重复使用性和学习能力，在建模时利用面向对象的软件开发思想深度剖析、抽象和提取模型的共性与特点，采用统一的模型装配关系、仿真推进接口、数据收发与交互接口、数据采集接口，为体系仿真建模人员、体系仿真数据分析评估人员提供支持。研究面向航天装备的组件化体系仿真建模方法，并以此为基础形成仿真仿真系统，以此为基础指导体系仿真各项工作的开展，为体系对抗背景下的体系仿真分析和体系贡献度计算提供底层支持，支撑航天装备的立项和使用。本系统由模型编辑模块、仿真想定编辑模块、仿真运行模块和数据采集模块构成。如图2所示。
[0040]模型编辑模块提供了建模和装配两大功能，因此，又分为建模子模块和模型装配子模块，建模子模块负责通过使用或集成面向航天装备的组件化模型体系中的基类，生成仿真模型或组件模型的基本代码框架；模型装配子模块，能够根据模型或其基类模型的属性信息，选择已有的实体模型和组件模型，通过可视化界面对其参数化，生成实例化后的实体。
[0041]仿真想定编辑模块，以遍历的方式读取装配完成的模型和组件，形成仿真模型资源库。提供创建仿真想定的功能，并支持通过鼠标拖拽的方式将仿真模型拖动至地图中，编辑和设置模型以及仿真想定的信息，保存为(可拓展标记语言)XML格式想定文件。也可打开想定文件，对想定进行编辑。
[0042]仿真运行模块，以遍历的方式读取本地指定路径下的想定文件，供操作人员选择要运行的仿真想定。仿真开始运行后，发布周期性的仿真推进消息，完成仿真流程。
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