1.3 国内外研究现状

目前，国内外对于仿真模型体系设计方法主要还是以面向对象建模方法、组件化设计方法和面向实体的方法为主，以“组件”“单元”“平台”“战场空间实体”等为单位，根据不同功能、按照不同粒度描述仿真模型，通过继承、多态和聚合等方法描述模型间的关系并实现模型的组合与重用。对于模型体系的描述和设计缺少具体的形式化方法，不同应用领域的人员缺乏模型体系设计的共同标准和规范。此外，这些设计方法主要描述了模型之间的继承、组合关系，缺少对模型体系整体结构的分析及其他关系的描述，使模型体系在多个方面存在不足。

1.3.1 美军研究现状

美军在作战仿真领域的研究领先于其他国家，也代表了军事建模仿真的较高水平。在美军建模与仿真办公室DMSO（Defense Modeling and Simulation Office）的建模仿真主计划MSMP（Modeling and Simulation Main Plan）的指导下[1],Cotton 和 Dudgeon 分别提出开发标准的单元层对象模型和平台层军事对象模型的仿真模型体系设计方法，并使用这两种方法对美军已有仿真系统的模型进行了全面分析，提出了模型体系的基本概念[2]。开发标准的平台层军事对象模型的体系设计方法，指出模型之间的互操作性和重用性不高是因为缺少一个共同的技术框架指导仿真模型的开发[3]。该方法从平台的角度对美军的几个仿真系统模型体系进行分析，通过面向对象建模方法描述军事模型的属性及其继承关系，并采用组件化的方法构造可重用的仿真模型。下面以美军几个典型的作战仿真系统为例，介绍其模型体系的组成及构建方法[4]。

联合作战系统JWARS（Joint Warfare System）是面向战役级联合作战的仿真系统。JWARS 的模型体系是单元层模型体系的一种，主要包括战略级的后勤保障模型、战役级的后勤保障模型及各军兵种的联合作战模型，以模型组合的方式构建战场空间实体BSE（Battle Space Entity），其核心是强调模型组合能力，通过模型组合实现模型重用。采用面向对象的建模方法对战场空间进行分析和描述，利用多态和继承等方法描述BSE的组合关系。

联合作战仿真系统JSIMS（Joint Simulation System）是面向21世纪联合作战的仿真系统。JSIMS的模型体系主要是由联合使命空间概念模型JCMMS（Joint Conceptual Model of Mission Model）构成的，采用军事建模框架MMF（Military Modeling Framework）的方法设计其结构和模型。该框架支持集成和多分辨率模型的建模，主要目的在于对 JSIMS 中所涉及的各种模型进行有效的管理，以支持模型的重用和组合。此模型体系的特点在于：一是提供了一套军事领域的基础类，使模型开发者能建立专用模型，为模型设计和开发提供了标准模板，为模型重用提供了可能。二是提供了一种灵活的框架，使模型开发者同仿真构造的细节分离开，支持新模型的自动生成，支持模型组件间的自动重组。三是利用了面向对象建模中继承、多态和聚合等方法设计模型体系，采用统一的、连续的、可重组的方式建立任务空间对象，实现了模型的组合和重用。

柔性分析建模和演习系统FLAMES（Flexible Analysis Modeling and Exercise System）是一个商业化的开放体系的仿真框架，主要是实现作战行动仿真开发和应用，对多种类型的系统进行行为建模。其特点是容易使用、开放体系和高度定制化，采用面向对象和面向过程的多种建模方法，模型体系通过定义一个较大的基类集合完成，这些基类由环境模型、装备模型、消息模型和认知模型等组成，所有其他的模型从这些基类中继承获得。将运行时的模型称为单元，单元由装备模型和认知模型组合而成，在环境模型和消息模型的共同作用下进行各种仿真活动。装备模型负责模拟仿真武器装备的功能和交互过程，认知模型模拟人的认知行为和决策过程。

美国陆军下一代一体化的 CGF 仿真系统 OneSAF（One Semi-Automated Force）及其模型框架，按照组合—产品—组件的体系模式定义其模型体系结构，按照组件化的设计思想，通过统一建模语言UML揭示系统组合、产品和组件之间的聚合关系，支持多层次、多分辨率模型的组合。通过物理智能体组件、行为智能体组件和原子行为组件完成对实体模型、单元模型和组合行为模型的建模，整个模型体系具有灵活性、可扩展性、集成性和实用性等特点。基于元数据描述和编程语言的动态反射机制构建如信息服务、仿真对象数据库、物理模型和行为模型的组合框架等。

可扩展建模仿真体系框架XMSF（Extensible Modeling & Simulation Framework）是美国海军研究生学院与SAIC公司等机构提出并启动的一个建模框架。XMSF定义为一组基于 Web 的建模与仿真的标准、描述及推荐准则的集合，其核心是采用通用的技术、标准和开放的体系结构促进建模与仿真应用在更大范围的互操作性和重用性。

1995年，美国国防部建模与仿真办公室发布了《联合作战仿真对象库》JWSOL（Joint Warefare Simulation Object Library）规范，JWSOL运用面向对象分析与设计的方法对战役级联合作战进行建模，是一个可靠的、可重用的作战仿真模型库和对象知识库，支持联合作战模型和想定的开发与设计，对模型的移植、互操作及重用具有很好的支持作用。

1.3.2 我军研究现状

随着计算机技术、仿真技术和信息技术的飞速发展，我军广大科研人员研制开发了大量的作战仿真模型，由此带来的模型开发费用、开发效率、开发质量、模型可信性及可靠性的控制等问题十分突出。对相同或相似的军事问题，研发人员做了大量重复的工作，无法或很少重用已有的成果，模型的开发始终不能摆脱手工作坊的方式。

目前，国内已经进行了大量卓有成效的建模与仿真研究工作，而且也初步建立了一些具有代表性的仿真系统。各军兵种针对自身的实际，开发了大量的作战仿真模型，并各自形成了相对独立的模型体系，但其中仅有部分军事概念模型按照统一的模板进行设计，因此导致用于作战仿真的各种数学模型、程序模型缺乏统一的规范，使得大部分的模型没有能够实现共享。在需要其他军兵种模型时往往需要重新设计和开发，严重影响到建模与仿真的互操作性、可重用性和可信性。

我军对模型体系的重视始于一系列军事仿真工程，通过工程推进和系统建设，积累了大量的军事仿真模型，但各军种之间的模型并没有按照统一的标准和接口进行开发，因此模型之间的交互均是按照自己的运行机制进行访问，给多军兵种的联合作战仿真实验带来了不少麻烦。很多单位主要是以跟踪美军的仿真模型体系设计方法为主进行相关的研究。例如，针对美军的任务空间功能描述（Functional Description of Mission Space,FDMS），国内也有不少的单位跟进研究，如军事科学院、国防科技大学及装甲兵工程学院等[5]。国防大学最早展开对联合作战仿真模型体系的研究，文献[6]阐明了联合作战模拟中武器装备体系的层次性、组合性和模型之间的信息控制关系等。文献[7]从模型工程的角度探讨了联合作战仿真模型体系的设计方法，提出了模型体系的设计目标、标准与原则和基于模板的模型设计方法。文献[8]对空间系统军事应用仿真的模型进行了功能上的分类，设计了空间系统军事应用仿真模型体系结构。文献[9]提出了面向联合作战仿真任务的装备保障仿真模型体系结构，从功能角度对模型进行分类，分析了模型之间的关系。文献[10]以仿真模型重用为目标，研究了作战仿真模型体系的结构、模型分类及模型层次关系，提出了通用的仿真模型集成框架。此外，还有海军工程大学、空军工程大学、陆军指挥学院和陆军步兵学院等单位也对作战仿真模型体系的设计做了研究。

文献[11]使用基于组件（构件）的软件复用技术，可以将大量已有的仿真资源抽象、设计并成为一个可重用的组件，并建立仿真模型组件库，来组织、存储和管理可重用组件。

文献[12-14]指出在全军范围内建设统一的作战仿真模型体系的必要性，将软件模型划分为单元模型、基本模型、组合模型、联邦成员模型和联邦模型5个层次功能。文献[15-18]研究了基于决策支持系统的模型体系，介绍了模型、数据库及其管理系统、模型库及其管理系统、方法库及其管理系统的关系和实现技术。文献[19,20]采用面向对象的方法实现了对模型体系的设计和管理。文献[21]对模型库的重用理论、方法和异构集成技术进行了研究，增强了仿真应用的标准化和互操作性。

随着仿真技术的不断发展和仿真规模的日益扩大，实现模型资源的可重用变得越来越迫切，仿真模型体系及其管理系统的需求也越来越明确。国内已有多家院校对仿真模型体系及其管理系统进行研究[22]。北京航空航天大学主要对飞行动力学仿真模型体系进行了研究和设计，形成了能够完成各种航空航天飞行的模拟系统。哈尔滨工业大学对建模与仿真资源库（Modeling and Simulation Resource Repository,MSRR）做了一定的研究，提出了符合组件化思想的MSRR概念模型体系。国防科技大学提出了以仿真模型体系为核心建立分布式的仿真应用系统。

文献[23]对模型体系的组合性进行分析，提出面向组合的模型体系设计方法，设计了模型体系的可组合的分层结构模型并对其进行了形式化分析；结合工程实践，指出模型语法组合的不足，提出了基于领域规则的模型组合方法。

综上分析，我军对作战仿真模型体系的研究还缺乏统一的顶层设计、统一标准和技术规范。