基于DIS的作战仿真系统设计

基于DIS的作战仿真系统设计摘要在21世纪，战争思想、战争方式和战争手段和以往相比都发生了日新月异的变化，军用仿真技术作为系统仿真技术的重要分支，受到了世界各国的高度重视。

本文以空对地的导弹与雷达的仿真为模型进行设计，实现一个简单的基于DIS的作战仿真系统设计。

主要用到了分布式交互仿真技术，Sockt通信以及OpenGL等技术来实现整个仿真系统的设计。

关键字DIS；Socket；OpenGL；仿真DIS-based combat simulation system designAbstractIn the 21st century, thought for war, way of war and means of war, all of them have great changes comparing with the above said contents in the past few years. Military simulation technology, as the important branch of system simulation technology, earns highly importance all over the world.Through illuminating the design of air-to-ground missile and radar simulation for a model, this article describes simple Battle Simulation System based on DIS design. The following technologies, such as Distributed Interactive Simulation Technology, Socket Communication, PDU and so forth, are mainly used to realize the design of whole simulation system.Key words: DIS；Socket；OpenGL；Simulation.目录中文摘要 (I)英文摘要 (II)1 绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1国外DIS的发展应用 (2)1.2.2我国DIS的发展应用 (3)1.3研究意义 (4)1.4论文的组织 (5)2 分布交互仿真关键技术研究 (6)2.1DIS技术 (6)2.1.1 DIS系统 (6)2.1.2 DIS系统的基础结构概念 (7)2.1.3 DIS系统的体系结构 (8)2.1.4 DIS系统的特性 (9)2.2可视化技术 (14)2.2.1二维可视化技术 (15)2.2.2三维可视化技术 (16)2.3基于Socket网络通信 (16)2.3.1基本概念 (16)2.3.2Socket编程方法 (17)3 作战仿真系统设计 (21)3.1系统框架设计 (21)3.2 仿真建模 (22)3.2.1仿真物理模型 (22)3.2.2运动学模型 (24)3.3作战仿真系统的PDU设计 (26)3.3.1 PDU标准的制定原则 (27)3.3.2 PDU的类型 (27)3.3.3 PDU的结构组成 (27)3.3.4 PDU设计 (28)4 作战仿真系统的实现 (29)4.1 仿真实现 (29)4.2 仿真结论 (30)4.3 延伸性拓展 (31)5 结论 (32)参考文献 (33)致谢 (35)毕业设计（论文）知识产权声明 (36)毕业设计（论文）独创性声明 (37)附录 (38)1 绪论1.1课题背景为了保持和提高部队战斗力以适应不断变化的世界局势，各国部队需要时常举行大规模的军事演习。

早期的军事训练和演习大多使用真实的武器装备，费用非常昂贵，而且对参训人员的生命安全构成严重威胁。

为了提高训练效果、降低训练费用以及保障参训人员的安全，各国开始利用计算机仿真来提供虚拟的兵力参与演习和训练，并通过一定的协议把分布在模拟器中的士兵与虚拟敌军和友军联入同一个虚拟战场环境中实现综合仿真。

分布式交互仿真(Distributed Interactive Simulation，简称DIS)是一种新兴的仿真技术，它基于计算机技术、实时图形图像处理技术、仿真技术、系统工程技术的发展和应用，通过计算机联网技术将分散在不同地理位置的人和回路中的仿真器、计算机生成兵力以及其它设备连成一体，以形成一个在时间及空间相互祸合的虚拟战场环境，参与者可自由地相互作用，完成各种战役战术训练，完成对武器系统性能、方案的验证与评估等任务。

在DIS所构成的综合作战环境中，受训一方的作战对手通常由一个计算机系统提供，这个计算机系统可以生成和控制一个或多个对抗仿真实体，这样的系统就被称之为计算机生成兵力(CGF)，或半自动兵力(Semi一Automated Forces，SAF)。

计算机生成兵力是仿真领域中一个新的研究方向，它能在虚拟的战场环境中与虚拟的或具有真实交互设备的武器仿真平台、仿真实体、以及其它计算机生成的兵力实体相交互，计算机生成兵力实体由计算机程序算法控制和指导其行为。

计算机生成兵力的目的在于增加虚拟环境中仿真实体的数量，为参演的人在回路的仿真实体提供作战对手或友军支援，提高虚拟战场环境的复杂度与真实性，并为战场想定开发者设计演示系统时提供依据。

CGF的真实性主要取决于两个方面:一是物理模型是否真实;二是行为模型是否反映了它所代表的兵力单元的实际战场行为。

计算机生成兵力还有一些其它的形式或称呼，如半自动兵力(Semi一AtltomatedForces，SAFOR或SAF)、智能仿真兵力(1lltelhgent simulatedForces)、合成兵力(S”thetieForces)。

CGF对我国的军事发展有着至关重要的作用。

从近期几场高技术局部战争看，无论是海湾战争、“沙漠之狐”行动，还是北约对南联盟的军事打击，实施空袭作战、进行远程精确打击己成为局部战争中首当其冲、贯穿始终的作战行动，是影响战争进程和结局的最重要的作战样式。

立足我军现有装备和技术水平研究空对地导弹、隐形飞机和武装直升机的对策并开展相应的空袭与防御训练，己是摆在我们面前急需解决的迫切问题。

1.2国内外研究现状1.2.1国外DIS的发展应用DIS技术出现的时间虽然不是很长，但是发展的速度很快。

目前，美军在这方面的研究和应用处于绝对的领先地位。

由于DIS技术在系统中的应用，可以轻易的进行战区联合模拟、联合冲突模拟、聚合模拟演习等三级仿真模拟，美军现在的普通地面部队、特种作战部队以及其他各军种都广泛使用DIS技术，并且大力发展在对抗模拟演习中的应用，建立各种基于DIS的联合作战模拟系统。

1995年，美军召开关于DIS的会议，会议上推出新研制的具有重构能力的模拟器，此模拟器能够根据不同的作战平台进行不同的建模。

此外，洛克希德公司已运用DIS技术研制出飞行训练模拟器，陆军OH58-DKW型直升机的新型训练系统也采用了DIS技术。

在对抗模拟演习方面，建立了如“联合作战中心”等多个联合作战模拟系统，利用这些模拟系统可以进行基地化的联合作战演习。

CGF技术得到了各国的重视，美国在80年代末的SIMNET中即采用了CGF。

1991年由美国国防高级研究计划局(DARPA)等组织召开了第一届计算机生成兵力与行为表达学术会议，此后该会议每年举行一次，并出版论文集。

经过十几年的研究与发展，美国已积累了丰富的经验并在某些领域取得了突破性进展，最有代表性的是Loral公司的MedSAF(ModularSemi一AutomatedForceS)，美国佛罗里达大学的仿真习训练研究所(Institute forSimulatio and Training，IST)的CGF试验台，MAKTechnologes仿真公司的MAKVR.Forces等。

MedSAF是由美国Loral公司为SIMNET开发的计算机生成兵力系统，可并入SIMNET或DIS作为其中的一个仿真节点。

MedSAF实现了7种战场模型(演习、防空、情报、机动和生存、战斗服务保障、命令和控制、火力支援)。

ModSAF中的实体有平台级和单元级两类，其中单元级已经实现了营一级作战单元的行为仿真。

IST是另一个研究CGF技术的专门机构。

IST在CGF领域进行了大量的研究:增加CGF行为的自治程度和真实性，开发和测试CGF行为产生和物理模型的有效算法，其主要产品就是CGF试验台。

IST的CGF试验台由操作员执行高级的规则和任务控制，但系统中包含有大量自治的真实的灵活的中级行为，如步兵战车的开火行为。

步兵战车的开火行为在没有操作员干预的情况下，能自动执行搜索、威胁分析、火力分配、瞄准开火和重填弹药等动作。

MAKvR-Forces是由美国MAKTechnologes仿真公司开发的一个功能强大且灵活性强的计算机兵力生成工具，包含一个使用简易的图形用户界面(GUI)和一个面向对象的应用编程接口(API)。

它提供了战术训练中一切必要的仿真，可以模拟敌方的武力威胁，并产生虚拟的友军应用于人在回路中的军事仿真中。

利用vR-Link，可以快速地利用DIS协议或HLA连接网络上成百上千个三维仿真器，来模拟多武器系统(飞机、导弹、坦克、舰船、士兵)之间的协同对抗。

在MedSAF基础上，美国国防部高级项目计划局投资开发了下一代的CGF 系统，并己应用在OWST97(Synthetic Theater of War-97)项目中。

在继续侧重提高CGF实体智能行为水平和仿真精确度及可信性的同时，满足与HLA兼容，并可应用于增强的战场仿真环境(包含大气、海洋、天气和时间变化的综合战场仿真环境)。

OpenSAF可集成到聚合类实体的仿真模型中，用于分布交互式作战模拟和战争推演。

它引入的指挥实体采用了人工智能和METT-T(Mandate，Enemy，Terrain，Task一Time)算法，具备对战场态势进行分析和实时的任务规划与战场决策能力。

OpenSAF在一定程度上代表了未来CGF系统的发展方向。

1.2.2我国DIS的发展应用我国自90年代开始对分布交互仿真、虚拟现实等先进仿真技术及其应用进行研究，开展了较大规模的复杂系统仿真，这也成为我军目前在作战模拟方面的主要研究方向。

当然我军在这方面的研究与美军相比还是处于起步阶段，但是经过努力，研究也取得了一定的成果。

目前，国内具有代表的工作可以分为以下三类:(1)平台级分布交互式模拟：主要研究平台级作战模拟器的网络互连及实时数据互交问题，旨在实现操作层的模拟训练和进行的战术研究。