二、AFSIM核心应用

2.1 核心架构(Core Architecture )AFSIM 采用面向对象 C构建具备可扩展模块化架构便于集成各类新增功能。框架支持接入全新组件模型传感器、通信、运动模型等也支持自定义全新组件类型。扩展模块Extensions与插件Plug-ins是框架功能拓展的核心机制用于接入新平台组件、拓展平台能力、新增仿真服务。 插件机制属于轻量化扩展方案无需重新编译 AFSIM 内核代码即可新增功能便于功能模块化分发用户可根据分析任务按需加载所需扩展组件。第一层AFSIM ApplicationAFSIM 应用层最顶层所有可执行程序mission、engage、weapon_tools、post_processor、sensor_plot以及 Mystic、Warlock 等套件工具。 应用层调用下层 AFSIM Framework 框架接口完成仿真推演。第二层AFSIM FrameworkAFSIM 框架层由两大模块构成AFSIM Services仿真服务AFSIM Components仿真组件AFSIM Services仿真基础服务仿真运行支撑内核模块名称专业释义Scenarios场景管理仿真场景、初始态势、环境配置管理Simulations仿真实例管理仿真推进、时间调度、仿真生命周期控制Extensions扩展管理器插件加载、动态扩展模块调度Script脚本引擎支持仿真流程控制、自定义逻辑脚本Observer观测器仿真数据采集、事件捕获输出日志EVT 文件Tasking任务规划平台任务指令、行动调度管理Tracking目标跟踪航迹管理、目标状态滤波、态势跟踪Geospatial Data地理空间数据大地坐标系、地形、环境地理信息支撑Distributed Simulation Interfaces分布式仿真接口对接 DIS/HLA支持 LVC 分布式互联Utilities通用工具库数学计算、坐标转换、文件 IO 等基础公共服务AFSIM Components仿真实体组件库分为Platform Components平台组件和Non-Platform Components非平台组件Platform Components挂载在平台 / 载具上的子系统Movers运动模型管控平台位置、速度、机动航迹对应 Mover Creator 建模工具Sensors传感器模型雷达、光电、无源探测等Weapons武器系统模型导弹、航炮、定向能弹药等Processors平台机载 / 车载处理单元任务计算机、火控计算机Communications通信模型数据链、电台支持 Link16 仿真Others其他自定义机载设备电子对抗、诱饵系统等Non-Platform Components非平台组件不属于某一个载具平台的全局对象环境模型、干扰源、全局事件、空域约束、气象环境等独立仿真对象。2.2 核心应用(Core Applications)基于 AFSIM 构建的可执行程序通常由单个 AFSIM 应用程序构成该应用调用 AFSIM 各项仿真服务。 此应用统一管理脚本类型、扩展模块与插件管理器同时提供配置目录、用户输入与仿真脚本的访问接口。场景Scenario由一个或多个仿真实例Simulation组成具体数量由应用类型决定。仿真实例承载运行时底层基础设施包含事件调度管理与多线程机制。2.3 核心服务(Core Services)Scenarios场景服务提供场景输入解析、类型清单管理、仿真脚本加载能力负责整个仿真任务的态势、环境初始配置。场景输入加载器负责从输入文件载入仿真配置场景类型清单与脚本将用户输入转化为 AFSIM 组件可识别内部数据。单个应用程序理论上可加载多个场景但该用法并不推荐。Simulations仿真实例服务完成基于时间的离散事件调度维护全部平台实体列表内置线程管理支持多线程并行运算。每个仿真实例维护一份独立平台实体清单仿真实例由场景配置信息实例化生成。 依托时间管理模块推进仿真支持两种运行模式1实时模式real-time适配人在回路虚拟仿真2超实时 / 构造模式constructive全速离线推演用于蒙特卡洛效能分析。每个仿真实例内置事件管理器按时序有序处理全部仿真事件。AFSIM 本质为离散事件仿真框架但对用户屏蔽底层事件细节降低分析人员使用门槛。 单个场景可同时启动多个独立仿真实例并行运算。Thread Management线程管理隶属于 Simulations提供线程调度、多线程并行仿真管理能力用于加速批量构造仿真。AFSIM 支持多线程并行调度把实体运动解算、传感器探测、地形通视计算等耗时任务拆分并行降低实时仿真时延是有人 / 无人平台、航空实时仿真场景的核心性能支撑。Extensions and Plug-Ins扩展与插件服务通用扩展机制支持动态新增仿真服务、自定义装备组件无需重新编译内核。应用、想定与仿真均可实现 “扩展”。应用扩展可为应用程序追加可选功能想定扩展用于注册新组件类型并提供输入加载器的访问接口仿真扩展提供仿真专属的可选能力同时开放观测器服务访问。插件化管理是 AFSIM 的核心设计二次开发只写插件不用改动框架底层源码实现框架与业务功能解耦。关键对象input loader输入加载器解析想定配置文件observer service观测器服务用于采集仿真运行数据、记录仿真状态Script脚本服务提供 AFSIM 脚本语言运行环境支持自定义、扩展仿真控制脚本实现实体行为逻辑定制。Observer观测器服务通用发布 - 订阅publish-subscribe数据服务采集仿真过程所有事件、状态数据输出日志供后处理、可视化工具读取。观测器支持无需修改框架源码即可完成数据提取。用户可以便捷创建脚本观测器借助脚本化输出方式在不改动程序代码的前提下提取仿真数据。观测器可用于标准输出、自定义输出、仿真回放文件以及分布式接口。Tasking任务调度服务支持平台间指令交互、实体自主行为建模实现作战任务分配、战术行动控制。任务服务是用于收发与航迹 / 感知信息绑定的任务指令的服务。任务服务支持用户基于有限状态机对航迹进行分类管理。用户自定义一套状态迁移规则规定状态之间发生切换的触发条件在 AFSIM 任务服务中每一条航迹独立维护自身状态。Tracking目标跟踪服务基于传感器观测数据生成目标航迹完成航迹关联、数据融合模拟机载 / 舰载跟踪系统。提供航迹关联、航迹滤波、航迹融合功能。AFSIM 内置原生跟踪算法同时也支持集成第三方跟踪算法。当前支持能力支持理想 / 非理想两种航迹关联模式多种航迹滤波算法可选通过协方差矩阵输出探测与航迹概率不确定区域。Geospatial地理空间服务提供地形数据、视线LOS遮挡计算支撑雷达探测、光电通视分析。地形地理空间数据管理针对 DTED 格式、兼容 ESRI‑GIS 的 “浮点网格 (float‑grid)” 数据库提供经过优化的地形高程查询能力 视距管理提供目标通视性计算服务。Distributed Simulation Interfaces分布式仿真接口服务遵循仿真互操作标准IEEE 1278DIS、IEEE 1516HLA实现分布式互联支撑 LVC 联合仿真。Utilities通用工具服务提供地球模型、各类坐标系统转换、数学库、AI 行为框架等底层公共基础组件。工具集属于底层公共基础库向上给仿真、扩展插件提供通用能力其中发布订阅Publish/subscribe 就是Observer Service观测器服务底层通信机制。2.4 核心部件(Core Components)Sensors传感器传感器生成探测量测数据以航迹消息形式通过链路向外发送。AFSIM 中的传感器通常复用发射机、接收机以及天线组件提供多种模型用于雷达传播、信号衰减、杂波及测量误差仿真。Movers运动器运动器负责维护所绑定仿真平台的运动学状态位置、姿态、速度、加速度等。运动器提供丰富模型覆盖水下到太空全域运动学模型。Mover 是平台运动解算组件舰艇、飞机、卫星、导弹的航迹运动全部由它驱动支持水下、地面、空中、太空多域实体。Communications通信组件通信设备依托外部链路完成各平台之间消息收发。AFSIM 支持有线、无线通信设备通过发射机、接收机与天线完整仿真通信系统各类物理特性。可仿真真实通信物理层效应不是简单消息转发包含天线、收发器件的物理建模。Weapons武器组件武器用于对其他目标实施干扰或毁伤永久毁伤或临时压制。AFSIM 中绝大多数为显式武器武器本身作为独立仿真平台建模例如导弹、炸弹与之相对为隐式武器不生成独立平台实体例如干扰机、激光武器。显式武器导弹、炸弹自身拥有完整 Mover 运动模型作为独立平台飞行隐式武器电子干扰、定向能激光依附载机平台不生成独立实体。Processors处理器处理器用于定义实体行为逻辑与计算算法相当于仿真实体的大脑。大部分处理器可由用户通过 AFSIM 脚本语言自定义同时框架也内置大量专用处理器。实体行为决策单元和前面Tasking任务服务配合用户用脚本编写业务逻辑不用 C 开发快速实现实体智能行为。