当前,武器装备体系的研究主要聚焦在武器装备体系设计以及其作战能力评估两个领域中,基于架构的武器装备体系设计和基于仿真的武器装备体系效能评估是支持这两大领域的重要方法。在基于模型的系统工程(Model Based System Engineering,M...
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当前,武器装备体系的研究主要聚焦在武器装备体系设计以及其作战能力评估两个领域中,基于架构的武器装备体系设计和基于仿真的武器装备体系效能评估是支持这两大领域的重要方法。在基于模型的系统工程(Model Based System Engineering,MBSE)的研究范式下,武器装备体系架构建模与仿真成为当前武器装备体系架构设计、分析和评估领域的研究热点。考虑到武器装备体系架构具有的领域多样性、行为多样性和动态性等特点,要求其支持领域建模、多范式建模和架构驱动仿真等。本文利用领域特定建模(Domain Specific Modeling,DSM)的思想和技术,在DoDAF元模型(DoDAF Meta Model,DM2)的基础上,从具体类型武器装备体系(如空军、海军或无人机突防体系等)架构的领域特定建模语言(Domain Specific Modeling Language,DSML)设计与开发的角度出发,提供了一体化地解决武器装备体系架构建模与仿真问题的方法。该方法提出了基于DSM的武器装备体系架构建模与仿真框架,基于本体对具体类型的武器装备体系架构进行领域分析获取DSML的组成元素(领域概念和关系),利用Eclipse建模框架(Eclipse Modeling Framework,EMF)在元建模框架及图形建模框架的基础上描述和细化DSML的抽象语法、具体语法和静态语义,在WESS仿真系统的支撑下依托架构仿真模型和决策模型框架定义DSML的动态语义,最终支持领域专家使用其熟悉的领域概念及关系构建架构模型并实现架构驱动的武器装备体系效能仿真,全面支持武器装备体系的研究。论文的创新工作主要包括以下三个方面:(1)提出了基于DSM的武器装备体系架构建模与仿真方法,搭建了基于DSM的武器装备体系架构建模与仿真框架。本文针对当前武器装备体系架构建模与仿真的领域建模、多范式建模和架构驱动仿真需求支撑不足的问题,利用DSM的思想和技术,提出了基于DSM的武器装备体系架构建模与仿真方法,搭建了基于DSM的武器装备体系架构建模与仿真框架,从具体类型武器装备体系架构DSML(DSAML)设计的角度提供了一体化的解决方案。该框架从DSM准备、DSML开发和DSML应用三个阶段,跨越武器装备体系架构本体、建模和仿真三个空间,为武器装备体系架构建模与仿真提供全周期的方法和工具支撑,能够为不同类型的武器装备体系快速地提供DSAML,从而全面而有效地支撑对武器装备体系的研究。(2)提出了基于本体的武器装备体系领域分析方法,设计和实现了武器装备体系DSAML驱动化元建模技术。DSML设计依赖于对建模领域分析获取的领域概念和关系,针对武器装备体系DSAML设计缺乏有效支持领域分析的形式化方法和工具的问题,本文结合武器装备体系架构的特点,在基于本体的领域分析方法的基础上提出利用DM2进行具体类型的武器装备体系架构领域分析的方法,设计和实现了由领域分析获得的领域本体驱动武器装备体系DSAML的抽象语法、静态语义和具体语法生成的驱动化元建模技术。该方法和技术利用基于本体进行领域分析的优势,重用DM2本体,能有效地缩小领域分析范围、提高分析效率,保证架构概念和关系的准确度,为武器装备体系DSAML的设计和开发提供了形式化方法和工具支撑;由领域本体生成武器装备体系DSAML避免了大量繁琐的工作、提高了开发效率;同时在武器装备体系架构本体和建模空间通过映射建立关系也填补了两者之间的鸿沟。(3)提出了基于模型框架的武器装备体系DSAM驱动效能仿真方法,设计和实现了武器装备体系DSAM到仿真模型的转换机制。架构驱动仿真是保证仿真模型在各仿真系统之间的可重用性和互操作性,避免重复开发仿真模型,提高仿真模型与应用开发效率的有效方法。针对当前架构驱动仿真实现方法中二次开发工作量大、仿真模型可组合和可重用性支撑不足等问题,本文利用WESS仿真平台,提出了基于模型框架的武器装备体系DSAM驱动效能仿真方法,设计和实现了DSAM到仿真模型的转换机制。该方法基于WESS平台设计武器装备体系效能仿真模型和决策模型领域框架,并利用模型转换技术将DSAM转换为WESS仿真模型、想定和决策脚本,实现了武器装备体系DSAML的动态语义,进而支持架构驱动的武器装备体系效能仿真评估。该方法一方面从DSM的视角为架构驱动仿真的研究提供了新的实现途径,有效地解决了当前架构驱动仿真研究中存在的问题;同时在WESS的支持下通过实现DSML的动态语义将对武器装备体系效能仿真评估作为架构模型设计的一部分,可有效缩短架构设计和开发周期。总之,本文从武器装备体系架构建模与仿真的三大需求出发,探索了利用DSM的思想和技术实现这些需求的途径,为快速、高效地开展武器装备体系设计、分析和仿真评估工作提供了可行的理论方法和实用
决策行为建模作为空战效能仿真的重要方面,越来受到关注和重视。然而传统的建模方法,已经难以满足空战效能仿真决策行为建模日益增长的更高抽象层次、更具灵活性、更加高效的建模需求。另外,空战领域专家更期望一个符合自己认知习惯、友好而高效的建模环境。领域特定建模(Domain Specific Modeling,DSM)方法为解决当前问题提供了很好的思路。论文正是以DSM方法为指导思想,开展空战效能仿真决策行为建模方法研究,主要有以下几个方面的研究内容:(1)空战效能仿真决策行为建模相关概念的分析。研究空战效能仿真决策行为及其建模方法的概念、特点及其在空战效能仿真中应用,提取领域固有知识。(2)基于DSM的空战效能仿真决策行为建模框架的设计。基于DSM思想,遵循空战效能仿真一般原则,设计空战效能仿真决策行为领域特定建模框架,提供不同层次建模人员合作机制。(3)基于GME设计空战效能仿真决策行为领域特定建模语言与建模环境。从领域问题出发,遵循DSM思想的一般原则,结合顶层图形化和底层文本化表示的思想,基于GME元建模平台设计空战效能仿真决策行为领域特定建模语言。另外,基于建模语言元模型生成了领域特定建模环境。(4)基于Python的空战效能仿真决策行为模型实现方法。基于模型解释技术和脚本化模型实现框架,设计空战效能仿真决策行为建模语言的语义实现算法,构建代码生成器,自动化生成空战效能仿真决策行为模型的Python代码。(5)案例分析。设计了典型的空战效能仿真决策行为模型案例,分别在DSM层和Python层实现了决策行为模型。利用空战效能仿真环境,设计了战斗机空空作战的案例,仿真验证基于论文所述方法建立的空战效能仿真决策行为模型的可用性与正确性。
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