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第1章 作战建模和分布式仿真面临的挑战1

1.1 从多角度看待仿真工程师面临的挑战1

1.2 仿真工程师面临的主要挑战——如何从本书中找到想要的信息4

1.2.1 基础4

1.2.2 作战建模7

1.2.3 分布式仿真9

1.2.4 高级专题13

1.2.5 附录17

1.3 一些中肯的评论18

参考文献20

第一篇 基础23

第2章 可适用的职业道德规范23

2.1 为什么进行职业道德教育23

2.2 美国电气和电子工程师协会、美国军事运筹学学会、国际建模与仿真学会25

2.2.1 美国电气和电子工程师协会制订的职业道德规范25

2.2.2 美国军事运筹学学会制订的目标及职业道德规范26

2.2.3 仿真从业人员的职业道德规范28

参考文献30

第3章 北约评价指挥控制的最佳实践规范31

3.1 背景概述31

3.1.1 北约研究与技术机构32

3.1.2 北约COBP的背景33

3.1.3 北约COBP的结构34

3.2 启动阶段36

3.2.1 提出问题36

3.2.2 设计解决方案37

3.3 准备阶段37

3.3.1 人员和组织问题38

3.3.2 想定40

3.3.3 指标40

3.4 执行、评价和评估阶段43

3.4.1 选择方法和工具43

3.4.2 获取数据44

3.4.3 评估风险46

3.4.4 产品47

参考文献49

第4章 术语和应用领域50

4.1 引言50

4.2 一些基本的通用定义51

4.2.1 运筹和建模与仿真51

4.2.2 模型与仿真53

4.2.3 仿真、仿真器与刺激54

4.2.4 实况仿真、虚拟仿真与构造仿真55

4.2.5 模型体系56

4.2.6 物理模型、数学模型、随机模型和逻辑模型57

4.2.7 离散仿真与连续仿真58

4.2.8 确定性仿真与随机仿真59

4.2.9 实体级仿真与聚合级仿真60

4.2.10 时间建模与时间推进60

4.2.11 独立仿真与联合仿真61

4.2.12 多分辨率建模：分辨率、域和结构62

4.2.13 权威数据源与公共仿真服务62

4.2.14 仿真逼真度、仿真分辨率与仿真可信性63

4.2.15 校核、验证与确认64

4.3 应用领域64

4.4 军事术语精选66

4.4.1 指挥与控制系统66

4.4.2 军事单位66

4.4.3 命令与报文68

4.4.4 军标69

4.4.5 系统工程支持：架构框架69

4.4.6 仿真标准70

4.5 小结71

参考文献71

第5章 想定要素73

5.1 需要建什么模型？73

5.2 环境、地形和天气76

5.3 陆军要素77

5.4 空军要素79

5.5 海军要素83

5.6 联合作战与指挥控制84

5.7 小结85

参考文献85

第二篇 作战建模89

第6章 环境建模89

6.1 什么是环境？89

6.1.1 地形89

6.1.2 道路、河流和桥梁92

6.1.3 建筑物92

6.1.4 天气93

6.1.5 公平的战斗93

6.2 SEDRIS94

6.2.1 环境数据编码规范96

6.2.2 数据表示模型98

6.2.3 空间参考模型100

6.2.4 SEDRIS传输格式102

6.3 环境服务102

6.4 小结103

参考文献104

第7章 机动建模105

7.1 高分辨率模型和聚合模型105

7.2 机动建模的一般说明106

7.3 网格与地块参数的例子：陆军机动模型108

7.4 基于点数的机动和自动路径规划111

7.5 聚合模型的分布114

7.5.1 小分队队形114

7.5.2 聚合单元的分布115

7.5.3 实用战术模式与地形修正模式116

7.6 附加的机动修正117

参考文献118

第8章 传感器建模120

8.1 基本事实与感知120

8.2 传感器和传感器结果121

8.2.1 传感器的种类122

8.2.2 建立感知的步骤123

8.3 通视算法125

8.3.1 基本通视算法125

8.3.2 基本算法的修正及扩展126

8.4 高分辨率感知126

8.4.1 需求127

8.4.2 持续感知模型128

8.4.3 瞬时感知模型129

8.5 聚合感知129

8.5.1 指定区域的过滤感知129

8.5.2 报告建模130

8.5.3 不确定性与感知131

8.5.4 雷达与声纳模型132

8.6 情报、监视与侦察135

参考文献136

第9章 效果建模137

9.1 什么是战场上的效果？137

9.2 直瞄火力、间瞄火力以及智能武器系统138

9.3 实体级交战及损耗模型139

9.3.1 基于游戏的点数制度139

9.3.2 命中、杀伤以及命中-杀伤概率140

9.3.3 战损等级143

9.4 聚合级交战及损耗模型144

9.4.1 经典兰彻斯特模型145

9.4.2 扩展的兰彻斯特模型148

9.4.3 异构和随机兰彻斯特模型149

9.4.4 预备队、后勤和维修152

9.4.5 临界点153

9.5 兰彻斯特模型替换方案155

9.5.1 地面作战的Epstein模型155

9.5.2 战斗力打分158

9.5.3 基于意图的建模与基于效果的建模159

参考文献160

第10章 通信、指挥与控制建模163

10.1 信息化时代的作战163

10.2 指挥控制建模165

10.3 通信建模166

10.4 指挥和控制报文168

10.5 信息化时代作战模型171

10.6 指挥控制新概念174

参考文献175

第三篇 分布式仿真179

第11章 分布式仿真面临的挑战179

11.1 分布式仿真面临的共性挑战179

11.2 分布式系统181

11.3 联邦中的实体、事件和状态183

11.3.1 概念建模需求183

11.3.2 计算限制185

11.3.3 元数据185

11.4 时间同步187

11.5 多分辨率、聚合与解聚190

11.6 互操作挑战192

11.6.1 网关、代理、中间件与协议192

11.6.2 异构和同构方法的归纳194

11.6.3 互操作层次模型195

11.7 关于联邦的一些限制197

参考文献198

第12章 分布式仿真标准201

12.1 分布式仿真的标准是什么？201

12.1.1 建模与仿真标准202

12.1.2 其他支持分布式仿真的相关标准205

12.2 建模与仿真互操作标准221

12.2.1 IEEE 1278分布式交互仿真221

12.2.2 IEEE 1516高层体系结构标准224

12.2.3 RPR-FOM和GRIM227

12.2.4 应用概念互操作等级模型（LCIM）以选择和规范仿真标准229

参考文献231

第13章 建模与仿真的开发和准备过程234

13.1 问题求解的建模与仿真过程234

13.2 问题求解过程234

13.3 联邦开发过程237

13.3.1 IEEE 1516.3 —2003联邦开发与执行过程（FEDEP）238

13.3.2 Euclid RTP 11.13 综合环境开发与运用过程（SEDEP）243

13.3.3 IEEE 1730—2010分布式仿真工程与执行过程247

13.4 建模与仿真服务的Scrum敏捷开发250

参考文献252

第14章 校核与验证254

14.1 校核与验证的目标254

14.2 学术基础256

14.2.1 典型途径256

14.2.2 V＆V的原则261

14.2.3 V＆V的方法262

14.2.4 何种程度的V＆V是足够的：基于风险的V＆V264

14.3 VV＆A RPG266

14.3.1 VV＆A RPG的结构266

14.3.2 VV＆A的过程与产品268

14.3.3 VV＆A的角色与职责271

14.4 IEEE 1516.4 —2007：联邦VV＆A的推荐实践275

14.5 其他的VV＆A研究277

14.6 REVVA277

14.6.1 SISO产品开发小组：M＆S领域VV＆A的一般方法学280

14.6.2 校核与验证的若干挑战281

参考文献282

第15章 作战环境中的建模与仿真集成解决方案285

15.1 作战环境的定义285

15.1.1 初步定义285

15.1.2 用例和应用举例286

15.2 作战指挥控制环境289

15.2.1 战术报文291

15.2.2 公共作战环境295

15.2.3 多方互操作程序298

15.2.4 全球信息网格302

15.3 基础和研究现状307

15.3.1 指挥控制和M＆S的联合307

15.3.2 通用框架309

15.3.3 联军作战管理语言311

15.4 小结313

参考文献314

第四篇 高级专题321

第16章 作战建模与分布式仿真的历史321

16.1 引言321

16.2 作战建模的历史321

16.2.1 兵棋与兵棋推演322

16.2.2 战斗仿真与战场仿真326

16.3 分布式仿真的历史331

16.3.1 第一代计算机仿真器331

16.3.2 科技的发展333

16.3.3 分布式仿真的起步333

16.3.4 SIMNET出现后的历史——标准化的需要335

16.3.5 分布式仿真技术336

16.4 实况、虚拟与构造仿真架构337

16.4.1 分布式交互仿真337

16.4.2 高层体系结构339

16.4.3 测试与训练使能架构340

16.5 小结342

16.6 扩展阅读342

参考文献342

第17章 严肃游戏、虚拟世界和交互数字世界346

17.1 引言346

17.2 背景348

17.3 议题、辩论、思考351

17.4 对策和建议353

17.5 已建立行业的瓦解356

17.5.1 娱乐357

17.5.2 培训359

17.5.3 科学分析362

17.5.4 决策365

17.5.5 营销366

17.6 未来发展方向368

17.7 小结369

参考文献370

第18章 作战建模中的数学应用373

18.1 引言373

18.2 军事规划决策支持373

18.3 确定型兰彻斯特模型375

18.3.1 线性律375

18.3.2 平方律377

18.3.3 附加参数378

18.4 随机型兰彻斯特模型378

18.5 兰彻斯特模型的不足382

18.6 博弈论概述383

18.7 博弈论的表示385

18.8 解决方案387

18.8.1 求解方法387

18.8.2 混合策略389

18.9 搜索博弈389

18.9.1 简单搜索博弈390

18.9.2 上校赛局博弈391

18.10 博弈论应用及存在的问题392

18.11 上校赛局博弈与兰彻斯特方程394

18.12 小结396

参考文献397

第19章 使用高层体系结构和基本对象模型进行作战建模401

19.1 引言401

19.2 分布式仿真和HLA402

19.2.1 分布式仿真402

19.2.2 HLA之前的标准：SIMNET、 DIS和ALSP404

19.2.3 HLA的设计目的406

19.2.4 HLA的定义和概念407

19.2.5 HLA的性能与服务410

19.2.6 HLA的标准和版本410

19.3 HLA作战建模应用举例411

19.3.1 联邦成员：OneSAF412

19.3.2 专门用途的联邦：联合试验联邦414

19.3.3 持久联邦：MATREX416

19.3.4 其他例子417

19.4 使用BOM标准进行作战建模418

19.4.1 BOM的应用418

19.4.2 BOM与HLA FOM的比较420

19.4.3 其他扩展和功能422

19.5 小结430

参考文献430

第20章 测试与训练使能架构437

20.1 引言437

20.2 TENA的驱动需求438

20.3 分布式实时LVC系统的需求439

20.3.1 互操作性的挑战439

20.3.2 “实况”带来的影响440

20.3.3 分散开发441

20.4 TENA概述442

20.5 TENA元模型444

20.5.1 状态分布式对象（SDO）446

20.5.2 SDO指针447

20.5.3 本地类447

20.5.4 消息448

20.5.5 向量448

20.5.6 常量属性448

20.5.7 可选属性448

20.6 TENA对象模型编译器449

20.7 TENA标准对象模型450

20.7.1 已经批准的TENA标准对象模型451

20.7.2 TSPI中的坐标转换452

20.8 TENA仓库453

20.9 TENA中间件454

20.10 TENA工具和公共应用454

20.10 .1 TENA集成开发环境455

20.10 .2 接口校核工具455

20.10 .3 TENA控制台456

20.10 .4 网关构建工具456

20.10 .5 SimShield458

20.11 技术的抉择以及TENA方法对互操作性的优势458

20.11 .1 技术的抉择458

20.11 .2 TENA的优势460

20.12 相关活动461

20.12 .1 TRCE461

20.12 .2 JMETC462

20.13 未来发展方向463

20.14 小结463

参考文献464

第21章 基于DEVS形式论的作战建模466

21.1 引言466

21.2 采用DEVS形式论的建模框架467

21.2.1 基于形式论的作战建模与仿真467

21.2.2 基于DEVS形式论的作战建模468

21.2.3 基于DEVSim++++框架的作战模型实现474

21.3 基于DEVS形式论的建模过程的讨论477

21.3.1 面向对象和基于DEVS的方法论的重用性478

21.3.2 作战建模的联合建模方法论479

21.4 案例研究：海军防空480

21.4.1 建模想定：海军防空480

21.4.2 作战模型开发482

21.4.3 作战模型实现485

21.4.4 作战模型仿真488

21.5 小结491

21.6 扩展阅读492

参考文献493

第22章 作战建模中的GIS数据496

22.1 引言496

22.2 综合环境的类型497

22.2.1 虚构的综合环境497

22.2.2 真实的综合环境498

22.3 地理空间数据集499

22.3.1 基本数据类型500

22.3.2 图层、切片以及坐标系508

22.3.3 数据融合511

22.4 小结518

22.5 扩展阅读519

参考文献519

第23章 战术数据链建模521

23.1 引言521

23.2 发展历程521

23.3 战术数据链类型522

23.3.1 TADIL A／Link 11523

23.3.2 TADIL B／Link11B526

23.3.3 TADIL J／Link16527

23.3.4 EPLRS／SADL534

23.3.5 Link 22536

23.3.6 可变报文格式538

23.3.7 蓝军跟踪系统538

23.3.8 综合广播服务538

23.4 战术数据链训练539

23.4.1 分布式任务训练539

23.4.2 战术数据链建模540

23.4.3 SISO-STD-002540

23.4.4 用于分布式仿真系统的战术数据链模型540

23.4.5 DIS发信机与信号PDU541

23.4.6 HLA基本对象模型BOM545

23.4.7 将战术数据链BOM加入RPR FOM546

23.4.8 从DIS到HLA的转换548

23.4.9 Link16网络模型548

23.4.10 不同逼真度级别仿真系统中的通信模型558

23.4.11 Link16网络延时模型559

23.5 小结561

第24章 使用军事想定定义语言进行基于标准的作战仿真初始化562

24.1 引言562

24.1.1 基于模型的初始化562

24.1.2 基于想定的初始化563

24.1.3 基于联邦的初始化563

24.1.4 初始化过程564

24.2 背景565

24.2.1 MSDL语言的起源565

24.2.2 MSDL设计特点566

24.3 基本的MSDL元素568

24.3.1 ScenarioID元素569

24.3.2 Options元素571

24.3.3 Environment元素572

24.3.4 ForceSides元素573

24.3.5 Organizations元素574

24.3.6 Overlays元素579

24.3.7 TacticalGraphics元素580

24.3.8 MOOTWGraphics元素581

24.4 未来的研究方向584

24.5 日益扩大的MSDL用户基础585

24.6 小结585

参考文献586

第25章 多分辨率作战模型588

25.1 引言588

25.1.1 背景知识：实体级作战模型589

25.1.2 背景知识：单元级作战模型590

25.1.3 多分辨率作战模型的需求592

25.1.4 术语解释593

25.2 多分辨率作战模型的概念和分析594

25.2.1 关键术语和实例594

25.2.2 典型实现架构596

25.2.3 分辨率转换操作598

25.2.4 实现方面的问题和挑战601

25.3 实现与应用604

25.4 挑战608

25.5 相关研究610

25.6 小结610

25.7 致谢611

参考文献611

第26章 新的挑战：人类、社会、文化和行为建模621

26.1 背景和动机621

26.2 任务、区域、层次与用户623

26.2.1 使命623

26.2.2 （责任）区域623

26.2.3 （指挥）层次624

26.2.4 操作员（专家）624

26.2.5 隐含之意624

26.2.6 其他因素625

26.3 理解社会文化数据626

26.3.1 感知数据628

26.3.2 关于数据的考虑的小结629

26.4 寻找共同的词表629

26.4.1 支持分析的词表630

26.4.2 一种作战透视方法631

26.4.3 词表和框架对于理解的价值633

26.5 架构的角色634

26.5.1 COMPOEX：一个分析视角635

26.5.2 为HLA联邦添加HSCB能力638

26.5.3 关于架构的确定640

26.6 结论和存在的挑战642

参考文献644

第27章 作战建模与分布式仿真中Agent导向的仿真647

27.1 引言647

27.2 软件Agent相关背景649

27.2.1 软件Agent649

27.2.2 复杂体系650

27.3 作战系统中的通用Agent架构651

27.4 作战决策支持系统中的Agent支持的仿真653

27.5 非动能决策支持系统中的基于Agent的仿真656

27.5.1 非动能建模基本原理656

27.5.2 哪种Agent框架能支持非动能决策？657

27.5.3 价值树664

27.5.4 增加社会与上下文智能668

27.5.5 处理异构性（参数空间）和Agent的数量672

27.5.6 空间维度与机动性673

27.5.7 采用智能Agent的一体化、混合建模范式673

27.5.8 有影响的具有高度认知特性的Agent混合模型典型案例675

27.6 小结683

27.6.1 Agent支持的应用683

27.7 致谢687

参考文献687

第28章 作战模型不确定性的表示和推理693

28.1 捕捉战争的迷雾693

28.2 作战建模中的贝叶斯推理695

28.2.1 贝叶斯网络695

28.2.2 多实体贝叶斯网络696

28.3 案例研究：基于贝叶斯网络的车辆识别699

28.3.1 假设和证据的联合概率分布699

28.3.2 贝叶斯网络结构的建立702

28.3.3 联合概率分布的定义704

28.3.4 模型的编译和使用708

28.4 案例扩展：基于多实体贝叶斯网络的车辆识别710

28.5 小结720

28.6 致谢720

参考文献721

第29章 分布式仿真中基于模型的数据工程724

29.1 引言724

29.2 作战建模中的数据互操作难题724

29.3 基于模型的数据工程727

29.3.1 数据治理728

29.3.2 数据管理730

29.3.3 数据校准733

29.3.4 数据转换736

29.4 小结739

参考文献740

第30章 体系工程的联邦仿真741

30.1 引言741

30.2 体系工程742

30.3 联邦仿真系统的工程需求745

30.3.1 信息交换系统747

30.3.2 环境表示748

30.3.3 实体表示750

30.3.4 模型751

30.3.5 数据收集752

30.3.6 时间管理753

30.4 联邦仿真系统开发的系统工程过程754

30.4.1 能力视角活动755

30.4.2 作战视角活动756

30.4.3 服务视角活动762

30.4.4 联邦实现活动770

30.4.5 处理新兴系统774

30.4.6 系统工程方法的优势775

30.5 联邦仿真开发中的技术管理方法775

30.5.1 积极寻找共享价值778

30.5.2 获取高级管理层的支持778

30.5.3 共享的技术开发和管理779

30.6 小结780

参考文献781

第31章 仿真模型中架构框架的作用：“人类视角”方法784

31.1 引言784

31.2 架构框架785

31.3 仿真中架构框架的作用788

31.4 分析的类型790

31.4.1 单个产品分析790

31.4.2 产品组合分析791

31.4.3 整合的仿真模型792

31.5 小结795

参考文献796

第32章 多国计算机辅助演练798

32.1 引言798

32.2 训练受众和演练控制人员799

32.3 CAX支持工具802

32.3.1 计划与管理工具802

32.3.2 军事仿真系统805

32.3.3 协调部件809

32.4 MEL／MIL同步809

32.5 小结811

参考文献811

附录A1建模与仿真组织和协会813

A1.1 政府类813

A1.2 工业类817

A1.3 学术类819

附录A2军用仿真系统822

A2.1 引言822

A2.2 仿真系统823

A2.2.1 联合半自动兵力（JSAF）824

A2.2.2 统一半自动兵力（OneSAF）826

A2.2.3 联合冲突与战术仿真（JCATS）828

A2.2.4 VR-Forces829

A2.2.5 虚拟战场空间2（VBS2）830

A2.2.6 空军侦察与监视综合环境模型（AFSERS）832

A2.2.7 空战仿真（AWSIM）832

A2.2.8 研究、评估与系统分析（RESA）833

A2.2.9 海上空中地面任务部队（MAGTF）海军战术作战仿真（MTWS）834

A2.2.10 CATS TYR834

A2.2.11 GUPPIS／KORA OA（Korpsrahmen Simulationsmodell fur die Offizierausbildung——Corps Frame Model for Officers Training，军官训练的集团军框架模型）836

A2.2.12 其他军用仿真系统837

A2.3 小结839

A2.4 致谢839

参考文献839