电子战作战系统数字孪生的资源管理系统设计

陈根余，闫启帅，韩梅，许波

（成都四威功率电子科技有限公司，四川 成都 610097）

伴随科技的发展，作战系统不再是满足于唯一的仿真验证阶段还需要结合试验进行进一步的验证。章桂永在论文中采用了多种算法对电子对抗作战系统装备费效分析，分析中指出电子对抗作战系统由相互

关联、相互制约的众多因素构成规模大、层次多很难找到合适的聚合效能指标反映多个效能指标，因此可以看出电子对抗作战系统复杂度高，维护周期长。数字孪生（digital twin）是以数字化方式创建物理实体的虚拟模型，借助数据模拟物理实体在现实环境中的行为，通过虚实交互反馈、数据融合分析、决策迭代优化等手段，为物理实体增加或扩展新的能力。在数字孪生系统中，应对的管理资源有用户管理、设备管理、模型管理、文件管理、资源自身系统管理等，本文将探讨一套资源管理系统对资源进行模块化管理和使用，在模块化管理条件下满足多方人员使用。

李婧娇在论文中使用了云理论的知识来对多功能电子战系统建模进行效能评估，分为定量和定性的方法使用到了大量设备和数据；刘永红在论文中只对部分的关键类型数据进行了建模，已然涉及了同类数据的多样性；许海龙在论文提及了国内外数字化作战支持系统设计，从设备到控制分析的典型现代软件设计体系，提供了数据输入到数据管理中心，再到各个设备或指控平台的多方交互模式，可以看出作战系统包含多方数据来源：人机交互、设备上报、仿真平台、想定配置等。从人机分类有：多用户、多设备；从开发系统来分类有：硬件系统和软件系统；从使用设备来分类有：电源、雷达、发射机、干扰源、仿真电脑等。基于多个维度进行事务聚合，本系统结构组成设计为：用户管理、设备管理、模型管理、数据管理、文档管理、系统管理。系统组成结构如图1所示。

图1 资源管理系统组成图

功能模块化的划分形成整个资源系统的管控，为其他模块提供需求交互，形成模块化的低耦合设计。在丁刚的论文中设计了一套航空装备保障的数字孪生方案，模块的合理划分为多样化的快速试验研究提供的可靠的支持。

1.2.1 用户管理

基于划分不同用户权限，实现不同用户角色管理权限分层，自上而下地进行管理，防止资源不合理或者产生使用冲突，划分不同人员不同角色对应不同的软件功能界面，体现软件独立性和安全性。

资源系统角色权限管理包含基本功能权限和数据对象权限管理，两者从不同维度分配角色权限，保证系统数据安全，满足保密要求，满足多层次管理系统的需求。

用户安全采用第三方产品建立安全环境，可以采用CA系统进行安全认证登录使用。针对用户的操作行为进行日志记录，设计行为审核系统，通过和第三方提供的PKI系统的结合，提供防止抵赖和身份确认的数字签名支持。

1.2.2 设备管理

管理各种设备，包括UPS电源、电子目标、发射机、射频前端、干扰源等，提供设备基本信息的管理，具有设备活动记录、活动预警、使用管理、设备使用日志等功能，设备状态模型的导出提供先验条件。

通过设备的活动状况和预警配置，可以有效地形成完善的使用先验条件，防止设备在未准备充分或数据未校正的情况下进行使用，得到错误的试验数据和结果。

1.2.3 模型管理

管理各种模型，为模型模拟提供参数数据，模型包括评估算法、装备模型、环境模型、目标模型等，对模型数据进行管理，提供分层权限管理，对模型的数据进行合理性判断，对模型的出入进行把控，防止模型在使用过程中进行了变动，导致系统异常等问题，同时提供模型导出和统计分析功能。

模型模块可以考虑与高校、研究所等专业单位或部门合作，所以本模块的用户多样性管控需要记录，并可以根据用户提供的算法、模型等的使用率、有效率方面去综合评估算法的好坏，为后续的迭代提供整改方向。

1.2.4 数据管理

数据分析和评估会在不同的维度和时间去反复使用，所以数据的持久存储和读取是必要的基础功能。记录和保存系统运行过程中得到的数据，包括设备产生的实时数据、状态数据、视频数据等，支持多种数据结构，如.data、.txt、.tdms或自定义数据格式。对数据提供查询功能、下载功能用于进行分析、评估、回放等功能使用，提供离线数据导入、导出功能。

1.2.5 文档管理

文档管理主要管理想定战场、环境配置文件等各种文档，对文件提供上传、下载、修改、文件授权、文件操作记录等功能。方便试验结束后的重复的快速使用以及试验的快速重现，节约大量时间。

1.2.6 系统管理

系统管理主要负责管理整个资源系统，包括系统备份与恢复、数据存储、日志管理、系统预警、系统监控、故障处理、通信管控、资源分析、安全检测等功能。针对整个的资源系统进行统计和分析，能提前暴露资源系统的问题，比如：系统存储的空间不足；某模块提交的错误个数和日志统计得到模块的兼容稳定性不足；某模块请求资源经常断线导致的网络问题；某模块经常有非法访问导致有攻击行为等。为整个资源系统保驾护航。

针对系统模块的数据安全，我们应该还要考虑多机备份和负载均衡的设计，伴随着系统的使用时间越长产生的数据资源就越多，甚至还会伴随着作战系统的升级带来的版本迭代需求，所以设计为模块分离有着天然的优势，方便对资源系统进行修、升级和扩展。

数据的角度来探讨资源系统的运行机制，如图2所示。在整个试验开始的时候，会在指控上对需要参与试验的设备进行确认状态，防止设备的状态不对导致试验失败，并对需要参与的模块进行加载锁定，防止有用户对模型进行修改变动导致试验的数据不具备唯一性，检测完毕两个模块后，开始对试验任务进行加载，加载预先编辑好的想定任务，试验进入试验状态。

图2 资源管理系统运行机制

试验过程中，硬件设备集群用于产生模拟设备和设备真实的数据，得到的设备数据上传到资源管理系统，由资源管理系统进行分发至对应的需求模块。仿真系统对接一切环境数据和参与试验的模型数据、算法数据，产生的数据分别返回到指控系统和显控操作席位系统。指控系统可以为显控系统下达指挥中心的命令，显控操作席位人员则进行常规操作和命令的任务执行操作，所有的反馈都会集中到仿真系统进行仿真，针对设备的操作会直接下发到设备产生新的数据到资源系统，资源系统根据试验数据的参与性进行存储并转发至显控系统和仿真系统。

试验完毕后，评估系统请求资源管理系统获取试验数据和参数，并在一定程度上进行试验数据回放，回放得到试验的基本评判主要是确认数据的有效性，再进行数据评估。

这样一个比较经典的作战指挥系统执行完毕，所有的数据都得到了管理和派发，可以对想定任务进行设备性能模拟验证，也可以对参与的模型算法等进行初步评估，为后续的设备制造提供参考依据。

根据以上的模块，我们可以轻松地通过集中式布局和分布式布局来满足各种需求。

部署一套资源管理系统供各部门访问，此模式可以支持多科室、多部门内部访问。通过功能授权和数据共享权限的方式来保证系统整体应用。此情况适合集中式布局，布局如图3所示，该模式有系统部署简单、使用方便的特点，此模式适用于单位内部应用。

图3 资源管理系统集中式布置图

多个分机和系统都直接从资源管理集群服务器进行统一的数据交互，由资源管理集群服务器统一调度和管理。

对于整个企业而言，管理的试验种类多，参与的人员多，试验任务级次多，各部门之间职能相对独立，数据安全性、保密性要求高，对于此类需求，系统支持分布式应用模式。在此模式如图4支持部署多套系统。各套系统之间彼此独立运行，多套系统之间数据可以实现共享。该模式可满足各部门之间系统独立运行，数据安全性好。

图4 资源管理系统分布式布置图

由于资源管理系统为模块化功能集成，所以可以对系统进行模块业务和数据分离，每一个单独的模块可以布置为单独的资源系统，通过么有云进行资源信息交互，资源数据中心负责授权和资源传输，每一个系统都经过自己的资源系统进行交互，而跨系统交互则必须通过资源管理系统之间交互再下发到请求的客户手里。

本设计对人员、硬件设备、软件算法、配置文件进行全方位的管理，有效的独立划分出开发功能并可以根据业务的大小去优化迭代开发，防止资源过多导致使用混乱而难优化设计的局面，更促进了多方人员的协同，从而串联了一整套系统资源调度，满足各个资源迭代，降低资源耦合度。