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组合仿真是根据特定的仿真需求重用已有仿真组件的技术,在节约仿真系统开发时间,提高系统开发效率,降低系统开发复杂度方面作用明显。目前,研究学者已经提出一些组合仿真相关的理论、方法、架构与标准,但是大多数只是关注了语法、语义层次的仿真组件组合,在语用组合问题研究上的力度和深度还不够,涉及组合性质分析的研究还不多,尚未出现支持仿真组件语用互操作的组合仿真技术体系。随着作战仿真系统规模的不断扩大,复杂度、精确度、时效性要求的不断提高,需要进一步关注语用层次的组合仿真问题。 本研究主要内容包括:⑴研究基于仿真组件的建模与仿真技术,总结组合仿真中仿真组件的可组合性、可重用性、互操作性等相关特性,对语用层次仿真组合的关键概念进行分析和定义,提出支持语用组合的仿真架构。⑵通过分析基于离散事件系统描述规范(DEVS)和基本对象模型(BOM)的组合仿真技术,提出基于扩展有限状态自动机的仿真组件模型形式化描述方法,重点对仿真组件行为和仿真运行语境约束信息进行建模,并在此基础上设计了基于XML的仿真组件模型描述规范。⑶分析军事想定定义语言(MSDL)、联合作战管理语言(C-BML)与仿真需求描述内容的异同,设计基于MSDL的仿真需求形式化描述语言(SRFDL)框架,扩展仿真任务、仿真单元等元素的内容,新增仿真系统配置信息的描述,为仿真组件的发现、组合和仿真模拟运行提供数据基础和约束条件。⑷提出了基于本体和规则的仿真组件发现过程,构建了仿真任务、仿真资源本体知识库,研究了OWL到Prolog的映射、推理规则的确定等内容,基于Protégé和XSB Prolog设计了自动化、智能化的仿真组件发现推理引擎,实现需求驱动的仿真系统动态构建。⑸研究仿真语境空间的定义和形式化描述,通过构建军事领域体系对抗仿真语境本体,建立一种能够描述各种仿真组件、系统的语境信息及其内在联系的统一逻辑模型,并从语境属性概念语义匹配指数和取值匹配指数两个方面给出仿真语境空间匹配的定性定量分析方法,实现静态语用层次的组合性质分析。⑹建立仿真组件模型与着色Petri网(CPN)之间的映射规则,提出动态语用层次的仿真组件组合性质分析的方法和步骤,并利用CPN Tools工具实现组合模型建模、仿真和分析的一体化过程。⑺分析面向语用的仿真系统构建的总体流程,设计并实现支撑组合仿真系统构建的原型系统,以应用实例具体描述了仿真组件模型组合及分析验证的过程,证明整体研究方案的有效性和可行性。 本研究创新点包括:①提出面向语用的仿真组件、仿真需求、仿真语境模型形式化描述方法,从语法、语义、语用三个层面进行建模,解决多层次的仿真组件互操作问题;②提出基于本体的、需求驱动的仿真组件发现及仿真系统自动化动态构建推理技术,及时响应仿真需求、仿真运行的动态变化;③提出仿真语境空间的概念,以及基于仿真语境空间匹配的静态语用组合性质分析方法,解决体系对抗仿真中作战力量种类繁多、作战样式复杂多变带来的语境异构问题;④提出基于着色Petri网的动态语用组合性质分析方法,为语用层次的仿真系统动态特性分析提供了便捷的技术手段和工具。⑤研究成果实现了面向语用的仿真系统自动化动态构建和组合性质分析,对解决具有分布特性的复杂系统混合仿真问题具有重要的学术意义和应用价值。