《用于评估军事作战场景的仿真环境》

航空航天模拟环境（葡萄牙语缩写ASA）是一个主要使用C++开发的定制化面向对象模拟框架，支持对军事作战场景进行建模与模拟，旨在为巴西空军的航空航天领域战术与程序开发提供支持。本文描述了ASA框架及其主要特性：用于协调多台模拟机器的分布式架构、允许在运行时加载模型的模块化结构、用于模拟具有不同初始条件的多种场景的批处理执行模式，以及用于后处理模拟结果的集成数据分析平台。此外，我们列举了近期一系列在空战场景决策支持与自主性相关应用中使用了ASA的研究案例。

巴西空军下属的研究机构——高等研究所自2018年起开发了航空航天模拟环境（葡萄牙语缩写ASA），旨在提供一种计算解决方案，以实现对作战场景的建模与模拟。该解决方案允许用户定义策略、参数和指挥决策，以支持为防御目的在航空航天领域开发战术、技术与程序。

现代战场场景的特点对实战模拟的开发提出了重大挑战[2]。这些挑战要求有能够同时应对技术和组织方面问题的、更集成和灵活的解决方案[19]。为满足部分此类需求，诸如高级仿真、集成与建模框架[1]、Wukong [18]、FLAMES [29]和VR-Forces [25]等框架已被开发出来。然而，其中许多工具是商业产品或仅限于特定国家内部使用。在此背景下，ASA环境被构想为一个国家级解决方案，旨在支持巴西空军的战略规划、满足作战分析需求，并促进军事研究领域新兴技术的开发与评估。

ASA被设计为一个灵活且模块化的平台，能够适应多样化的用户需求。鉴于用户需求的广泛性，这种灵活性至关重要。市售现货模拟软件无法完全满足这些需求。开发方法并非构建一个全新的系统，而是将开放可用的工具集成到一个统一、灵活、可访问且可扩展的模拟环境中。所提出的解决方案使用混合现实模拟平台[20]作为其模拟引擎，这是一个旨在支持开发健壮、可扩展的虚拟、构造、独立及分布式模拟应用的开源软件项目。ASA通过添加简化开发者和分析师任务的组件，扩展了MIXR的功能。创建了一个管理器应用程序，作为多个资源之间的接口，充当跨多台机器执行、存储和分析模拟的枢纽。该应用程序还支持根据分析员的需求，通过改变初始条件来同时创建大量模拟。此外，模型和工具可以在运行时动态加载，以增加灵活性。所有模拟数据都存储在一个专用数据库中，加快了数据收集速度，并支持进行更健壮的统计分析。另外，考虑到模拟结果的复杂性以及ASA用户不同的技术背景，系统中集成了一个专用的数据分析平台，不仅用于规划和可视化，也用于对场景数据进行后处理。

这项工作的主要贡献是引入了一个用于军事领域航空航天建模与模拟的新环境。其特点包括：（i）用于管理多台模拟机器的分布式架构；（ii）支持在模块化架构内进行运行时模型加载，允许轻松集成新模型；（iii）一种批处理执行模式，能够模拟具有不同初始条件的多种场景；以及（iv）一个增强的数据分析平台，用于对军事作战场景数据进行后处理。此外，我们列举了近期一系列在军事作战场景决策支持与自主性相关应用中使用了ASA平台的研究案例。

本文其余部分结构如下。第2节介绍ASA架构。第3节讨论了将ASA用于空战分析的研究案例，作为该模拟框架的应用实例。最后，第4节对ASA的现状进行了总结，并概述了未来工作的潜在方向。

ASA架构

ASA设计包含三个主要模块。第一部分是模拟框架，定义为AsaSimulation，它提供了创建和执行模拟所需的应用程序及必要服务。第二部分包括接口应用程序，称为AsaInterfaces，它提供了通过列出所有可包含的可用组件来创建场景的工具，以及一个用于与AsaSimulation模块交互的库。最后，第三部分是分析模块，称为AsaDataScience，它允许对场景执行进行后处理和分析。图1展示了ASA架构的概要，以下小节将详细介绍所有三个主要ASA模块。所有ASA应用程序均使用网络通信，允许处理任务分布在网络上的多台服务器上。