JP5031990B2 - 分散型シミュレーションシステム - Google Patents

Description

本発明は、分散環境に存在する複数のオブジェクトが例えばＲＴＩ（Run-Time Infrastructure）などの共通基盤を介して情報を授受し合う分散型シミュレーションシステムに関する。特に本発明は、飛翔体の飛行経路をシミュレートするシステムに関する。

近年のソフトウェア技術の進展は目覚しく、モデル駆動型アーキテクチャ（ＭＤＡ：Model Driven Architecture）などの技術が開発されている（例えば非特許文献１を参照）。また近年では様々な分野においてシミュレーションシステムの需要が高まってきている（例えば特許文献１を参照）。このような背景から、過去に開発されたシミュレーションシステムの再利用性と相互運用性を高め、今後の開発・保守コストを低減することを目的として、ＨＬＡ（High Level Architecture）が策定されている。

ＨＬＡは異なるシミュレーションシステム間を接続するための仕様であり、ルール、オブジェクトモデルテンプレート（ＯＭＴ）、及び、インターフェース仕様の要素を備える。これらの要素のうちインターフェース仕様はＲＴＩにより実装される。特に、ＲＴＩに接続可能なインタフェース仕様を有するシミュレーションオブジェクトはフェデレートと称され、その集合すなわちシミュレーション全体はフェデレーションと称される。

このような枠組みのもとでシミュレーションシステムを形成することにより、過去に開発された資源を有効に利用できると共に、分散型環境における大規模なシステムを構築することが可能になり、大きなメリットを得ることができる。近年では弾道弾モデルなどの飛翔体モデルをこの種のシミュレーションシステムに適用し、防空システムにおけるミサイルディフェンスの検討に役立てることが行われている。
特開平７−２２５７８６号公報 東芝レビュー Vol.59 No.11 (2004) Ｐ５１〜５５

ところで、防空シミュレーションシステムにおける各モデルのシナリオは、ユーザが自由に設定できるように構築されるのが一般的である。これに対し、シミュレーションシステムの実行プログラムそのものの中にモデルのシナリオを直接書き込み、シミュレーションの実行のたびにその都度プログラムをコンパイルするような方法でシミュレーションを実行するようなシステムもある。いずれにせよ、シミュレーションの実施にあたってはモデルの振る舞いを規定するシナリオを作成する必要がある。

防空システムのような広域エリアを舞台とするシミュレーションシステムでは、飛翔体モデルを他のモデルとは切り離して検討し、飛翔体モデルに関する詳細なシナリオを作成するのが一般的である。しかしながら詳細なシナリオを得ようとすればするほど、そのデータ量は多くなる。よって防空シミュレーションシステムにシナリオデータを入力するための手間が煩雑であり、時間もかかるという不具合がある。さらにはミスの混入する虞が多分に有り、正確な結果を得られる保証が無いという不具合もある。

本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、シナリオデータをそのデータ量によらず簡易かつ確実に入力できるようにし、これにより手作業の手間を省けるとともに正確な結果を得ることの可能な分散型シミュレーションシステムを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、ネットワークを介して互いに接続される複数のコンピュータにそれぞれロードされたアプリケーションプログラムが、分散型環境に存在する複数のシミュレーションモデル間の情報伝達を保証する共通基盤を利用してシミュレーションを実施する分散型シミュレーションシステムであって、前記コンピュータは、シミュレーションに出現するシミュレーションモデルのふるまいを既定するためのシナリオデータを前記シミュレーションモデルごとに作成するシナリオ作成手段と、指定された特定モデルに関する物理データを、予め与えられる当該特定モデルの諸元に基づいて物理法則のもとで算出するデータ算出手段と、前記シナリオ作成手段により作成されたシナリオデータと、前記データ算出手段により算出された物理データとを記憶する記憶部と、ユーザのファイル指定操作を受け付けるユーザインタフェース部と、このユーザインタフェース部により指定された物理データを前記シナリオデータに入れ込むことにより、前記特定モデルのシナリオデータに前記物理データの内容を反映させるデータロード手段と、前記シミュレーションモデルにそのふるまいを前記シナリオデータに基づいて自律的に判断させて前記シミュレーションを進行させるシミュレーション進行制御手段とを具備することを特徴とする分散型シミュレーションシステムが提供される。

このような手段を講じることにより、例えば飛翔体の弾道軌跡が飛翔体経路算出手段２４ｄにより算出される。弾道軌跡は水平距離と飛翔高度との関係で示されるもので、コンピュータを用いた飛翔体経路算出手段２４ｄによれば、例えば数百もの座標（飛翔体の３次元位置座標）を物理データとして算出することができる。さらに本発明によれば、算出された物理データをシナリオデータに直接、人手を介在させること無く読み込ませることができる。これによりオペレータの手間を削減しつつもシナリオデータの内容を充実させ、より正確なシミュレーションを実施することが可能になる。

本発明によれば、シナリオデータをそのデータ量によらず簡易かつ確実に入力できるようにし、これにより手作業の手間を省けるとともに正確な結果を得ることの可能な分散型シミュレーションシステムを提供することができる。

図１は、本発明に係わる分散型シミュレーションシステムがシミュレーション対象とする防空システムの一例を示すシステム構成図である。図１の防空システムは、複数のＦＵ１１と、これらのＦＵ１１を接続して互いの情報の授受を可能とする射撃ネットワーク１３とを備える。各ＦＵ１１は、対空機関砲（ガン）や誘導弾発射装置などとして実現される飛翔体発射装置１１ａと、各飛翔体発射装置１１ａを統括的に制御するファイヤコントロールシステム（ＦＣＳ：Fire Control System）１１ｂと、要撃対象となる目標に関する情報を取得するレーダ１１ｃとを備える。

各ＦＵには所定の空域に対応する防空エリアが予め割り当てられ、各ＦＵはその防空エリア内においてそれぞれ固有の防空能力を有する。ＦＣＳ１１ｂは、レーダ１１ｃにおいて取得される目標情報や他のＦＵから通知される諸情報をもとに、飛翔体発射装置１１ａへの目標割り当てなどの処理を実施する。

図２は、本発明に係わる防空シミュレーションシステムの一実施の形態を示すシステム図である。図１のシステムが地理的領域に展開されるのに対し、図２のシステムはＬＡＮ（Local Area Network）を主体として形成されるシステムである。図２のシステムは図１のシステムの運用をシミュレーションにより模倣するために用いられ、その結果をもとに防空戦略の最適化や戦術見積もりなどが実施される。なお本実施形態では、いわゆるシミュレーションをフェデレーションと称する。フェデレーションはＲＴＩをベースとして実現されるＨＬＡインタフェース仕様に規定される用語であり、またフェデレーション中に出現するシミュレーションモデルはフェデレートと称される。

図２において、ラップトップＰＣなどの複数のコンピュータＰＣ１〜ＰＣ３がＬＡＮ１００を介して互いに接続され、分散処理環境が形成される。コンピュータＰＣ１〜ＰＣ３は、ＬＡＮ１００を介して他のコンピュータと情報を授受する仲立ちとなるインタフェース部（Ｉ／Ｆ）２１と、表示部２２と、記憶部２３と、制御部２４と、ユーザインタフェース部２５とを備える。記憶部２３は、各フェデレートのふるまいを既定するためのシナリオデータ２３ａを所定の記憶領域に記憶する。また各ＰＣ１〜ＰＣ３の記憶部２３は、防空エリアの３次元的な地形データを示すデジタルマップとしての周辺地形データベース２３ｂを記憶する。ユーザインタフェース部２５は、キーボードやマウス（図示せず）などを備え、表示部２２上のＧＵＩ（Graphical User Interface）環境を用いたユーザの操作を受け付ける。

ＰＣ１の制御部２４は、ＲＴＩ．ｅｘｅファイル（符号２４ａ）と、フェデレーション・アプリケーション２４ｂとを備える。ＲＴＩ．ｅｘｅファイル２４ａは、制御部２４を、ＲＴＩ環境を提供するための実行体として動作させるための制御プログラムである。フェデレーション・アプリケーション２４ｂは、ユーザの要求する様々な仕様に応じたフェデレーションを実現するための制御プログラムである。このうちフェデレーション・アプリケーション２４ｂはＰＣ２およびＰＣ３の制御部２４にもロードされる。またＰＣ１の制御部２４のＲＴＩ．ｅｘｅファイル（符号２４ａ）は、フェデレーション・アプリケーション２４ｂと分けて別のＰＣでも実行されることができ、フェデレーションを実現することができる。

各ＰＣ１〜ＰＣ３におけるフェデレーション・アプリケーション２４ｂが、ＬＡＮ１００を介してＲＴＩ．ｅｘｅ２４ａの管理の下でオブジェクトのコール、生成、消滅などの処理を実施することによりフェデレーションが実現される。すなわち、フェデレーション・アプリケーション２４ｂおよびＲＴＩ．ｅｘｅ２４ａにより、シナリオデータ２３ａに基づくフェデレートの自律的な判断によりフェデレーションが進行される、という環境が形成される。

図３は、この実施形態に係わるフェデレーションの構成を示す概念図である。このフェデレーションにおいては、敵機Ｅ１，Ｅ２、味方機Ｃ１，Ｃ２、センサＢ１，Ｂ２、迎撃装置Ｄ１，Ｄ２、制御局Ｇ１および表示器Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３がシミュレーションモデルとなる。このほかフェデレーションに参加するオブジェクトとして、飛翔体Ｈ１，Ｈ２がある。

敵機Ｅ１，Ｅ２、味方機Ｃ１，Ｃ２、センサＢ１，Ｂ２、迎撃装置Ｄ１，Ｄ２、制御局Ｇ１、および、表示器Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は、いずれもＲＴＩに接続可能なインタフェース仕様を有し、フェデレーションに参加するフェデレートとして実現される。各フェデレートはＲＴＩを介して取得した情報に基づいて、自己のふるまいを半自律的に決定する。このうちＲＴＩ、敵機Ｅ１，Ｅ２、表示器Ｆ１はコンピュータＰＣ１に実装され、味方機Ｃ１，迎撃装置Ｄ１、センサＢ１、表示器Ｆ２、制御局Ｇ１はコンピュータＰＣ２に実装され、表示器Ｆ３、迎撃装置Ｄ２、センサＢ２、味方機Ｃ２はＰＣ３に実装されるとする。なお飛翔体Ｈ１，Ｈ２は、敵機の迎撃に際して例えばＰＣ２およびＰＣ３において生成されるオブジェクトとして捉えることができる。

ところで、図２において、ＰＣ３の制御部２４はフェデレーション・アプリケーション２４ｂに加えて、本実施形態に係わるソフトウェア的な処理機能としてシナリオエディタプログラム２４ｃと、飛翔経路算出プログラム２４ｄとを備える。なお、ＰＣ３の制御部２４のフェデレーション・アプリケーション２４ｂと、シナリオエディタプログラム２４ｃと、飛翔経路算出プログラム２４ｄとは、別々のＰＣにおける分散環境下でも実行されることができ、フェデレーションを実行することができる。

シナリオエディタプログラム２４ｃは、フェデレーションに出現する各フェデレートのふるまいを既定するためのシナリオデータ２３ａを、各フェデレートごとに作成するためのエディタプログラムである。作成されたシナリオデータ２３ａはフェデレートごとにファイル形式で各ＰＣ１〜ＰＣ３の記憶部２３に記憶される。

飛翔経路算出プログラム２４ｄは、任意に選択指定されたフェデレートの運動に係わる物理データを、このフェデレートの諸元に基づいて、既知の物理法則のもとで算出する。例えば弾道弾フェデレートに係わる物理データは、発射角度に応じた飛行経路、頂点の座標、頂点に達するまでに経過する時間などの量であり、これらの量は、弾道弾フェデレートの長さ、重量、空気抵抗などの諸元に基づいて算出することができる。

さらにこの実施の形態において、シナリオエディタプログラム２４ｃは、飛翔経路算出プログラム２４ｄにより算出された物理データを読み込むためのルーチンを備える。このルーチンは例えばＧＵＩ（Graphical User Interface）上の専用の制御ボタンがクリックされると呼び出され、ファイル形式の物理データを読み込むことによりその内容をシナリオデータに反映させる。

図４は、図２のＰＣ３の表示部２２の表示内容を例示する模式図である。図４はシナリオエディタプログラム２４ｃが動作中に表示されるウインドウであり、図示する状態においては弾道弾のシナリオを編集中であるとする。弾道弾のシナリオデータにはスラントレンジと称するパラメータがある。スラントレンジとは弾道弾の弾道軌跡の形状を数値化したもので、時間、水平距離、および飛翔高度の３つの量で定義される。

さて、スラントレンジは弾道弾の重量、空気抵抗、形状などの諸元に基づいて予め算出することができる。この実施形態では異なる諸元を持つ弾道弾ごとにスラントレンジデータを計算して求め、飛翔体性能の算出結果を示すデータファイルとして保存しておく。なおファイル形式は任意に決めることができるが、図４においては拡張子*.minfoなるファイルでデータファイルを区別する。

図４のウインドウで所定の操作がなされると（例えば飛翔速度・経路の項目にある参照ボタンをクリック）、スラントレンジデータを開くためのウインドウが開く。このなかからシミュレーションすべき飛翔体に対応するデータファイルが選択指定されると、その対応するデータファイルがシステムに直接読み込まれる。これにより、計算されたデータがスラントレンジテーブルの表示内容（図４の飛翔速度・経路ウインドウ）、およびシナリオデータの内容に反映される。図４のスラントレンジテーブルにおいてはデータ数は１０個にとどまるが、横にスクロールすればさらに数百個のデータが登録されていることが示される。

図５は、図２のＰＣ１の表示部２２における表示内容の一例を示す概念図である。図５のＢＭは弾道弾を示し、それぞれシナリオデータにより自律的に移動する。この実施形態によれば物理データの個数を従来よりも格段に多くすることができるので、飛行経路及び着弾地点をより正確にシミュレートすることが可能になる。

図６は、この実施形態により得られる効果を説明するための概念図である。既存のシミュレーションシステムにおいては図６（ａ）に示すように、シナリオデータに登録できるデータ数はほんの少数にすぎない。仮に飛翔軌跡上の全てのポイントを入力しようとすると、その手間は膨大なものになる。

これに対してこの実施形態では、算出されたスラントレンジデータの全てを、シナリオエディタプログラム２４ｃのデータ読み込みルーチンによりシナリオデータに読み込ませることができる。これにより図６（ｂ）に示すように、シミュレーションに用いられるデータ量を格段に多くすることができ、従ってシミュレーションの精度も向上させることが可能になる。

すなわちこの実施形態では、飛翔体モデルの諸元に基づき算出された飛翔時間、飛翔距離、飛翔速度などの物理データを、防空シミュレーションシステムの飛翔体モデルに直接取り込めるようにしている。各物理データはファイル形式で予め記憶され、いずれかのファイルを具体的に指定することにより瞬時に、かつ正確に、シナリオデータに入れ込むことが可能になる。これにより入力ミスの虞も無く、オペレータの手作業に頼った既存のシステムよりも、シミュレーションの精度をさらに向上させることが可能になる。さらには、モデルの検討からシミュレーションの実行までの時間を格段に速めることも可能になる。これらのことから、シナリオデータをそのデータ量によらず簡易かつ確実に入力できるようにし、これにより手作業の手間を省けるとともに正確な結果を得ることの可能な分散型シミュレーションシステムを提供することが可能となる。

なお本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良いし、新たな構成要素を追加しても良い。

本発明に係わる分散型シミュレーションシステムがシミュレーション対象とする防空システムの一例を示すシステム構成図。 本発明に係わる防空シミュレーションシステムの一実施の形態を示すシステム図。 図２のシステムにより実施されるフェデレーションの構成を示す概念図。 図２のＰＣ３の表示部２２の表示内容を例示する模式図。 図２のＰＣ１の表示部２２の表示内容を例示する模式図。 本発明の実施の形態により得られる効果を説明するための概念図。

符号の説明

１１…ＦＵ、１１ａ…飛翔体発射装置、１１ｂ…ファイヤコントロールシステム（ＦＣＳ）、１１ｃ…レーダ、１３…射撃ネットワーク、ＰＣ１〜ＰＣ３…コンピュータ、
２１…インタフェース部、２２…表示部、２３…記憶部、２３ａ…シナリオデータ、２３ｂ…周辺地形データベース、２４…制御部、２４ａ…ＲＴＩ．ｅｘｅファイル、２４ｂ…フェデレーション・アプリケーション、２４ｃ…シナリオエディタプログラム、２４ｄ…飛翔経路算出プログラム、２５…ユーザインタフェース部、１００…ＬＡＮ、Ｂ１，Ｂ２…センサ、Ｃ１，Ｃ２…味方機、Ｄ１，Ｄ２…迎撃装置、Ｅ１，Ｅ２…敵機、Ｆ１，Ｆ２…表示器、、Ｇ１…制御局、Ｈ１，Ｈ２…飛翔体

Claims (1)

1. ネットワークを介して互いに接続される複数のコンピュータにそれぞれロードされたアプリケーションプログラムが、分散型環境に存在する複数のシミュレーションモデル間の情報伝達を保証する共通基盤を利用してシミュレーションを実施する分散型シミュレーションシステムであって、
   前記シミュレーションは、ＨＬＡ（High Level Architecture）インタフェース仕様に規定された各サービスを実行するためのＲＴＩ（Run-Time Infrastructure）のもとで実現され、
   前記コンピュータは、
   シミュレーションに出現するシミュレーションモデルのふるまいを規定するためのシナリオデータを前記シミュレーションモデルごとに作成するシナリオ作成手段と、
   飛翔体モデルの弾道飛行に関する物理データを、予め与えられる当該飛翔体モデルの諸元に基づいて物理法則のもとで算出するデータ算出手段と、
   前記シナリオ作成手段により作成されたシナリオデータと、前記データ算出手段により算出された物理データとを予めファイル形式で記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶されるファイルを指定する、ユーザのファイル指定操作を受け付けるユーザインタフェース部と、
   このユーザインタフェース部により指定されたファイル形式の物理データを前記記憶部から読み込むことにより、当該物理データを前記飛翔体モデルのシナリオデータに登録し、当該物理データの内容を前記飛翔体モデルのシナリオデータに反映させるデータロード手段と、
   前記シミュレーションモデルにそのふるまいを前記シナリオデータに基づいて自律的に判断させて前記シミュレーションを進行させるシミュレーション進行制御手段とを具備することを特徴とする分散型シミュレーションシステム。

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