李宏偉

(中國人民解放軍92941部隊，遼寧 葫蘆島125000)

0 引言

隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)和建模仿真等技術(shù)的飛速發(fā)展，仿真試驗作為武器裝備論證、研制和試驗過程中不可或缺的重要手段，得到了廣泛應(yīng)用，并在試驗鑒定領(lǐng)域取得了突破性成果。

美國早在1992年，就開始實施“作戰(zhàn)實驗室計劃”，依托計算機仿真技術(shù)建立各種作戰(zhàn)實驗室，同時，廣泛開展了虛擬試驗場(VPG)技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用。利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，組織軍事訓(xùn)練、作戰(zhàn)模擬和新式武器開發(fā)，并對新的作戰(zhàn)概念、新技術(shù)裝備的作戰(zhàn)能力進行評估、檢驗和分析。隨著建模與仿真高層體系結(jié)構(gòu)、聯(lián)合先進分布式仿真技術(shù)、高性能(分布)計算技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益成熟，靶場、實驗室、建模與仿真設(shè)施的綜合利用、互操作等關(guān)鍵問題得以解決。為了最大限度地檢驗武器裝備的性能和效能，美國防部設(shè)立了FI2010工程，其主要產(chǎn)品是“試驗和訓(xùn)練使能體系結(jié)構(gòu)”(TENA)[1]，旨在確定未來靶場軟件開發(fā)、集成和互操作的總體結(jié)構(gòu)，建立符合需要的“邏輯靶場”，通過提供一體化的機制、過程和程序，組合最好、最適合的系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的互操作性、可重用性及可組合性，使得資源的綜合利用更加標(biāo)準(zhǔn)和高效[2-3]。國內(nèi)仿真技術(shù)成體系、成規(guī)模地應(yīng)用于武器裝備試驗領(lǐng)域，具有代表性的是航空航天領(lǐng)域。航天二院、航天三院、總裝靶場、空軍靶場等單位，建有大量數(shù)字、半實物仿真系統(tǒng)，例如，射頻制導(dǎo)導(dǎo)彈半實物仿真系統(tǒng)[4]、電子戰(zhàn)綜合試驗?zāi)M系統(tǒng)[5]、復(fù)雜電磁環(huán)境下電子對抗數(shù)字仿真系統(tǒng)[6]、導(dǎo)彈地面訓(xùn)練模擬器和武器裝備作戰(zhàn)效能評估系統(tǒng)等，主要用于導(dǎo)彈、電子裝備等的測試、試驗鑒定、方案預(yù)估、復(fù)雜電磁環(huán)境下信息對抗訓(xùn)練等。

海軍靶場在仿真領(lǐng)域起步較早，持續(xù)的科研條件和專項建設(shè)投入，使靶場在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、艦炮、電子對抗、水中兵器等仿真試驗與評估領(lǐng)域取得了初步建設(shè)成果，獲取了一定的建設(shè)效益[7-8]。但是，從整個仿真系統(tǒng)建設(shè)歷程來看，還存在很多阻礙仿真系統(tǒng)建設(shè)良性發(fā)展的問題。未來較長一個時期，在海軍轉(zhuǎn)型發(fā)展的大背景下，海軍新型武器裝備建設(shè)對試驗鑒定工作將提出新的更高要求，海上靶場建設(shè)與發(fā)展面臨重要戰(zhàn)略機遇期，裝備體系試驗、作戰(zhàn)試驗、靶場化訓(xùn)練等研究與實踐的逐步深入，使得仿真將成為靶場提升裝備試驗鑒定、部隊訓(xùn)練研練等軍事任務(wù)能力的新的增長點。

1 靶場仿真系統(tǒng)建設(shè)存在的主要問題

隨著武器裝備試驗鑒定等任務(wù)對仿真需求的不斷增長，靶場仿真系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用取得了可觀的成效，但整體看來，還存在一些不容忽視的問題。

(1)缺少統(tǒng)一規(guī)劃和頂層設(shè)計

受任務(wù)需求、歷史條件等因素制約，靶場仿真系統(tǒng)建設(shè)開始，并沒有在全局和頂層上進行統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計，沒有形成統(tǒng)一的技術(shù)體制和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范約束，也未能形成可持續(xù)發(fā)展的健康機制，導(dǎo)致仿真建設(shè)存在體系不健全、資源共享難、兼容性不強等問題，其中模型資源可重用率較低、共享性有限的問題尤為明顯。

(2)系統(tǒng)開放性和集成度較低

由于仿真系統(tǒng)建設(shè)承研單位較多，仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫資源、模型庫資源、開發(fā)平臺和運行環(huán)境等可共享資源沒有統(tǒng)一規(guī)范，接口協(xié)議不統(tǒng)一，有些承研單位以保護知識產(chǎn)權(quán)為由不對外開放接口協(xié)議，仿真系統(tǒng)如同一個黑匣子，綜合集成較為困難。

(3)部分核心仿真系統(tǒng)功能缺失

戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、艦炮武器、電子對抗、水中兵器等數(shù)字或半實物仿真試驗系統(tǒng)功能還不完善，水中兵器仿真試驗條件剛剛起步，作戰(zhàn)系統(tǒng)仿真試驗、戰(zhàn)略導(dǎo)彈仿真試驗、作戰(zhàn)試驗仿真、仿真試驗推演評估等領(lǐng)域基本上尚屬空白，與實際需求之間存在較大差距。

(4)內(nèi)外聯(lián)合區(qū)域聯(lián)合的仿真應(yīng)用有限

各仿真系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展相對獨立，任務(wù)單一，還未形成功能齊全、優(yōu)勢互補的仿真體系；內(nèi)外場聯(lián)合試驗還處在探索階段，武器系統(tǒng)“端到端”試驗尚未實現(xiàn)。

(5)仿真技術(shù)基礎(chǔ)研究不夠深入

尚未形成成熟的仿真試驗與評估理論方法體系，缺少對仿真系統(tǒng)技術(shù)體制、體系結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等技術(shù)問題的深入研究，沒有形成可指導(dǎo)仿真系統(tǒng)建設(shè)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系；復(fù)雜環(huán)境和大目標(biāo)模型建模能力相對薄弱，在環(huán)境建模等特色領(lǐng)域還存在較大差距；缺少系統(tǒng)化、工程化的仿真VV&A理論方法指導(dǎo)，多數(shù)仿真應(yīng)用的VV&A工作還在低水平徘徊，有時甚至存在程序簡化或缺失的現(xiàn)象，直接影響了仿真可信性水平及仿真應(yīng)用效果。

2 靶場仿真體系建設(shè)發(fā)展總體架構(gòu)

靶場仿真體系建設(shè)以海軍武器裝備試驗鑒定任務(wù)需求為牽引，以解決制約仿真試驗評估能力發(fā)展的技術(shù)難題為突破，按照優(yōu)化體系、提升能力、綜合集成、資源共享、夯實基礎(chǔ)、突出特色的基本思路，加強靶場仿真系統(tǒng)的統(tǒng)籌規(guī)劃、分步建設(shè)和深層應(yīng)用，逐步建成跨區(qū)聯(lián)合、內(nèi)外場結(jié)合、試訓(xùn)研一體的分布式聯(lián)合仿真體系，不斷推進靶場核心軍事能力的全面提升。

2.1 建設(shè)目標(biāo)

緊緊圍繞未來海軍裝備試驗鑒定和靶場轉(zhuǎn)型發(fā)展需求，通過統(tǒng)籌規(guī)劃、綜合集成和技術(shù)創(chuàng)新，基本形成跨區(qū)聯(lián)合、內(nèi)外場結(jié)合、試訓(xùn)研一體的分布式聯(lián)合仿真體系，基本具備海軍各類武器裝備在復(fù)雜環(huán)境和邊界條件下仿真試驗鑒定能力?？芍С侄嗥脚_、多系統(tǒng)、多環(huán)境下的仿真設(shè)計、推演預(yù)估、任務(wù)實施和分析評估。在復(fù)雜電磁環(huán)境、目標(biāo)特性環(huán)境和水聲環(huán)境仿真方面形成核心資源優(yōu)勢，支持與靶場外部資源共用、數(shù)據(jù)共享，為構(gòu)建海上“邏輯靶場”奠定基礎(chǔ)。

2.2 總體架構(gòu)

2.2.1 體系結(jié)構(gòu)

海軍靶場借鑒美軍“邏輯靶場”公共體系結(jié)構(gòu)——試驗與訓(xùn)練使能體系結(jié)構(gòu)(TENA)[9-10]，建立靶場公共體系結(jié)構(gòu)參考模型，仿真系統(tǒng)的規(guī)劃建設(shè)應(yīng)按照該體系結(jié)構(gòu)參考模型完成，如圖1所示。虛框內(nèi)容為靶場試驗專網(wǎng)和公共信息基礎(chǔ)支撐平臺，是參考模型的核心，仿真資源層中各種實裝、半實物以及全數(shù)字仿真系統(tǒng)等獨立的仿真資源，通過該基礎(chǔ)支撐平臺中的信息傳輸管理中間件實現(xiàn)信息共享、資源共用和系統(tǒng)的互聯(lián)互通互操作，完成試驗、訓(xùn)練、科研“三位一體”的靶場應(yīng)用，仿真系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)資源存儲到公共信息基礎(chǔ)支撐平臺的數(shù)據(jù)檔案庫，各種仿真資源以對象模型的形式存儲在公共信息基礎(chǔ)支撐平臺的資源倉庫中。對于異構(gòu)的外網(wǎng)資源，通過網(wǎng)關(guān)形式，實現(xiàn)信息共享、資源共用和系統(tǒng)的互聯(lián)、互通、互操作。

圖1 靶場公共體系結(jié)構(gòu)模型

2.2.2 靶場仿真能力模型框架

如圖2所示靶場仿真能力模型包括資源層、技術(shù)層、應(yīng)用層三個核心層和一個管理層。資源層、技術(shù)層、應(yīng)用層三個維度構(gòu)成靶場仿真能力空間，任何一維能力存在短板，都將制約靶場仿真能力發(fā)展，只有三個維度的能力共同發(fā)展，才能促使仿真能力空間不斷擴大；管理層對靶場仿真能力發(fā)展起到支撐保障作用。

圖2 靶場仿真能力層次組成

仿真資源層是仿真領(lǐng)域建設(shè)的基礎(chǔ)層，涵蓋了所有軟硬件、數(shù)據(jù)、模型等資源。應(yīng)用層在資源層的基礎(chǔ)之上，充分利用資源層的各種資源，完成各種仿真應(yīng)用，包括仿真試驗、推演預(yù)估、訓(xùn)練研練等。資源建設(shè)和仿真應(yīng)用的每個環(huán)節(jié)都離不開技術(shù)和管理的支撐、規(guī)范和制約作用，技術(shù)層和管理層貫穿于仿真資源建設(shè)和仿真應(yīng)用全過程，通過不斷突破仿真技術(shù)難點和完善管理體系，使得仿真系統(tǒng)建設(shè)良性發(fā)展，仿真應(yīng)用效益最大發(fā)揮。

2.2.3 發(fā)展內(nèi)容與方向

按照仿真能力模型中資源層、技術(shù)層和管理層三個方面，規(guī)劃靶場仿真領(lǐng)域發(fā)展內(nèi)容及方向。資源層主要包括“1+8”實驗室：建設(shè)1個聯(lián)合試驗評估實驗室，具備基礎(chǔ)服務(wù)、公共資源，以及聯(lián)合仿真試驗導(dǎo)演、組織、運行管理、推演驗證能力，具備與海軍、總部等相關(guān)實驗室聯(lián)合試驗和研究的信息接口；異地分布建設(shè)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈試驗評估實驗室、艦炮武器系統(tǒng)試驗評估實驗室、艦載綜合導(dǎo)航裝備試驗評估實驗室、潛射導(dǎo)彈試驗評估實驗室、海軍電子信息裝備試驗評估實驗室、水面艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)試驗評估實驗室、水下戰(zhàn)試驗評估實驗室和水中爆炸毀傷試驗評估實驗室等8個實驗室以及相應(yīng)的任務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。技術(shù)層主要包括：仿真理論與建模、仿真系統(tǒng)與支撐平臺、仿真應(yīng)用等技術(shù)研究。管理層主要包括：完善仿真標(biāo)準(zhǔn)體系、優(yōu)化仿真聯(lián)合試驗運行管理、強化制度機制建設(shè)和仿真系統(tǒng)安全管理建設(shè)等。

資源層“1+8”實驗室的建設(shè)內(nèi)容突出領(lǐng)域特色及資源共享，避免重復(fù)建設(shè)和仿真領(lǐng)域能力空白，各實驗室發(fā)展的專業(yè)領(lǐng)域和方向如表1所示。

“1+8”實驗室體系實現(xiàn)了海軍武器裝備仿真試驗體系各層次(裝備、系統(tǒng)、平臺、體系)在邏輯上和物理上的合成表達，體現(xiàn)了體系平臺統(tǒng)一、共性資源統(tǒng)籌、個性專業(yè)深化、應(yīng)用模式多樣的設(shè)計思想，是未來構(gòu)建“邏輯靶場”的重要支撐。

表1 專業(yè)領(lǐng)域和方向

序號實驗室名稱專業(yè)領(lǐng)域目標(biāo)模擬環(huán)境模擬1聯(lián)合試驗評估實驗室體系平臺級試驗評估多區(qū)域聯(lián)合試驗評估公用軟件、平臺及服務(wù)海軍、總部等聯(lián)合仿真2戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈試驗評估實驗室戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈仿真試驗評估戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈火控系統(tǒng)仿真試驗評估戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈毀傷效果評估水面空中目標(biāo)模擬水面環(huán)境模擬3艦炮武器裝備試驗評估實驗室艦炮仿真試驗評估新概念武器仿真試驗評估艦炮武器毀傷效果評估新概念武器毀傷效果評估4艦載綜合導(dǎo)航裝備試驗評估實驗室導(dǎo)航裝備仿真試驗評估導(dǎo)航信息模擬5潛射導(dǎo)彈試驗評估實驗室潛射戰(zhàn)略導(dǎo)彈仿真試驗評估潛射戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈仿真試驗評估潛射導(dǎo)彈毀傷效果評估水下環(huán)境模擬6電子信息裝備試驗評估實驗室電子信息裝備仿真試驗評估電子對抗仿真試驗評估導(dǎo)引頭仿真試驗評估電子對抗效果評估復(fù)雜電磁環(huán)境模擬7水面艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)試驗評估實驗室水面艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)仿真試驗評估水面艦艇平臺模擬8水下戰(zhàn)試驗評估實驗室水中兵器仿真試驗評估潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)仿真試驗評估水聲對抗仿真試驗評估水下目標(biāo)模擬水聲(對抗)環(huán)境模擬9水中爆炸毀傷試驗評估實驗室水中兵器爆炸毀傷試驗評估艦艇抗毀傷試驗評估

聯(lián)合試驗評估實驗室的建設(shè)基于“共建、共享、共用”的模式。一是提供信息服務(wù)、計算服務(wù)等基礎(chǔ)服務(wù)；二是可以作為一個核心平臺，支撐平臺級、體系級的跨區(qū)應(yīng)用；三是作為實驗室體系的“引擎”，推進靶場聯(lián)合仿真資源的共享重用；四是支持與軍內(nèi)或工業(yè)部門仿真系統(tǒng)互聯(lián)。

各武備實驗室進行分布式建設(shè)，基于“自建、共享、互用”的模式。一是提供模型、資源等應(yīng)用服務(wù)；二是可以作為一個應(yīng)用節(jié)點，開展裝備級、系統(tǒng)級的仿真應(yīng)用；三是作為一個部分，配合其他實驗室，完成各類關(guān)聯(lián)性的、“端到端”的應(yīng)用；四是能夠與外場資源有效整合，構(gòu)建一體化試驗鑒定體系。

2.2.4 運行模式

如圖3所示，仿真各節(jié)點資源(具備獨立功能的系統(tǒng)、子系統(tǒng)等)主要采用三種運行模式：一是實驗室獨立運行模式，即各實驗室以仿真節(jié)點為單元，每個仿真節(jié)點實現(xiàn)各自獨立的功能，通過信息傳輸管理通用中間件，以一種松耦合方式構(gòu)成仿真試驗系統(tǒng)，實現(xiàn)具體的仿真應(yīng)用；二是多實驗室聯(lián)合運行模式，即各個實驗室的仿真節(jié)點、模擬器、實裝等仿真資源，都作為聯(lián)合運行仿真的基本單元，每個基本單元提供自身的功能，根據(jù)仿真應(yīng)用的需求，靈活配置、組網(wǎng)，構(gòu)建更大規(guī)模的仿真試驗系統(tǒng)，實現(xiàn)具體仿真應(yīng)用；三是內(nèi)外場聯(lián)合運行模式，綜合集成外場資源和實裝設(shè)備接入，開展內(nèi)外場聯(lián)合試驗任務(wù)。

圖3 仿真系統(tǒng)運行模式

3 措施建議

(1)統(tǒng)一仿真系統(tǒng)建設(shè)思想

從仿真系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展的過程來看，技術(shù)問題已經(jīng)不是阻礙仿真系統(tǒng)建設(shè)的首要問題，仿真系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用首當(dāng)其沖是認識問題，不切實統(tǒng)一思想、提高認識，打破部門壁壘，很難達到資源共享的目的。在總體論證過程中，必須著眼武器裝備建設(shè)對仿真試驗提出的新的更高要求，牢固樹立體系建設(shè)思想，采取上下結(jié)合的系統(tǒng)工程方法，從整體和全局高度，對系統(tǒng)建設(shè)各要素、各層次、各階段進行科學(xué)統(tǒng)籌、總體規(guī)劃和優(yōu)化布局，同時考量地方工業(yè)部門已有的仿真試驗基礎(chǔ)，不斷優(yōu)化完善仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，努力提高內(nèi)外場仿真試驗體系的整體效能，堅決避免條塊分割、重復(fù)交叉、資源分散浪費等突出問題。

(2)夯實仿真系統(tǒng)基礎(chǔ)建設(shè)

仿真基礎(chǔ)建設(shè)是裝備體系和技術(shù)體系建設(shè)的重要內(nèi)容，是提升靶場仿真能力的最核心動力。首先，要重視靶場仿真模型積累、開發(fā)和驗證工作。這是一個長期工作，實現(xiàn)渠道是多樣化的，一方面可以通過引進的方式，如一些彈道模型、裝備模型等，同時更注重自主開發(fā)，加強模型建設(shè)的投入，通過自主研制完成如機理、環(huán)境、行為等模型的建立和完善。另外，要加強對標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建立和對基礎(chǔ)資源庫的搭建和充實。

(3)深度挖掘仿真系統(tǒng)潛力

仿真應(yīng)用是靶場仿真能力模型任務(wù)體系的具體實例，是仿真系統(tǒng)建設(shè)效益發(fā)揮的重要體現(xiàn)，也是仿真系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展的牽引。靶場仿真系統(tǒng)除了完成系統(tǒng)本身基本使命任務(wù)的同時，還應(yīng)深度挖掘系統(tǒng)潛力，加強對仿真應(yīng)用的研究，特別是開展以艦艇平臺仿真試驗為代表的仿真應(yīng)用新模式研究，將靶場各單位仿真系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，形成體系級、平臺級仿真模式。

(4)重視自主創(chuàng)新和人才隊伍建設(shè)

在仿真領(lǐng)域，靶場應(yīng)堅持在充分采用、借鑒成熟技術(shù)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，大膽走自主創(chuàng)新之路，在靶場仿真特色領(lǐng)域?qū)で笸黄?，在環(huán)境建模、目標(biāo)特性建模、模型VV&A技術(shù)、集成框架與平臺技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)等方面形成自身的優(yōu)勢，使得靶場仿真技術(shù)體系不斷增強。同時，著力培養(yǎng)一批仿真專業(yè)技術(shù)骨干，在仿真系統(tǒng)建設(shè)過程中，參與核心技術(shù)的研發(fā)，在仿真系統(tǒng)建設(shè)取得成效的同時，形成一支具有靶場特色優(yōu)勢的仿真人才隊伍，為靶場仿真試驗?zāi)芰μ嵘於ㄈ瞬呕A(chǔ)。

(5)完善仿真系統(tǒng)制度機制

仿真系統(tǒng)建設(shè)過程中，應(yīng)相應(yīng)出臺一系列的制度機制和管理辦法，不斷完善仿真管理體系內(nèi)容。包括通用和專用的仿真領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、統(tǒng)一的建模機制、數(shù)據(jù)庫管理機制、聯(lián)合仿真運行管理機制、資源共享機制、質(zhì)量監(jiān)督機制和安全管理機制等。只有制度、機制健全，才能保證整個仿真體系良性規(guī)范發(fā)展，發(fā)揮仿真系統(tǒng)的最大效益。

4 結(jié)束語

仿真系統(tǒng)和仿真體系建設(shè)是一項持續(xù)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須緊跟計算機、網(wǎng)絡(luò)、信息等高新技術(shù)的發(fā)展，并配合先進科學(xué)的管理理念和措施。只有這樣，才能克服仿真系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)用時間長、費用高、見效慢的問題，使得仿真系統(tǒng)建設(shè)緊隨時代步伐持續(xù)發(fā)展。同時，靶場各仿真系統(tǒng)的建設(shè)需要站位更高，目光更遠，各系統(tǒng)既可獨立運行，又可與其他系統(tǒng)無縫銜接，能力聚合，形成“1+1>2”的仿真體系能力，為提高靶場武器裝備試驗鑒定能力服務(wù)。

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