摘要：根據(jù)某型飛行器鑒定試驗、模擬訓練、聯(lián)合演練的需求，設(shè)計完成了一體化的飛行器聯(lián)合仿真試驗訓練平臺，飛行器依托各自的平臺，可與其它各型飛行器、艦艇、飛機、岸導等裝備的平臺聯(lián)合完成攻防對抗、演習演練等訓練內(nèi)容。平臺的架構(gòu)也可以應(yīng)用于其它型號武器系統(tǒng)的聯(lián)合試驗訓練系統(tǒng)的設(shè)計中。

關(guān)鍵詞：仿真;訓練;一體化

中圖分類號：E23 ? 文獻標識碼：A ?文章編號：1007-9416（2020）06-0000-00

1 背景

未來戰(zhàn)爭是信息化戰(zhàn)爭，考驗的是聯(lián)合作戰(zhàn)能力[1]，在軍事斗爭準備過程中，一方面要通過實戰(zhàn)化訓練、聯(lián)戰(zhàn)聯(lián)訓，增強軍兵種協(xié)同作戰(zhàn)能力，培養(yǎng)高素質(zhì)的軍事人才;另一方面要加強實戰(zhàn)化條件下的武器裝備體系的作戰(zhàn)能力試驗。實戰(zhàn)化訓練要求的是全系統(tǒng)全要素的聯(lián)合訓練，武器裝備的作戰(zhàn)能力考核是需要在體系對抗的基礎(chǔ)上進行的，這些都要求武器裝備系統(tǒng)不能獨立的出現(xiàn)在試驗或訓練中，武器裝備系統(tǒng)在立項過程中就要考慮聯(lián)合試驗、實戰(zhàn)化訓練的相關(guān)事宜。演習演練是進行實戰(zhàn)化訓練、考核作戰(zhàn)能力最有效的方式，但是其組織難度大、投入成本高，使其不能成為常態(tài)化的訓練和考核手段。

本文根據(jù)實際需求，針對某型飛行器進行了聯(lián)合仿真試驗一體化平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計，將數(shù)字/半實物仿真系統(tǒng)、模擬訓練系統(tǒng)等通過數(shù)據(jù)交互支撐平臺與武器系統(tǒng)實裝相聯(lián)，進行虛實結(jié)合的性能鑒定試驗、聯(lián)合仿真試驗、體系對抗試驗以及實戰(zhàn)化訓練，以此來提高部隊聯(lián)合作戰(zhàn)能力。

2 現(xiàn)狀

目前美軍的聯(lián)合試驗訓練的各種標準已經(jīng)比較完善，如：ADS（先進分布仿真）、HLA（高層體系結(jié)構(gòu)）、TENA（試驗與訓練使能體系結(jié)構(gòu)）等，各種訓練系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)和實裝參與的聯(lián)合試驗系統(tǒng)也大規(guī)模投入使用[2]。

國內(nèi)各相關(guān)部門也在聯(lián)合打擊、攻防對抗等仿真領(lǐng)域進行了不斷的探索，但是各型號武器系統(tǒng)的聯(lián)合仿真試驗訓練能力并不完善，原因主要有一下幾點：（1）現(xiàn)有可用于聯(lián)合試驗訓練的數(shù)字/半實物飛行器仿真系統(tǒng)的型號覆蓋不全;（2）聯(lián)合試驗中，不同平臺間數(shù)據(jù)交互所需的基礎(chǔ)支撐架構(gòu)還未能有統(tǒng)一的標準;（3）操作培訓用的模擬訓練系統(tǒng)與飛行器數(shù)字/半實物仿真系統(tǒng)之間的聯(lián)合程度相對較低;（4）武器系統(tǒng)實裝與飛行器數(shù)字/半實物仿真系統(tǒng)之間的聯(lián)合試驗訓練還遠未形成規(guī)模。

3 設(shè)計思路

本文對單型號飛行器系統(tǒng)的仿真試驗訓練平臺進行了總體規(guī)劃和設(shè)計，設(shè)定了典型使用方式，并對本平臺與其它系統(tǒng)平臺進行聯(lián)合試驗訓練的模式進行了初步的探討。

從實戰(zhàn)或?qū)崙?zhàn)化訓練的角度分析，一型飛行器從儲運狀態(tài)直至擊中目標，需要經(jīng)過很多步驟，其中主要包括：拆封、測試、封裝、吊裝、運輸、裝填、武器控制、航路規(guī)劃、參數(shù)裝訂、發(fā)射、飛行、突防、命中等。除去吊裝、運輸、裝填等相對通用的專業(yè)科目，其它環(huán)節(jié)的工作流程和內(nèi)容都是每型飛行器所特有的，要完成相應(yīng)步驟的訓練任務(wù)，就要使用實裝或者對應(yīng)的仿真、模擬、訓練系統(tǒng)來完成。

飛行器的拆封、測試、封裝過程主要在飛行試驗前的飛行器準備或地面維護工作中進行。由于實裝訓練存在成本高、風險大等問題，因此訓練方式通常采用實物操作講解、多媒體教學等方式，極大降低了訓練覆蓋度和訓練效果。采用VR（虛擬現(xiàn)實）或AR（增強現(xiàn)實）等技術(shù)手段，建設(shè)飛行器測試訓練系統(tǒng)，將能大幅提高訓練水平并降低訓練成本和風險。

武器控制、航路規(guī)劃、參數(shù)裝訂、發(fā)射等過程是在武器裝載平臺上完成的，其武器控制軟件基本都有訓練模式，但是上崗前的培訓不可能直接使用實裝，而且該訓練模式無法完成與其它系統(tǒng)的交互操作，不具備聯(lián)合訓練能力。建立一套與實裝外形和功能都高度一致的模擬訓練系統(tǒng)，使其不僅能夠完成崗位人員的操管培訓，還能夠與飛行器飛行仿真系統(tǒng)、武器裝載平臺仿真系統(tǒng)、戰(zhàn)場環(huán)境感知模擬系統(tǒng)等進行交互，完成裝載平臺級的訓練任務(wù)。

飛行器仿真系統(tǒng)一直是系統(tǒng)仿真領(lǐng)域的研究熱點，廣泛應(yīng)用于飛行器設(shè)計、性能測試、導航、制導與控制等系統(tǒng)的研發(fā)，已成為我國軍事訓練、高校院所教學與研究的重要方向[3]。真實飛行器的飛行、突防、命中等過程僅在性能試驗、批檢試驗、演習演練等具有少量的子樣，根本無法滿足日益增長的聯(lián)合試驗、聯(lián)合訓練需求，而且飛行器的性能考核也離不開仿真試驗，因此對應(yīng)型號的數(shù)字/半實物仿真系統(tǒng)的建設(shè)是非常必要的。

為了更好地進行實兵實裝訓練，又出現(xiàn)了在實際戰(zhàn)位上進行模擬訓練、聯(lián)合演練的需求，為了提高訓練效果、降低訓練消耗，可以將內(nèi)場的仿真系統(tǒng)和模擬訓練系統(tǒng)與外場實裝進行聯(lián)接，通過數(shù)據(jù)交互，完成虛實結(jié)合的打靶試驗、聯(lián)合演練等訓練內(nèi)容。

最后，各武器系統(tǒng)的試驗訓練平臺不能只完成本型號的試驗訓練任務(wù)，還要能夠與其它武器系統(tǒng)、武器系統(tǒng)裝載平臺、編隊指揮、戰(zhàn)場環(huán)境模擬、藍軍模擬等實裝或仿真系統(tǒng)進行交互，完成聯(lián)合打擊、攻防對抗等試驗訓練內(nèi)容。

4 總體方案

某型飛行器聯(lián)合仿真試驗訓練一體化平臺包括：飛行器測試VR訓練系統(tǒng)、飛行器發(fā)射控制模擬訓練系統(tǒng)、飛行器數(shù)字/半實物仿真系統(tǒng)、內(nèi)外場聯(lián)合試驗訓練模塊和實戰(zhàn)化聯(lián)合試驗訓練模塊。

4.1 飛行器測試VR訓練系統(tǒng)

虛擬現(xiàn)實技術(shù)與常規(guī)的訓練方式相比較，具有環(huán)境逼真，“身臨其境”感強、場景多變、訓練針對性強和安全經(jīng)濟、可控制性強等特點。這些特點能帶來訓練質(zhì)和量的大幅提升，以及訓練成本的大幅減少，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各軍兵種的單兵單裝訓練、作戰(zhàn)指揮訓練、戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)訓練等各個層次[4]。該系統(tǒng)主要包含試驗測試訓練和維護測試訓練兩種方式，試驗測試訓練系統(tǒng)側(cè)重于各種飛行試驗準備過程的崗位人員培訓，維護測試訓練則側(cè)重于庫存飛行器使用前的維護測試培訓，前者的訓練工作量相對大一些，但是核心的內(nèi)容基本一致，都需要具備如下要素：（1）趨近于真實的三維模型;（2）單項操作規(guī)范及測試流程梳理;（3）單兵及協(xié)同訓練手段;（4）訓練考核及結(jié)果評估。

4.2 飛行器發(fā)射控制模擬訓練系統(tǒng)

本系統(tǒng)主要用于操作手上崗培訓和崗位人員訓練，并兼顧聯(lián)合仿真和聯(lián)合訓練功能，在實裝無法參與的情況下，代替發(fā)射控制系統(tǒng)實裝完成相應(yīng)的動作、模擬相應(yīng)的流程。模擬的主要內(nèi)容包括：發(fā)射控制臺、航路規(guī)劃臺、信息接口設(shè)備、供電設(shè)備、發(fā)射裝置等，及其相應(yīng)的軟件。系統(tǒng)在單獨使用情況下，還要有飛行器模擬硬件設(shè)備或者軟件功能模塊，用于模擬飛行器的自檢、參數(shù)裝訂、發(fā)射等交互流程。系統(tǒng)的核心要求就是與實裝的一致性，包括設(shè)備外形、圖形界面、信息交互流程，如果有設(shè)備維護的訓練需求，還要建立相應(yīng)的線纜、執(zhí)行結(jié)構(gòu)等必要的硬件模擬設(shè)備以及故障模擬模塊。通常情況下，裝載平臺上的指揮控制系統(tǒng)、導航系統(tǒng)、目標探測系統(tǒng)等的模擬也是必須的，但這部分只需要模擬與本訓練系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)或語音交互部分。

4.3 飛行器數(shù)字/半實物仿真系統(tǒng)

飛行器系統(tǒng)的研制過程中必須進行一系列的指標考核試驗，實裝飛行試驗是必不可少的環(huán)節(jié)，但是受制于組織難度大、試驗成本高等問題，實裝飛行試驗的次數(shù)相對較少，而部分技戰(zhàn)術(shù)指標的考核無法通過有限的實裝飛行子樣來完成。利用經(jīng)過驗證的全數(shù)字模型或部分核心器件進行的仿真試驗，可以有效的彌補子樣數(shù)不足的問題，輔助進行技術(shù)指標評定。當飛行器定型列裝后，該數(shù)字/半實物仿真系統(tǒng)仍可以用于模擬訓練、聯(lián)合打擊、攻防對抗、聯(lián)合演練等應(yīng)用場景。

4.3.1 數(shù)字仿真系統(tǒng)

數(shù)字仿真系統(tǒng)的核心在于飛行器數(shù)學模型，模型的置信度要通過相關(guān)的認證，而且要利用實飛數(shù)據(jù)進行模型的校驗和修正。分布式數(shù)字仿真系統(tǒng)通常采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，需要強實時運行環(huán)境的節(jié)點連接反射內(nèi)存，其它的輔助節(jié)點運行在以太網(wǎng)環(huán)境中，具體連接示意見圖1。

全數(shù)字仿真系統(tǒng)可以調(diào)整運算周期，能夠完成大規(guī)模的統(tǒng)計仿真。

4.3.2 半實物仿真系統(tǒng)

通常由飛行器的飛行控制計算機、導航、雷達、高度表、舵系統(tǒng)實物，以及轉(zhuǎn)臺、仿真控制計算機和各種模擬設(shè)備組成，具體連接形式參見圖2。

仿真控制計算機負責仿真流程控制，以及控制目標模擬設(shè)備、高度模擬器、角度模擬器，并生成轉(zhuǎn)臺姿態(tài)控制信號和接收處理實物設(shè)備的各種反饋信號等。半實物仿真系統(tǒng)的優(yōu)勢是利用飛行器上的實物設(shè)備，得到的仿真數(shù)據(jù)更加趨近于飛行試驗數(shù)據(jù)，但是它運行在實時模式下，仿真試驗與實際飛行的時間基本相同，無法進行大規(guī)模的統(tǒng)計仿真。

4.4 內(nèi)外場聯(lián)合試驗訓練模塊

主要用于將內(nèi)場的仿真系統(tǒng)與外場的實裝進行聯(lián)接，完成虛實結(jié)合的打靶試驗、聯(lián)合演練等訓練內(nèi)容。內(nèi)外場聯(lián)合試驗訓練模塊主要包括實裝端接口設(shè)備、靶場現(xiàn)有通信設(shè)備及鏈路、仿真系統(tǒng)端的實裝代理設(shè)備等。

利用內(nèi)外場聯(lián)合試驗訓練模塊進行虛實結(jié)合的試驗和訓練時，有兩種典型的工作模式。一種是在無實裝飛行器時，通過實裝發(fā)射控制系統(tǒng)進行飛行器的準備、航路規(guī)劃、參數(shù)裝訂及發(fā)射訓練，由數(shù)字/半實物仿真系統(tǒng)完成飛行器準備過程中的各種反饋以及飛行仿真計算;另一種是在飛行器實裝飛行試驗中，以飛行器裝載平臺目標感知系統(tǒng)探測到的實際目標為基礎(chǔ)，由數(shù)字/半實物仿真系統(tǒng)的目標特性模擬設(shè)備生成多個虛擬的目標，發(fā)射前通過內(nèi)外場聯(lián)合試驗訓練模塊注入實裝發(fā)射控制等相關(guān)系統(tǒng)，發(fā)射后通過上行通信鏈路傳送給飛行器實裝，完成多目標選擇等指標考核試驗或演習任務(wù)，此工作模式需要飛行器上有虛擬目標接收設(shè)備配合[5]。

4.5 實戰(zhàn)化聯(lián)合試驗訓練模塊

用于全系統(tǒng)全要素的試驗和訓練任務(wù)，完成聯(lián)合打擊、攻防對抗等演習演練任務(wù)。該模塊將本型飛行器聯(lián)合仿真試驗訓練一體化平臺的其它分系統(tǒng)相聯(lián)，共同構(gòu)成本型飛行器節(jié)點，完成本型飛行器的所有模擬及仿真任務(wù)，通過實戰(zhàn)化聯(lián)合試驗訓練仿真支撐平臺[6]，接入實戰(zhàn)化試驗訓練體系;各個參與試驗和訓練的實裝飛行器裝載平臺需要加裝嵌入式訓練模塊，通過聯(lián)合訓練實裝通信模塊接入實戰(zhàn)化試驗訓練體系;其它型號飛行器的一體化平臺和獨立的仿真或模擬訓練系統(tǒng)也通過各自網(wǎng)關(guān)等設(shè)備接入實戰(zhàn)化試驗訓練體系。實戰(zhàn)化聯(lián)合試驗訓練體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

隨著聯(lián)合仿真試驗訓練規(guī)模的增大，還需加入藍軍模擬系統(tǒng)、調(diào)度中心等重要組成部分。

5 結(jié)論

飛行器的聯(lián)合試驗仿真訓練能力應(yīng)該在型號立項開始時就著手準備，隨著型號試驗過程不斷完善，與型號飛行器共同形成戰(zhàn)斗力。目前該型飛行器仍處于試驗階段，發(fā)射控制模擬訓練系統(tǒng)、數(shù)字仿真系統(tǒng)、內(nèi)外場聯(lián)合試驗訓練模塊已經(jīng)完成初步建設(shè)，測試VR訓練系統(tǒng)和實戰(zhàn)化聯(lián)合試驗訓練模塊正在籌劃中，相信在后續(xù)的各項試驗以及飛行器列裝后的聯(lián)合訓練中能夠發(fā)揮出較大作用，滿足低成本、高質(zhì)量的訓練需求，為實戰(zhàn)化訓練、體系對抗試驗等提供有力支撐。

參考文獻

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收稿日期：2020-05-15

作者簡介：杜鵬（1977—），男，黑龍江哈爾濱人，碩士，高級工程師，研究方向：武器系統(tǒng)總體及系統(tǒng)仿真。