作戰仿真技術研究與展望

　　摘要：仿真作為用以輔助分析、構建聯系實際系統模型的重要輔助工具得到廣泛應用。研究作戰仿真是一個理論分析與實際應用作戰系統的過程，同時也在于密切結合最新的科技手段提升作戰仿真模擬的真實性。首先，從總體上分析作戰仿真的設計思想，設立合理的模塊及模塊流程；其次，緊密聯系當前最新的科技水平，分析這項技術的研究與進展，就設計的具體模塊建立合理的導彈作戰仿真模型。最后，綜合分析系統，為下一步真實模擬戰場打下良好基礎。
　　關鍵詞：作戰仿真 設計流程 導彈
　　中圖分類號：TJ01文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（b）-0186-02
　　作戰仿真是對軍事領域問題定量分析及優化決策理論和方法的活動。以軍事運籌的實踐活動為研究對象，模擬研究選擇和使用模型進行實驗，對作戰環境和過程進行仿真。
　　在作戰分析應用過程中，注重理論與實際結合探討算法合理性；在作戰建模過程中以指揮信息流圖為基礎，合理構建戰場各個環節模塊；在作戰仿真過程中，注重抽象化簡對象模型，產生出相應軍事領域模型中一系列仿真應用實體共同構建成的體系結構，并以此為基礎組織和開發可復用資源。基于現有作戰仿真理論，設計導彈作戰推演仿真系統，初步驗證總體過程可信度。充分利用系統模型探討軍事規律，促進作戰、訓練和科研等任務完成。
　　1 系統構成與功能設計
　　1.1 通用作戰仿真系統的組成模塊
　　作戰仿真系統依托計算機，力求構造真實世界系統模型，開發相關模塊。系統搭建的復雜體系結構，通常由數據庫模塊、數據處理模塊、視景仿真模塊、信息交互模塊、規則設定模塊、數據接口模塊、系統管理模塊組成。
　　數據庫模塊包括各種對象模型、對象模型數據、場景數據、場景數據結構，著重以優化算法高速處理數據；數據處理模塊由各類算法作為核心處理軟件，依托不同優勢硬件形成整體算法庫的功能；視景仿真模塊是顯示與控制的平臺，顯示并控制二維和三維態勢輸出來表示前兩個模塊的數據；信息交互模塊即在RTI的基礎上，收發集成單兵與網絡數據，達到高速、實時、互通；規則設定模塊是以軍標標準設定各類規則，規范化處理各類數據；數據接口模塊由硬件和軟件兩部分組成，將規則設定產生的數據以小丟包率的方式傳輸到系統管理模塊；系統管理模塊是在統一各種數據的基礎上，有效管理算法達到計算的目的。作戰模塊構成如圖1所示。
　　1.2 導彈作戰實體的功能概述
　　在已設定各個模塊功能的基礎上，仿真導彈作戰系統推演對抗，實現的功能有。
　　（1）導彈攻擊防御模擬功能。
　　包括導彈參數預設和導彈攻擊防御實現，是用戶預先對來襲導彈參數設置，對抗模擬系統實現。
　　（2）導彈戰場環境仿真功能。
　　包括地理環境仿真和電磁環境仿真，結合二維和三維態勢深度建模分析。
　　（3）輔助決策功能。
　　包括輔助決策裝備部署和輔助決策下作戰決心。常用的算法有層次分析法（AHP）、模糊綜合評價法（Fuzzy）、灰色綜合評價法（Gray）等。
　　2 作戰仿真的總體設計
　　作戰仿真系統的總體設計應本著科學、合理，減少詳細設計工作量的態度，面向作戰對象實體設計開發。從初始階段起，完成不同精度作戰仿真和優化試驗，為總體設計提供可靠的性能參數。過程中的軟硬件編程開發實現數據的功能。
　　2.1 作戰系統的開發方式
　　作戰系統開發設計遵循原則有模型驅動、數據流驅動等。其中，模型驅動（MDA）思想適用于系統建模與仿真領域。其架構核心思想具體來說，就是在執行過程中，注重迭代、增量的開發，修正開發過程中的漏洞。MDA由一系列基礎構件支持，可以讀取UML設計模型，通過普適的標準自動生成C++代碼、Java代碼、C#代碼、測試框架、整合代碼、Java對象、.Net對象、部署腳本甚至軟件文檔，而且可以映射到J2EE，.Net，CORBA等平臺。這些代碼的集成編寫，正逐步向面向對象的編程設計發展，并根據對象特征需求選取合適編程語言。
　　2.2 數據庫常用算法
　　數據庫包含對象原型的大量各類數據。當前采用數據挖掘合理的調度，適用數據挖掘的方法有神經網絡、支持向量機和基于樹的分類方法。其中，神經網絡是受人腦原理啟發產生的網絡，支持向量機在分類、回歸和聚類等應用方面性能同前者相差無幾。總體來看，大規模的數據挖掘問題常采用這兩種方法。而樹的分類方法，采用將大數據集分割成小數據集，通過將訓練集置于樹根，并在每個內部結點提問，可以非常簡單的分析樹葉上的數據。
　　2.3 平臺界面
　　平臺界面同模擬推演緊密聯系在一起，是模擬推演的直觀交互。作戰系統的硬件界面設計要考慮人的心理、生理等人類工程學因素，圍繞提高處理速度設計。首先，構建安全的駕駛指揮界面，包括高信息量的顯示，使指揮員能全面掌握作戰各個系統；其次，一個友好并高效的界面，有助于減少指揮員的顧慮，提高工作效率。
　　界面設計分為軟件設計和硬件設計。首先，軟件設計定制通信協議；然后，根據硬件電路書寫硬件驅動程序。軟件交互界面中程序附帶包括報文格式的處理、串并口中斷、信道的查詢和連接及差錯控制等等。硬件交互界面包括信息顯示界面設計、控制界面設計、關于“手”的界面設計。設計采用主從結構：主CPU完成與群主機通信，從CPU完成與各指揮所、觀察所通信，再由主從CPU間并行總線的數據交換來完成主機與下屬計算機的通信。
　　提高效率上，常用數據處理電路DSP、FPGA。其中，FPGA能充分發揮硬件系統并行、高速處理數據的優勢；DSP擅長處理算法復雜，數據處理量相對較小的高層算法。在控制界面和節點設計中，各取兩種電路所長優勢互補，提高系統的實時性。
　　2.4 作戰系統交互設計
　　作戰系統交互設計由高層體系結構（HLA/RTI）依六大管理的特點構成。具體布局是大量的單個網絡節點構成整體網絡通信。單個節點與整體網絡依靠單體武器裝備特性交換信息，充分依靠各種敏感/探測器的輸入信息、各種武器、裝備，發揮控制信息優勢。
　　作戰系統交互設計是以信息交互模塊作為主體，地理信息系統部分功能為框架構成二維和三維的交互顯示界面。不同節點仿真軟件之間的通信可通過地理信息系統的通信模塊間接調用實現。
　　就現階段作戰交互特點，對未來作出展望。
　　（1）人機交互更接近同現實世界的交互操作。
　　（2）人機界面設計下一代是交互的集成方法。
　　（3）虛擬現實技術的應用。
　　3 導彈作戰仿真詳細設計過程
　　詳細開發過程遵循總體設計中的模塊的分類，細化細節流程的分析。流程如圖2所示。
　　3.1 導彈模型的建立
　　導彈模型，由模型描述、模型數據說明、模型算法和屬性描述、運用條件與限制說明、模型關系說明、模型接口描述、模型其他描述組成。
　　導彈模型建立的主要工作是模型算法和屬性描述，模型算法和屬性描述的工作在于闡述運算和確定運行屬性。工作過程中通常簡化研究地面坐標系、彈體坐標系、彈道坐標系、速度坐標系，并研究各個坐標系的建立模式與相互轉化關系確定總體工作過程。
　　在編程中，注重建立對抗環境中導彈系統組成的交互性仿真模塊模型，通過構建仿真平臺驅動模型仿真實驗，獲得導彈系統打擊各類目標仿真值。對復雜導彈控制上，一般采用BTT方法建立對象仿真模型。
　　3.2 指揮控制環節
　　導彈指揮控制包括顯示情況與控制管理。實現該功能，依托視景開發二維、三維作戰仿真顯示與交互，努力推進高逼真、強沉浸，提升指揮中心功能的高效性。
　　二維顯示與控制以地理信息系統GIS遙感的圖像為基底，基于MapX標準組件或相同地圖功能的MapInfoProfessional的圖形開發；三維顯示與控制數據量較多，常由功能數據預處理、模型構建和模型渲染三部分組成。
　　二維與三維指揮與控制交互一體化調控的對象表現在：屬性，包括位置、標圖等的一致性；二維查詢屬性可三維顯示目標情況；當選擇二維顯示范圍時候，可實時顯示該區域的三維場景；在控制方面，二維和三維的效果上存在的一致性。
　　3.3 關鍵技術研究前景
　　現階段，作戰仿真正在理論基礎上不斷完善，朝各個模塊統合到實際操作平臺發展。可以預見的是，作戰仿真系統的集成將實現從獨立集成模式、嵌入集成模式，到無縫集成模式三步走。更高層次的集成不僅有利于研究作戰仿真，同時也將在虛擬地理環境、數字地球等的研究上起到重要的作用。
　　基于總體科技水平，需要盡快解決以下幾項關鍵技術。
　　（1）高分辨率衛星數據的獲取與海量數據的存取技術。
　　（2）網絡數據庫與分布式計算技術。
　　（3）空間數據庫技術。
　　（4）空間數據倉庫與數據挖掘技術。
　　（5）多種數據融合技術。
　　（6）精確三維模擬技術。
　　（7）寬帶網絡技術。
　　4 結論與展望
　　作戰仿真技術是一項緊貼實戰的技術。這項技術的研究與進展，緊密聯系于當前最新的科技水平。在應用中，緊緊抓住軟、硬件部分高效的設計方法，實現作戰系統的基本功能。現階段，大量數據實時傳輸與精確打擊等技術方面存在較大的發展空間，幾方面的不斷發展提升作戰仿真系統高效性。作戰仿真系統良好的整體架構，是打贏未來作戰的良好基礎。
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