嵌入式仿真訓練系統概述

鮑君瀟　王欽釗　郭傲兵

【摘 要】嵌入式仿真訓練是軍事訓練技術的最新發展趨勢之一，傳統的模擬器和仿真設備已不能滿足打贏技術戰爭的需求。本文闡述了嵌入式仿真的概念、特點、技術原理及系統的關鍵技術，介紹了嵌入式在軍事訓練中的研究成果及發展趨勢。

【關鍵詞】嵌入式仿真訓練系統；關鍵技術；發展動態

中圖分類號： TP391.9 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）30-0163-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.071

Overview of Embedded Simulation Training System

BAO Jun-xiao WANG Qin-zhao GUO Ao-bin

（Army Armored of Armored Forces，Beijing 100072，China）

【Abstract】Embedded simulation training is one of the latest development trends of military training technology. Traditional simulators and simulation equipment can not meet the needs of winning technical wars.This paper describes the concept，characteristics，technical principles and key technologies of embedded simulation system，and introduces the research results and development trend of embedded in military training.

【Key words】Embedded simulation training system；Key technology；Development trend

自20世紀50年代仿真技術發展以來，軍事訓練仿真技術的應用已達到相當規模和水平。訓練模擬設備和軍事模擬系統直接或間接地促進了戰斗力的產生。然而，隨著高科技武器裝備在現代軍事作戰應用的比例不斷增加，完全依靠簡單傳統模擬器的訓練方法已無法滿足高科技武器裝備系統關系復雜、規模龐大的訓練需求。而隨著裝備技術研究的進步，嵌入式仿真訓練的方法可以為以上問題提供新的解決思路。

1 嵌入式仿真訓練簡介

1.1 嵌入式仿真訓練的概念

嵌入式仿真（Embedded Simulation）系統的目的是通過有效、近似實際作戰的模擬訓練，提高部隊作戰人員和武器裝備在現代復雜戰場環境下的作戰能力。在實際應用中，實際設備通常用作物理效果設備，實時模擬計算機系統使用接口設備嵌入到安裝中，以此實現了將虛擬仿真和實時仿真的結合，為使用者提供了較為逼真的訓練環境[1]。

由于嵌入式仿真發展起步較晚，世界軍事領域對嵌入式訓練系統并沒有嚴格的定義，僅進行了定性的描述。通過綜合資料，本文認為具有嵌入式仿真訓練系統所涉及的功能或作用的軍用訓練設備或軍事技術都可稱為嵌入式仿真訓練系統。同時為了對不同功能的嵌入式訓練系統有所區分，進一步細分為完全嵌入式培訓系統、其他嵌入式系統、基于計算機的輔助決策系統、嵌入式幫助系統（專家系統）和一些獨立的系統。雖然嵌入式軍事應用系統種類繁多，但具有以下特點：它可以產生復雜的操作環境，威脅武器系統和戰斗前和戰斗期間應出現在戰場上的一些信息；能夠自動評估培訓結果；向操作員和指揮官提供反饋；能記錄和回放訓練過程。

1.2 嵌入式仿真訓練系統原理

嵌入式仿真系統的系統數據輸入，是通過接收和采集虛擬戰場的實時態勢信息、各類傳感器和武器設備以及作戰指揮命令的多種裝備狀態數據（位置，姿態，速度，航向，油量等）實現的；嵌入式仿真訓練系統接收數據后，即可按訓練計劃進行戰斗對抗仿真，推進實施虛擬作戰進程，生成新的虛擬數據信息再次輸入到實際設備中；實際裝備接收到虛擬作戰進程信息，在武器裝備作戰終端上實時展現當前戰場態勢信息，參訓人員借助虛擬戰場態勢信息，按照相關作戰條例進行作戰操作訓練，至此形成了裝備-虛擬作戰環境-裝備的仿真閉環回路，其系統原理如圖1所示[2]。

1.3 嵌入式仿真訓練系統組成

（1）嵌入式仿真系統的功能模塊

系統為保證功能的完備性和使用的可靠性與便捷性，應具備戰場作戰對抗的基本要素仿真，并滿足作戰訓練組織與實施的基本需求。由此設計的系統功能模塊組成如圖2所示[3]。

（2）嵌入式仿真訓練系統支撐環境

為滿足仿真訓練的功能需求，嵌入式仿真訓練系統在充分考慮作戰人員、作戰裝備和作戰環境仿真實現方法的同時，還需根據作戰訓練的一般過程和需求，具備相應的仿真訓練支撐環境以保證仿真訓練的順利組織與實施，具體組成如圖3所示。

2 嵌入式仿真訓練系統關鍵技術

2.1 嵌入式仿真訓練系統體系結構

嵌入式仿真訓練系統作為整個武器裝備系統架構的重要部分，在開發過程中有三種架構可供選擇：獨立嵌入式仿真系統、集成仿真系統、混合系統。其中介紹獨立嵌入式仿真訓練系統的體系結構，如圖4所示[4]。

2.2 嵌入式仿真訓練系統的互聯、互操作性

隨著武器裝備信息化建設和成體系發展的逐步深入，僅使用單一組織或功能的嵌入式仿真訓練器很難滿足現有武器裝備的訓練需求。因此，大型武器裝備系統通常由不同功能的分布嵌入式裝備仿真器通過既定的標準集結互聯而成。目前廣泛使用的既定標準就是HLA/RTI系統架構標準，如圖5所示。

3 研究成果與發展動態

3.1 外軍的嵌入式訓練系統成果

在21世紀，美國陸軍為其主戰設備開發了嵌入式仿真訓練系統。例如，使用與實裝軟件和硬件均相同數字仿真系統構建M2A3步戰車嵌入式射擊訓練系統；M1A2SEP主戰坦克嵌入式訓練器，可通過經濟、安全的方法完成陸軍坦克乘員的初級操作和作戰運用訓練。由洛克希德馬丁公司開發的主戰坦克嵌入式射擊訓練模擬器將美軍對M1A2SEP坦克在射擊功能的所有現代化更新技術均集成在了嵌入式射擊訓練系統中。在虛擬戰場中的敵方目標可以直接顯示在實裝的主炮瞄準器和車長獨立終端的態勢顯示屏上。與此同時，英國空軍和俄羅斯導彈部隊的研究機構也分別開發了雙座F-16B戰斗機嵌入式仿真訓練系統和C-300A-1、C-300A-2地對空導彈嵌入式訓練系統，以完成大型武器裝備的操作與作戰運用訓練科目。

3.2 我軍對嵌入式仿真訓練系統的探索

我軍非常重視仿真訓練系統在軍事作戰、評估和裝備訓練的應用。例如，在文獻[5]中，完成了現有的坦克和裝甲車輛已經嵌入和修改，以提供仿真訓練系統功能，以提高設備的訓練能力。文獻[6]在不改變現有武器系統內部結構的情況下，從主戰坦克的火炮系統著手進行了嵌入式改造，保證了武器裝備的操作性能和手感，使實裝具備嵌入式射擊訓練的功能。但總體來看，我軍在嵌入式技術的理解與運用確與美、俄等軍事強國存在一定的差距，對于系統的研究還不成體系，需要提高與進步的空間還很大。

3.3 嵌入式仿真訓練系統的發展趨勢

在體系發展和武器裝備信息化、智能化的發展趨勢下，嵌入式仿真訓練系統也主要向以下方向發展：

（1）優化訓練系統整體結構。新型嵌入式訓練系統將綜合集成多種形式的嵌入式仿真訓練功能，形成功能配套、性能匹配的軍兵種模擬系統，適用于裝備研發、驗證和使用的各個階段，避免裝備空擋期的出現。

（2）制定標準、規格統一的硬件和軟件開發規范。在嵌入式仿真系統的研究中，我們將走“一式多變”的發展道路，開發一種便攜、易升級、系統支持互操作的嵌入式仿真系統，避免多次重復建立繁瑣的武器裝備模型。

（3）加強嵌入式仿真訓練系統的評估和反饋技術研究。目前世界各國使用的嵌入式仿真訓練系統并不具備系統反饋和評估功能，只是簡單的完成了模擬裝備作戰操作的過程，沒有從數據層對裝備操作和使用效果進行有針對性的分析與評估，無法從人機結合的角度考察參訓人員的裝備運用水平。

4 總結

嵌入式仿真技術是將仿真技術小型化、可編程化和模塊化后以嵌入式系統的形式嵌入實際裝備系統的一種技術。嵌入式仿真技術可為軍事裝備研發、作戰訓練和作戰運用演示提供高效、經濟、靈活的解決方案。嵌入式仿真訓練系統作為一種創新的訓練方式可以滿足裝備現代化建設在一體化、實戰化方面的要求。

【參考文獻】

[1]張立東，王國宏，曹培謙.嵌入式仿真技術在軍事訓練中的應用[J].航天電子對抗，2010，（06）：61-64.

[2]李偉，李宗毅，翟中敏.嵌入式仿真技術及其在軍事上的應用[J].系統仿真學報，2009，（21）：6968-6971.

[3]樊世友，朱元昌.嵌入式仿真研究[J].計算機仿真，2005，（12）：10-13.

[4]王軍，耿振余.嵌入式仿真技術及其在軍事訓練中的應用研究[J].航空科學技術，2014，（11）：56-60.

[5]趙清華，林學華，孫少斌.坦克嵌入式射擊訓練仿真系統設計與實現[J].指揮控制與仿真，2011，（02）：64-67.

[6]榮明，王春忠，王欽釗，李小龍，黃鑫.坦克嵌入式車場射擊訓練系統仿真技術研究[J].裝甲兵工程學院學報，2008，（06）：11-14+38.