海軍靶場仿真體系建設發展構想

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、網絡和建模仿真等技術的飛速發展，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，得到了廣泛應用，并在試驗鑒定領域取得了突破性成果。

美國早在1992年，就開始實施“作戰實驗室計劃”，依托計算機仿真技術建立各種作戰實驗室，同時，廣泛開展了虛擬試驗場(VPG)技術的研究、開發和應用。利用虛擬現實系統，組織軍事訓練、作戰模擬和新式武器開發，并對新的作戰概念、新技術裝備的作戰能力進行評估、檢驗和分析。隨著建模與仿真高層體系結構、聯合先進分布式仿真技術、高性能(分布)計算技術以及網絡技術的日益成熟，靶場、實驗室、建模與仿真設施的綜合利用、互操作等關鍵問題得以解決。為了最大限度地檢驗武器裝備的性能和效能，美國防部設立了FI2010工程，其主要產品是“試驗和訓練使能體系結構”(TENA)[1]，旨在確定未來靶場軟件開發、集成和互操作的總體結構，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，提高系統的互操作性、可重用性及可組合性，使得資源的綜合利用更加標準和高效[2-3]。國內仿真技術成體系、成規模地應用于武器裝備試驗領域，具有代表性的是航空航天領域。航天二院、航天三院、總裝靶場、空軍靶場等單位，建有大量數字、半實物仿真系統，例如，射頻制導導彈半實物仿真系統[4]、電子戰綜合試驗模擬系統[5]、復雜電磁環境下電子對抗數字仿真系統[6]、導彈地面訓練模擬器和武器裝備作戰效能評估系統等，主要用于導彈、電子裝備等的測試、試驗鑒定、方案預估、復雜電磁環境下信息對抗訓練等。

海軍靶場在仿真領域起步較早，持續的科研條件和專項建設投入，使靶場在戰術導彈、艦炮、電子對抗、水中兵器等仿真試驗與評估領域取得了初步建設成果，獲取了一定的建設效益[7-8]。但是，從整個仿真系統建設歷程來看，還存在很多阻礙仿真系統建設良性發展的問題。未來較長一個時期，在海軍轉型發展的大背景下，海軍新型武器裝備建設對試驗鑒定工作將提出新的更高要求，海上靶場建設與發展面臨重要戰略機遇期，裝備體系試驗、作戰試驗、靶場化訓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、部隊訓練研練等軍事任務能力的新的增長點。

1 靶場仿真系統建設存在的主要問題

隨著武器裝備試驗鑒定等任務對仿真需求的不斷增長，靶場仿真系統建設與應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)缺少統一規劃和頂層設計

受任務需求、歷史條件等因素制約，靶場仿真系統建設開始，并沒有在全局和頂層上進行統一規劃設計，沒有形成統一的技術體制和標準規范約束，也未能形成可持續發展的健康機制，導致仿真建設存在體系不健全、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)系統開放性和集成度較低

由于仿真系統建設承研單位較多，仿真系統數據庫資源、模型庫資源、開發平臺和運行環境等可共享資源沒有統一規范，接口協議不統一，有些承研單位以保護知識產權為由不對外開放接口協議，仿真系統如同一個黑匣子，綜合集成較為困難。

(3)部分核心仿真系統功能缺失

戰術導彈、艦炮武器、電子對抗、水中兵器等數字或半實物仿真試驗系統功能還不完善，水中兵器仿真試驗條件剛剛起步，作戰系統仿真試驗、戰略導彈仿真試驗、作戰試驗仿真、仿真試驗推演評估等領域基本上尚屬空白，與實際需求之間存在較大差距。

(4)內外聯合區域聯合的仿真應用有限

各仿真系統建設發展相對獨立，任務單一，還未形成功能齊全、優勢互補的仿真體系；內外場聯合試驗還處在探索階段，武器系統“端到端”試驗尚未實現。

(5)仿真技術基礎研究不夠深入

尚未形成成熟的仿真試驗與評估理論方法體系，缺少對仿真系統技術體制、體系結構、標準規范等技術問題的深入研究，沒有形成可指導仿真系統建設的統一標準規范體系；復雜環境和大目標模型建模能力相對薄弱，在環境建模等特色領域還存在較大差距；缺少系統化、工程化的仿真VV&A理論方法指導，多數仿真應用的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象，直接影響了仿真可信性水平及仿真應用效果。

2 靶場仿真體系建設發展總體架構

靶場仿真體系建設以海軍武器裝備試驗鑒定任務需求為牽引，以解決制約仿真試驗評估能力發展的技術難題為突破，按照優化體系、提升能力、綜合集成、資源共享、夯實基礎、突出特色的基本思路，加強靶場仿真系統的統籌規劃、分步建設和深層應用，逐步建成跨區聯合、內外場結合、試訓研一體的分布式聯合仿真體系，不斷推進靶場核心軍事能力的全面提升。

2.1 建設目標

緊緊圍繞未來海軍裝備試驗鑒定和靶場轉型發展需求，通過統籌規劃、綜合集成和技術創新，基本形成跨區聯合、內外場結合、試訓研一體的分布式聯合仿真體系，基本具備海軍各類武器裝備在復雜環境和邊界條件下仿真試驗鑒定能力。可支持多平臺、多系統、多環境下的仿真設計、推演預估、任務實施和分析評估。在復雜電磁環境、目標特性環境和水聲環境仿真方面形成核心資源優勢，支持與靶場外部資源共用、數據共享，為構建海上“邏輯靶場”奠定基礎。

2.2 總體架構

2.2.1 體系結構

海軍靶場借鑒美軍“邏輯靶場”公共體系結構——試驗與訓練使能體系結構(TENA)[9-10]，建立靶場公共體系結構參考模型，仿真系統的規劃建設應按照該體系結構參考模型完成，如圖1所示。虛框內容為靶場試驗專網和公共信息基礎支撐平臺，是參考模型的核心，仿真資源層中各種實裝、半實物以及全數字仿真系統等獨立的仿真資源，通過該基礎支撐平臺中的信息傳輸管理中間件實現信息共享、資源共用和系統的互聯互通互操作，完成試驗、訓練、科研“三位一體”的靶場應用，仿真系統建設和應用過程中產生的各種數據資源存儲到公共信息基礎支撐平臺的數據檔案庫，各種仿真資源以對象模型的形式存儲在公共信息基礎支撐平臺的資源倉庫中。對于異構的外網資源，通過網關形式，實現信息共享、資源共用和系統的互聯、互通、互操作。

圖1 靶場公共體系結構模型

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、技術層、應用層三個核心層和一個管理層。資源層、技術層、應用層三個維度構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展，只有三個維度的能力共同發展，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域建設的基礎層，涵蓋了所有軟硬件、數據、模型等資源。應用層在資源層的基礎之上，充分利用資源層的各種資源，完成各種仿真應用，包括仿真試驗、推演預估、訓練研練等。資源建設和仿真應用的每個環節都離不開技術和管理的支撐、規范和制約作用，技術層和管理層貫穿于仿真資源建設和仿真應用全過程，通過不斷突破仿真技術難點和完善管理體系，使得仿真系統建設良性發展，仿真應用效益最大發揮。

2.2.3 發展內容與方向

按照仿真能力模型中資源層、技術層和管理層三個方面，規劃靶場仿真領域發展內容及方向。資源層主要包括“1+8”實驗室：建設1個聯合試驗評估實驗室，具備基礎服務、公共資源，以及聯合仿真試驗導演、組織、運行管理、推演驗證能力，具備與海軍、總部等相關實驗室聯合試驗和研究的信息接口；異地分布建設戰術導彈試驗評估實驗室、艦炮武器系統試驗評估實驗室、艦載綜合導航裝備試驗評估實驗室、潛射導彈試驗評估實驗室、海軍電子信息裝備試驗評估實驗室、水面艦艇作戰系統試驗評估實驗室、水下戰試驗評估實驗室和水中爆炸毀傷試驗評估實驗室等8個實驗室以及相應的任務應用系統。技術層主要包括：仿真理論與建模、仿真系統與支撐平臺、仿真應用等技術研究。管理層主要包括：完善仿真標準體系、優化仿真聯合試驗運行管理、強化制度機制建設和仿真系統安全管理建設等。

資源層“1+8”實驗室的建設內容突出領域特色及資源共享，避免重復建設和仿真領域能力空白，各實驗室發展的專業領域和方向如表1所示。

“1+8”實驗室體系實現了海軍武器裝備仿真試驗體系各層次(裝備、系統、平臺、體系)在邏輯上和物理上的合成表達，體現了體系平臺統一、共性資源統籌、個性專業深化、應用模式多樣的設計思想，是未來構建“邏輯靶場”的重要支撐。

表1 專業領域和方向

序號實驗室名稱專業領域目標模擬環境模擬1聯合試驗評估實驗室體系平臺級試驗評估多區域聯合試驗評估公用軟件、平臺及服務海軍、總部等聯合仿真2戰術導彈試驗評估實驗室戰術導彈仿真試驗評估戰術導彈火控系統仿真試驗評估戰術導彈毀傷效果評估水面空中目標模擬水面環境模擬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艦載綜合導航裝備試驗評估實驗室導航裝備仿真試驗評估導航信息模擬5潛射導彈試驗評估實驗室潛射戰略導彈仿真試驗評估潛射戰術導彈仿真試驗評估潛射導彈毀傷效果評估水下環境模擬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引頭仿真試驗評估電子對抗效果評估復雜電磁環境模擬7水面艦艇作戰系統試驗評估實驗室水面艦艇作戰系統仿真試驗評估水面艦艇平臺模擬8水下戰試驗評估實驗室水中兵器仿真試驗評估潛艇作戰系統仿真試驗評估水聲對抗仿真試驗評估水下目標模擬水聲(對抗)環境模擬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

聯合試驗評估實驗室的建設基于“共建、共享、共用”的模式。一是提供信息服務、計算服務等基礎服務；二是可以作為一個核心平臺，支撐平臺級、體系級的跨區應用；三是作為實驗室體系的“引擎”，推進靶場聯合仿真資源的共享重用；四是支持與軍內或工業部門仿真系統互聯。

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

2.2.4 運行模式

如圖3所示，仿真各節點資源(具備獨立功能的系統、子系統等)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點為單元，每個仿真節點實現各自獨立的功能，通過信息傳輸管理通用中間件，以一種松耦合方式構成仿真試驗系統，實現具體的仿真應用；二是多實驗室聯合運行模式，即各個實驗室的仿真節點、模擬器、實裝等仿真資源，都作為聯合運行仿真的基本單元，每個基本單元提供自身的功能，根據仿真應用的需求，靈活配置、組網，構建更大規模的仿真試驗系統，實現具體仿真應用；三是內外場聯合運行模式，綜合集成外場資源和實裝設備接入，開展內外場聯合試驗任務。

圖3 仿真系統運行模式

3 措施建議

(1)統一仿真系統建設思想

從仿真系統建設發展的過程來看，技術問題已經不是阻礙仿真系統建設的首要問題，仿真系統建設及應用首當其沖是認識問題，不切實統一思想、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對仿真試驗提出的新的更高要求，牢固樹立體系建設思想，采取上下結合的系統工程方法，從整體和全局高度，對系統建設各要素、各層次、各階段進行科學統籌、總體規劃和優化布局，同時考量地方工業部門已有的仿真試驗基礎，不斷優化完善仿真系統的體系結構，努力提高內外場仿真試驗體系的整體效能，堅決避免條塊分割、重復交叉、資源分散浪費等突出問題。

(2)夯實仿真系統基礎建設

仿真基礎建設是裝備體系和技術體系建設的重要內容，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、開發和驗證工作。這是一個長期工作，實現渠道是多樣化的，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，加強模型建設的投入，通過自主研制完成如機理、環境、行為等模型的建立和完善。另外，要加強對標準規范的建立和對基礎資源庫的搭建和充實。

(3)深度挖掘仿真系統潛力

仿真應用是靶場仿真能力模型任務體系的具體實例，是仿真系統建設效益發揮的重要體現，也是仿真系統建設發展的牽引。靶場仿真系統除了完成系統本身基本使命任務的同時，還應深度挖掘系統潛力，加強對仿真應用的研究，特別是開展以艦艇平臺仿真試驗為代表的仿真應用新模式研究，將靶場各單位仿真系統聯網，形成體系級、平臺級仿真模式。

(4)重視自主創新和人才隊伍建設

在仿真領域，靶場應堅持在充分采用、借鑒成熟技術經驗的基礎上，大膽走自主創新之路，在靶場仿真特色領域尋求突破，在環境建模、目標特性建模、模型VV&A技術、集成框架與平臺技術和虛擬現實技術等方面形成自身的優勢，使得靶場仿真技術體系不斷增強。同時，著力培養一批仿真專業技術骨干，在仿真系統建設過程中，參與核心技術的研發，在仿真系統建設取得成效的同時，形成一支具有靶場特色優勢的仿真人才隊伍，為靶場仿真試驗能力提升奠定人才基礎。

(5)完善仿真系統制度機制

仿真系統建設過程中，應相應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容。包括通用和專用的仿真領域標準規范、統一的建模機制、數據庫管理機制、聯合仿真運行管理機制、資源共享機制、質量監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范發展，發揮仿真系統的最大效益。

4 結束語

仿真系統和仿真體系建設是一項持續復雜的系統工程，必須緊跟計算機、網絡、信息等高新技術的發展，并配合先進科學的管理理念和措施。只有這樣，才能克服仿真系統建設應用時間長、費用高、見效慢的問題，使得仿真系統建設緊隨時代步伐持續發展。同時，靶場各仿真系統的建設需要站位更高，目光更遠，各系統既可獨立運行，又可與其他系統無縫銜接，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。

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