仿真技術在水面艦艇作戰試驗中應用的思考

摘 要：仿真技術是水面艦艇作戰試驗中必不可少的重要技術，美軍對此極為重視，出臺了一系列指導性文件來規范如何將仿真技術應用于作戰試驗。在介紹美軍作戰試驗經驗的基礎上，研討了仿真技術應用于水面艦艇作戰試驗時需要關注的幾個焦點技術，并對技術的特點、應用模式、原理和方法進行了分析，最后提出了仿真技術應用于水面艦艇作戰試驗的初步思路。

關鍵詞：仿真技術；水面艦艇；作戰試驗

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）12-0098-03

Application of Simulation Technology in Surface Warship Operational Test

JI Yujie，WU Liang，LI Honghai

（91336 Troops of PLA，Qinhuangdao 066326，China）

Abstract：Simulation technology is the essential technology in surface ship operational test，US Army has issued a series of guiding documents to standardize how to apply simulation technology in operational test. After the introduction of the US Army experience，several key simulation technologies using in surface ship operational test have been discussed，and the characteristics，application models，principles and methods of the technologies have been analyzed，a primitive idea of simulation technology using in operational test has been offered。

Keywords：simulation technology；surface ship；operational test

0 引 言

作戰試驗要求將武器裝置于接近真實的戰場環境中進行作戰使用性能和作戰適應性的考核[1]。外場試驗環境的構造設置受裝備、場地、經費、保密等因素的影響，很難全面模擬武器裝備可能面臨的戰場環境，而內場仿真在這方面具有較大優勢，可以通過研究對抗兵力的構成、裝備性能和作戰樣式，建立仿真模型，進而形成可與之對抗的虛擬兵力，通過內外場互連的試驗方式，由內場仿真為外場實際參試裝備提供作戰對象，進行聯合試驗；或者在外場試驗的基礎上開展內場獨立實施的補充試驗。

從宏觀角度講，在具體的作戰試驗中，仿真試驗方法在試驗前分析階段，可以利用經過驗證的模型與仿真系統來幫助設計試驗場景、建立試驗環境和預測試驗結果；在試驗和數據管理階段，利用歷史試驗數據的建模與仿真代替對當前被試武器裝備的實際試驗來彌補歷史數據的不足；在試驗后綜合與鑒定階段，利用模型與仿真來處理試驗數據，并利用從試驗中所獲得的數據對武器裝備進行綜合鑒定。

1 仿真技術在美軍作戰試驗中的應用現狀

美軍積極鼓勵將建模仿真作為作戰試驗鑒定活動的關鍵工具，構建作戰試驗仿真環境，開展全系統模擬，節約外場試驗實踐和費用，提高試驗鑒定置信度，并在此方面形成了健全的組織機構和規范化的指南文件。美海軍作戰試驗與鑒定司令指示《建模與仿真在作戰試驗中的應用》，就建模與仿真在作戰試驗中的作用和應用問題進行了規范：確定了如何用建模與仿真來補充研制試驗場景的不足；確定了由誰來執行建模與仿真驗證、核實以及鑒定；確定了可用來補充作戰試驗與鑒定不足的信息源（例如，研制試驗、相關系統的試驗、建模、仿真）；描述了關鍵模型以及它們預期的用途；給出了將用建模與仿真來滿足的作戰試驗目標；確定了所需的數據和計劃進行的鑒定工作[2]。

同時，美海軍在頒布了《在作戰試驗中應用建模與仿真》；美空軍強調《應用建模與仿真技術開展作戰試驗》；美國防部發布了《仿真試驗過程指南》[3，4]。

美軍之所以能在作戰試驗中充分應用建模與仿真，核心是其積累的強大的建模與仿真能力，主要表現在：

（1）模型資源數量大、類型多；

（2）戰場環境仿真要素全、表示規范、標準全面；

（3）支持仿真試驗的基礎設施比較完備；

（4）模型數據可信度高；

（5）管理規范，支持全壽命期的作戰試驗。

充分借鑒美軍建模與仿真技術在作戰試驗中的應用經驗，加強計算機建模與仿真能力建設，形成對作戰試驗的支撐能力，對水面艦艇作戰試驗具有重要意義。

2 仿真技術應用于水面艦艇作戰試驗需要關注的幾個焦點

2.1 作戰試驗方案仿真推演技術

水面艦艇作戰試驗涉及兵力多、對抗性強，試驗保障設備多、數據采集要求高等特點，需要在試驗籌劃階段進行細致分析、統籌考慮和綜合設計，建議構建試驗設計支持系統，基于仿真模型，運用仿真推演方法，為作戰試驗的開展提供有效的工具支撐，服務于試驗想定規劃、兵力構設、評估體系、數據采集要素、評估指標和實施方案協同動作等整個籌劃階段，提高作戰試驗方案設計的統籌性和科學性。

服務的主要方式一是對試驗設計進行合理性檢查，二是動態展示設計的試驗過程。

檢查方案合理性的目的是找出試驗設計失誤，而所有設計失誤都可以分為“不能”和“不該”兩類。“不能”類設計失誤的共同特點是在試驗過程中參試兵力某時刻狀態“不能”與設計中保持一致；“不該”類設計失誤則更多是安全、保密等非技術因素，這類失誤共同特點是設計中參試兵力某時刻狀態“不該”出現。試驗過程動態展示的目的是便于試驗設計人員對試驗方案進行研討優化。

因而，要實現試驗方案合理性檢查和試驗過程動態展示，首先要根據試驗方案推演得到試驗過程中任意時刻參試兵力的狀態參數即推演數據。在此基礎上，對這些狀態參數按照試驗進程進行動態展示，根據任意時刻狀態參數檢查方案合理性。

2.2 艦艇作戰系統建模與仿真技術

作戰試驗貫穿于裝備的全壽命周期，從立項論證開展，通過建模與仿真技術，延續性開展針對艦艇作戰能力的內場仿真評估工作，不斷更新、迭代、校驗作戰系統模型，形成不同階段對艦艇作戰效能進行評估的支撐能力。

艦艇作戰系統建模與仿真主要圍繞在艦艇作戰系統仿真試驗和作戰試驗應用來進行，建模與仿真的層次在工程級和交戰級。工程級主要使用組件級的模型，考察單個部件或子系統的技術性能是否符合設計意圖。交戰級主要使用武器系統級的模型，用于模擬在某個仿真的劇情下某個武器綜合系統與單個或多個敵方威脅交戰，評價武器系統的作戰效能，包括與之相關的戰術和條令。國外的FLAMES軟件等成熟軟件主要針對于這兩個層次，具有較大的借鑒價值。

全面保障艦艇作戰系統仿真試驗和作戰試驗應用，需要首先建立仿真模型譜系，而后逐步填充該譜系，最終形成仿真模型庫。

在水面艦艇作戰試驗中，仿真模型主要用于與海軍實際武器裝備、靶場測控裝備以及物理效應模擬器配合，形成虛擬戰場、虛實合成戰場。在虛擬戰場中，所有影響作戰過程與結果的因素均由仿真模型體現，仿真模型需求覆蓋虛實合成戰場仿真模型需求，可按照構建虛擬戰場進行分析靶場仿真模型需求。

考察水面艦艇作戰過程，可以發現影響作戰過程與結果的因素主要包括：

（1）作戰、試驗、訓練時的天氣、海況、地形、地貌、地物等自然環境以及電磁環境；

（2）敵、我、中立三方的飛機、水面艦艇、潛艇、車輛、衛星等裝備搭載平臺；

（3）敵、我、中立三方的雷達、電子對抗設備、導彈、火炮等裝備；

（4）敵、我、中立三方的各級指揮員和裝備操作員。靶場需要針對這些因素建設相關仿真模型。另外，考慮到試驗方案的推演和需求，還需要對靶場各類試驗訓練專用平臺、專用裝備以及靶場指揮員、裝備操作員進行建模。

艦艇作戰系統模型構建涉及的專業多，難度大，周期長，見效慢。但是一旦建成，對于后續試驗模式的轉型和作戰效能的仿真評估將具有重要意義。后續可依托各項保障條件建設，選擇合適的仿真平臺，綜合集成不同裝備研制單位的專業優勢仿真資源，深化仿真技術在試驗鑒定工作中的作用，支持艦艇平臺級作戰效能的評估，同時可為艦艇編隊區域防空作戰效能評估研究提供數據支撐。

例如，在艦艇自防御效能評估中，可采用功能級與信號級相結合的數字仿真模型與作戰應用軟件集成，建立全系統、全要素的交戰環節，構建全數字仿真綜合試驗環境；采用多參數、大樣本的方法，重點檢查系統頂層和作戰應用軟件中對于單武器使用約束、多武器系統交戰規則、決策規則等的設定是否合理；采集試驗數據，統計分析，評估試驗結果。驗證軟硬武器協同使用決策功能，綜合決策規則設計，主要性能指標設計，重點檢驗邊界條件。

2.3 基于LVC虛實結合的聯合試驗技術

深化LVC技術在艦艇作戰系統試驗中的應用研究，綜合集成靶場現有試訓資源，構建靶場內外融合、虛實結合且覆蓋探測、決策、交戰和評估各個環節的聯合試驗環境，評估作戰系統的作戰效能指標[5，6]。

目前對聯合試驗概念還沒有一個準確的描述。從試驗目的角度對其進行界定，聯合試驗就是檢驗信息化武器裝備體系在聯合作戰條件下作戰效能的試驗活動。聯合試驗強調武器系統成體系的對抗試驗和近似聯合作戰環境下的試驗。體系內所有武器實裝參與聯合試驗，極大地增加了試驗成本和試驗的不確定性，因此，除了被試武器系統，其他實裝可以通過MS技術以虛擬形式加入到被試武器系統試驗環境中；聯合試驗環境的構建是開展信息化武器系統試驗，準確檢驗其作戰效能基礎。在聯合試驗理論框架下，試驗環境需具備如下特點：

（1）為被試信息化武器系統提供完備的作戰系統。信息化武器系統包括多種類型，其應用條件和作用不同，可以通過模擬訓練器、CGF等仿真技術形成一個完備的裝備體系；

（2）為被試裝備提供逼真的試驗環境，包括各種地形條件、氣候條件和電磁場條件等；

（3）為被試裝備提供逼真的對抗兵力。

現有的物理靶場是根據武器裝備技術性能測試的需求而確定的特定物理環境和空間，不具備聯合試驗環境的特點，不能為信息化武器系統試驗提供逼真的試驗環境。

重新建立符合信息化武器裝備體系試驗的靶場可以解決水面艦艇作戰試驗的條件構設問題，但是這樣既耗時又耗財。美軍在聯合試驗靶場建設方面提供了很好的借鑒，即充分利用現有的靶場試驗設施，引入MS技術，通過多種資源的重用、組合、互操作構建一個滿足聯合試驗的試驗環境。

2.4 艦艇作戰試驗評估技術

一般說來，系統評估指的是評估主體對系統在規定的環境和約束條件下，完成規定的作戰指揮、情報處理等功能（一般表現為戰術使用要求）的程度的度量過程，評估的主要內容是系統的能力。通常主要包括以下環節[7]：

（1）明確評估目標和內容，定出系統邊界；

（2）選用仿真評估方法；

（3）確定適合仿真評估的指標體系及評估模型；

（4）構建系統仿真評估環境；

（5）設計系統仿真評估試驗方案；

（6）開展仿真試驗；

（7）利用仿真試驗數據獲得仿真評估結果；

（8）分析和評價仿真評估結果。

其中，最為關鍵的是第一部分，后續都是在此基礎上展開的。

一般來說，對系統的試驗和評估都從靜態描述和動態分析著眼，靜態評估主要側重對系統功能檢查和性能檢驗，即對水面艦艇系統本身的屬性特征的評估；動態評估側重對系統作戰效能評估，重在反應系統完成作戰任務的程度。其中，水面艦艇作戰效能評估主要包括水面艦艇單艦作戰效能評估、艦艇作戰適用性及其在艦艇編組作戰的體系貢獻率三個方面。水面艦艇單艦作戰效能是指水面艦艇在近似實戰的環境中，由典型的作戰人員使用完成特定試驗內容的程度，影響因素包括作戰人員的技術水平、艦艇使用戰術、作戰環境等。艦艇作戰適用性是指在考慮到可靠性、可用性、維修性、人機工程、障性、運輸性、安全性等因素下[8]，水面艦艇能夠令人滿意地投入作戰使用的程度。艦艇編組作戰的體系貢獻率是指在完成水面艦艇單艦單元試驗和體系試驗的基礎上，考慮面向特定戰術、戰役應用目的的情況中水面艦艇在編組完成預定作戰任務或作戰使命的程度。與靜態試驗所具有的評估的環境、條件明確，評估指標和內容方便可測，評估方法選取具體不同，水面艦艇動態試驗中存在著太多的不確定性，艦艇作戰效能、作戰適用性和體系貢獻率都是動態變化的，都不是靜態確定值，它們都隨戰場環境和作戰任務的變化而變化，因此，需要根據不同的試驗需要和應用目標進行動態分析，設計科學的試驗方案，確定評估的層次和指向，在此基礎上，確定需評估的指標、評估方法并最終形成評估模型。

3 結 論

水面艦艇作戰試驗是一項龐大而復雜的系統工程，需要先進技術手段的有效支持。仿真技術從開始籌劃到形成試驗結論的各個階段，都能發揮重要作用。本文只是提出了在水面艦艇作戰試驗中應用仿真技術的總體思路，具體細節還需進一步研究。

參考文獻：

[1] 洛剛，尚娜，胡曉楓，等.國家靶場開展裝備作戰試驗問題研究 [J].裝備學院學報，2013，24（1）；114-118.

[2] 趙繼廣，柯宏發，康麗華，等.武器裝備作戰試驗發展與研究現狀分析 [J].裝備學院學報，2015，26（4）：113-119.

[3] 徐松林.王海哲.美軍武器裝備作戰試驗與鑒定管理體系 [J].國防科技，2015，36（8）：42-47.

[4] 總裝備部科技信息研究中心.美軍武器裝備試驗鑒定的規劃與管理研究 [R]，2007.

[5] 王凱，趙定海，閆耀東，等.武器裝備作戰試驗 [M].北京：國防工業出版社，2012.

[6] 武小悅，劉琦.裝備試驗與評價 [M].北京：國防工業出版社，2008.

[7] 毛少杰，局真奇，李玉萍，等.C4ISR系統仿真實驗技術 [M].北京：軍事科學出版社，2011.

[8] 羅小明，池建軍，周躍.裝備作戰試驗概念設計框架 [J].裝甲兵工程學院學報，2012，26（4）：5-10.

作者簡介：吉玉潔（1984.11-），女，工程師，工學碩士，工學學士學位。主要研究方向：數字仿真。