聯合仿真試驗訓練一體化平臺設計

摘要：根據某型飛行器鑒定試驗、模擬訓練、聯合演練的需求，設計完成了一體化的飛行器聯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合完成攻防對抗、演習演練等訓練內容。平臺的架構也可以應用于其它型號武器系統的聯合試驗訓練系統的設計中。

關鍵詞：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

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

本文根據實際需求，針對某型飛行器進行了聯合仿真試驗一體化平臺的結構設計，將數字/半實物仿真系統、模擬訓練系統等通過數據交互支撐平臺與武器系統實裝相聯，進行虛實結合的性能鑒定試驗、聯合仿真試驗、體系對抗試驗以及實戰化訓練，以此來提高部隊聯合作戰能力。

2 現狀

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

國內各相關部門也在聯合打擊、攻防對抗等仿真領域進行了不斷的探索，但是各型號武器系統的聯合仿真試驗訓練能力并不完善，原因主要有一下幾點：（1）現有可用于聯合試驗訓練的數字/半實物飛行器仿真系統的型號覆蓋不全;（2）聯合試驗中，不同平臺間數據交互所需的基礎支撐架構還未能有統一的標準;（3）操作培訓用的模擬訓練系統與飛行器數字/半實物仿真系統之間的聯合程度相對較低;（4）武器系統實裝與飛行器數字/半實物仿真系統之間的聯合試驗訓練還遠未形成規模。

3 設計思路

本文對單型號飛行器系統的仿真試驗訓練平臺進行了總體規劃和設計，設定了典型使用方式，并對本平臺與其它系統平臺進行聯合試驗訓練的模式進行了初步的探討。

從實戰或實戰化訓練的角度分析，一型飛行器從儲運狀態直至擊中目標，需要經過很多步驟，其中主要包括：拆封、測試、封裝、吊裝、運輸、裝填、武器控制、航路規劃、參數裝訂、發射、飛行、突防、命中等。除去吊裝、運輸、裝填等相對通用的專業科目，其它環節的工作流程和內容都是每型飛行器所特有的，要完成相應步驟的訓練任務，就要使用實裝或者對應的仿真、模擬、訓練系統來完成。

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（虛擬現實）或AR（增強現實）等技術手段，建設飛行器測試訓練系統，將能大幅提高訓練水平并降低訓練成本和風險。

武器控制、航路規劃、參數裝訂、發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的交互操作，不具備聯合訓練能力。建立一套與實裝外形和功能都高度一致的模擬訓練系統，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、武器裝載平臺仿真系統、戰場環境感知模擬系統等進行交互，完成裝載平臺級的訓練任務。

飛行器仿真系統一直是系統仿真領域的研究熱點，廣泛應用于飛行器設計、性能測試、導航、制導與控制等系統的研發，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合試驗、聯合訓練需求，而且飛行器的性能考核也離不開仿真試驗，因此對應型號的數字/半實物仿真系統的建設是非常必要的。

為了更好地進行實兵實裝訓練，又出現了在實際戰位上進行模擬訓練、聯合演練的需求，為了提高訓練效果、降低訓練消耗，可以將內場的仿真系統和模擬訓練系統與外場實裝進行聯接，通過數據交互，完成虛實結合的打靶試驗、聯合演練等訓練內容。

最后，各武器系統的試驗訓練平臺不能只完成本型號的試驗訓練任務，還要能夠與其它武器系統、武器系統裝載平臺、編隊指揮、戰場環境模擬、藍軍模擬等實裝或仿真系統進行交互，完成聯合打擊、攻防對抗等試驗訓練內容。

4 總體方案

某型飛行器聯合仿真試驗訓練一體化平臺包括：飛行器測試VR訓練系統、飛行器發射控制模擬訓練系統、飛行器數字/半實物仿真系統、內外場聯合試驗訓練模塊和實戰化聯合試驗訓練模塊。

4.1 飛行器測試VR訓練系統

虛擬現實技術與常規的訓練方式相比較，具有環境逼真，“身臨其境”感強、場景多變、訓練針對性強和安全經濟、可控制性強等特點。這些特點能帶來訓練質和量的大幅提升，以及訓練成本的大幅減少，已經廣泛應用于各軍兵種的單兵單裝訓練、作戰指揮訓練、戰役戰術訓練等各個層次[4]。該系統主要包含試驗測試訓練和維護測試訓練兩種方式，試驗測試訓練系統側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）單項操作規范及測試流程梳理;（3）單兵及協同訓練手段;（4）訓練考核及結果評估。

4.2 飛行器發射控制模擬訓練系統

本系統主要用于操作手上崗培訓和崗位人員訓練，并兼顧聯合仿真和聯合訓練功能，在實裝無法參與的情況下，代替發射控制系統實裝完成相應的動作、模擬相應的流程。模擬的主要內容包括：發射控制臺、航路規劃臺、信息接口設備、供電設備、發射裝置等，及其相應的軟件。系統在單獨使用情況下，還要有飛行器模擬硬件設備或者軟件功能模塊，用于模擬飛行器的自檢、參數裝訂、發射等交互流程。系統的核心要求就是與實裝的一致性，包括設備外形、圖形界面、信息交互流程，如果有設備維護的訓練需求，還要建立相應的線纜、執行結構等必要的硬件模擬設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、導航系統、目標探測系統等的模擬也是必須的，但這部分只需要模擬與本訓練系統相關的數據或語音交互部分。

4.3 飛行器數字/半實物仿真系統

飛行器系統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節，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相對較少，而部分技戰術指標的考核無法通過有限的實裝飛行子樣來完成。利用經過驗證的全數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不足的問題，輔助進行技術指標評定。當飛行器定型列裝后，該數字/半實物仿真系統仍可以用于模擬訓練、聯合打擊、攻防對抗、聯合演練等應用場景。

4.3.1 數字仿真系統

數字仿真系統的核心在于飛行器數學模型，模型的置信度要通過相關的認證，而且要利用實飛數據進行模型的校驗和修正。分布式數字仿真系統通常采用雙網結構，需要強實時運行環境的節點連接反射內存，其它的輔助節點運行在以太網環境中，具體連接示意見圖1。

全數字仿真系統可以調整運算周期，能夠完成大規模的統計仿真。

4.3.2 半實物仿真系統

通常由飛行器的飛行控制計算機、導航、雷達、高度表、舵系統實物，以及轉臺、仿真控制計算機和各種模擬設備組成，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備、高度模擬器、角度模擬器，并生成轉臺姿態控制信號和接收處理實物設備的各種反饋信號等。半實物仿真系統的優勢是利用飛行器上的實物設備，得到的仿真數據更加趨近于飛行試驗數據，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，無法進行大規模的統計仿真。

4.4 內外場聯合試驗訓練模塊

主要用于將內場的仿真系統與外場的實裝進行聯接，完成虛實結合的打靶試驗、聯合演練等訓練內容。內外場聯合試驗訓練模塊主要包括實裝端接口設備、靶場現有通信設備及鏈路、仿真系統端的實裝代理設備等。

利用內外場聯合試驗訓練模塊進行虛實結合的試驗和訓練時，有兩種典型的工作模式。一種是在無實裝飛行器時，通過實裝發射控制系統進行飛行器的準備、航路規劃、參數裝訂及發射訓練，由數字/半實物仿真系統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探測到的實際目標為基礎，由數字/半實物仿真系統的目標特性模擬設備生成多個虛擬的目標，發射前通過內外場聯合試驗訓練模塊注入實裝發射控制等相關系統，發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，此工作模式需要飛行器上有虛擬目標接收設備配合[5]。

4.5 實戰化聯合試驗訓練模塊

用于全系統全要素的試驗和訓練任務，完成聯合打擊、攻防對抗等演習演練任務。該模塊將本型飛行器聯合仿真試驗訓練一體化平臺的其它分系統相聯，共同構成本型飛行器節點，完成本型飛行器的所有模擬及仿真任務，通過實戰化聯合試驗訓練仿真支撐平臺[6]，接入實戰化試驗訓練體系;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，通過聯合訓練實裝通信模塊接入實戰化試驗訓練體系;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也通過各自網關等設備接入實戰化試驗訓練體系。實戰化聯合試驗訓練體系結構如圖3所示。

隨著聯合仿真試驗訓練規模的增大，還需加入藍軍模擬系統、調度中心等重要組成部分。

5 結論

飛行器的聯合試驗仿真訓練能力應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斗力。目前該型飛行器仍處于試驗階段，發射控制模擬訓練系統、數字仿真系統、內外場聯合試驗訓練模塊已經完成初步建設，測試VR訓練系統和實戰化聯合試驗訓練模塊正在籌劃中，相信在后續的各項試驗以及飛行器列裝后的聯合訓練中能夠發揮出較大作用，滿足低成本、高質量的訓練需求，為實戰化訓練、體系對抗試驗等提供有力支撐。

參考文獻

[1]白洪波，李雄偉，張旭光.開展多靶場聯合試驗的思考[J].裝備學院學報，2016，27（3）：126-128.

[2]許雪梅.分布式LVC聯合試驗環境構建[J].遙測遙控，2017，38（4）：58-63.

[3]王成，王會霞.導彈飛行仿真系統可視化設計與實現[J].航天控制，2013，31（1）：62-66.

[4]李會杰，李雅峰，何循來.基于虛擬現實技術的某型導彈仿真訓練系統研究[J].系統仿真學報，2008，20（9）：2323-2324.

[5]孫茂義，肖冰.飛行器多目標選擇虛實合成試驗方法[J].計算機測量與控制，2017，25（3）：237-239.

[6]張高峰，吉玉潔，蔡繼紅.聯合試驗訓練仿真支撐平臺及應用[J].指揮控制與仿真，2020，42（1）：112-117.

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：武器系統總體及系統仿真。