基于LVC的水面艦艇作戰試驗環境構設研究?

徐 強 金振中 楊繼坤

（1.海軍航空大學岸防兵學院 煙臺 264001）（2.92493部隊 葫蘆島 125000）

1 引言

水面艦艇作戰試驗要求被試艦艇在近似于實戰的、逼真的試驗環境中進行考核，全面摸清艦艇裝備實戰效能、體系融合度和貢獻率等綜合效能底數［1］。由于當前靶場試驗設施大多是圍繞武器類別為中心建設的，更多關注裝備單武器系統與單一性戰技指標，受到靶場環境構設能力、靶標模擬真實性、試驗經費周期等諸多方面的影響，難以充分考核艦艇平臺等體系級裝備全系統、全流程作戰能力［2～3］。近年來，隨著建模與仿真（M&S）試驗技術的不斷提高，大規模消耗性試驗、高危險性試驗、邊界極限性能考核試驗等試驗鑒定，向著虛實合成方向發展［4～8］，本文提出一種基于 LVC 資源集成技術的內外場聯合試驗環境構設方法，可將外場實裝資源、半實物仿真資源、內場數字仿真資源與水面艦艇作戰系統互聯，構建由艦艇平臺、作戰系統、仿真系統、威脅目標組成的多要素、跨地域的聯合試驗環境，并按照“作戰的方式進行試驗”設計試驗初步方案，解決水面艦艇作戰試驗考核不充分性問題。

2 水面艦艇作戰試驗環境構建

2.1 LVC資源集成技術

為規劃下一代分布式仿真體系結構的發展，美軍聯合兵力司令部于2007年提出真實（Live）—虛擬（Virtual）—構造（Constructive）仿真體系結構路線圖［9～11］，其目的是實現各種異構試驗系統資源的無縫集成與融合，以實現可融合多體系結構的一體化聯合試驗。真實仿真（L）是指現實的作戰人員操作真實的武器裝備，虛擬仿真（V）是指現實的作戰人員操作裝備模擬器等設備，構造仿真（C）是指數字仿真技術，可使計算機程序生成大規模、高消耗的虛擬戰場，模擬敵人操作敵方武器裝備與我方進行對抗的場景，以增加試驗時的戰場環境真實性［12～13］。LVC組成示意圖如圖1所示。

圖1 VC技術組成示意圖

2.2 環境構設原理

本文以某型水面艦艇單艦綜合防空作戰想定為應用背景，為解決水面艦艇作戰指標無法充分考核難題，采用基于邏輯靶場的LVC的資源集成技術的內外場聯合試驗環境構設方法，綜合利用實裝適配器、網絡接口單元、仿真代理和網關等資源封裝技術，搭建聯合試驗支撐平臺，構建聯合試驗系統，通過傳輸網絡，整合地理位置分散的實裝、高置信度的實裝模擬器、半實物仿真系統、威脅環境模擬系統等試驗資源，構建貼近實戰的、逼真的威脅場景，開展低成本、可重復的內外場聯合作戰試驗，采用人在回路和關鍵設備在回路的“虛擬打靶∕仿真交戰”形式模擬作戰過程，可在安全可控的工程環境下實時、動態、定量考核評估艦艇作戰能力。原理示意圖如圖2所示。

如圖2所示，水面艦艇作戰試驗環境構設依托一個由多種網絡充分互連的分布式綜合集成的聯合試驗支撐平臺，包括試驗任務想定、方案設計、支撐環境、運行控制、數據錄取、分析評估等系統或設施，綜合集成各種LVC試驗資源，用于模擬艦艇綜合防空作戰威脅環境要素以及紅藍雙方各種裝備、系統、人員及其交互關系。被試艦艇平臺采用真實艦艇接入試驗系統，具備完整的指揮控制及作戰系統，以人在回路的方式模擬虛實合成作戰過程。艦艇平臺實裝適配器分為岸上部分及艦上部分，二者之間通過專用無線IP網互聯，艦上部分主要用于接收處理艦艇平臺上各類裝備工作狀態及參數信息，如艦艇實時姿態、速度、位置，電子對抗參數指令等；岸上部分接收分發艦艇信息及激活后端的“模擬交戰”。

圖2 LVC資源集成的水面艦艇作戰試驗環境原理圖

2.3 試驗資源組成

某型水面艦艇綜合防空作戰試驗環境本質是由多分系統和設備組成的復雜系統，試驗資源包含被試裝備與陪試裝備，其中被試裝備主要有警戒探測裝備、指揮控制裝備、末端交戰武器裝備，陪試裝備主要有靶標裝備、敵電磁干擾設備、數據服務系統等，對主要參試裝備按照實物（L）、虛擬（V），構造（C）等要素進行分類，如表1所示。

表1 試驗資源組成類別劃分表

表1中警戒探測裝備既可以實裝在回路形式接入聯合試驗平臺也可以數字模擬器形式接入聯合試驗平臺；艦載指控系統既可以實裝在回路形式接入聯合試驗平臺也可以高置信度的模擬器形式接入聯合試驗平臺，實裝接入與模擬器接入的接口適配器稍有不同，適配器應是可配置的接口設備，最終形式應由艦艇平臺接入聯合試驗系統方式確定。上述各LVC資源的綜合集成不是簡單的、一成不變的“相加”，而是基于模擬能力的組合、重用和互操作對各類資源的按需集成，其仿真模擬能力應具有專業性、權威性、逼真性和有效性，因此試驗系統中各要素優先選擇實裝，其次選用射頻信號級的高置信度實裝模擬器，最后選用經過嚴格VV&A過程控制的數學模型。

3 試驗方案初步設計

3.1 試驗目的

1）檢驗作戰試驗條件下的艦艇指揮控制、信息采集與數據交互能力；

2）在典型作戰想定下的艦艇綜合防空反導能力；

3）內外場聯合試驗的結果一致性比對。

3.2 初步試驗方案

位于陸上A地的半實物仿真系統模擬藍方一枚反艦導彈攻擊紅方被試艦艇，并通過陪試艦上的艦載一體化雷達∕電子對抗功能系統海基目標模擬系統以空饋方式給被試艦目標激勵。艦面防空軟武器（電子對抗系統）和硬武器（導彈、艦炮）協同抗擊來襲目標。具體步驟如下所述。

1）紅方被試艦艇按預設航路進入N海域，艦載警戒探測雷達、電子對抗系統、中遠程防空導彈武控系統、末端防御導彈武控系統、艦炮火控系統、指控系統開機進入作戰程序；

2）陸上位于A地的藍方反艦導彈半實物仿真系統實時訂購紅方艦艇位置，模擬一枚掠海飛行的反艦導彈攻擊該艦，并將模擬導彈的彈道實時發送給位于N海域的藍方陪試艦上的海基目標模擬系統；

3）陪試艦上的目標模擬系統釋放帶有輻射特性的威脅目標，形成對被試艦全方位的攻擊態勢；

4）紅方被試艦艇偵測到威脅目標輻射信號后，進行威脅對抗決策、干擾資源管理、干擾樣式生成、引導電子對抗系統對威脅雷達進行干擾，同時將目標的電子偵查信息送至艦載指控系統；

5）紅方電子對抗系統的有源∕無緣干擾系統信號實時發送給陸上藍方反艦導彈半實物仿真系統，進而實現對藍方反艦導彈干擾，同時將目標模擬系統受干擾情況實時向紅方被試艦通報；

6）被試艦艇指控系統實時接收艦載一體化雷達提供的目標態勢信息和電子對抗系統的電子偵查信息后，進行信息融合控制后，將目指信息送至中遠程防空導彈武控系統、末端防御導彈武控系統或艦炮火控系統；

7）中遠程防空導彈武控系統、末端防御導彈武控系統接收到目標指示后，進行射擊諸元解算、火力分配，產生導彈的發射指令和初始裝訂參數等信息；

8）艦艇平臺實裝適配器將導彈發射指令和初始裝訂參數等信息發送至位于B地的內場實驗室，驅動導彈數字仿真系統進行導彈彈道仿真計算；

9）利用導彈實時毀傷評估系統獲取目標毀傷信息，并實時向紅方被試艦通報目標毀傷情況；

10）艦炮火控系統接收到目標指示后，完成對目標的虛擬攔截，將發射指令、彈丸運動軌跡、毀傷目標事件等通過艦艇平臺實裝適配器送至內場，并實時向紅方被試艦通報目標毀傷情況；

11）各系統實時記錄相關數據。

4 結語

水面艦艇作戰試驗是一項復雜的系統工程，涉及學科領域廣，工程技術難度大。本文分析艦艇平臺現有試驗技術的不足，提出基于LVC資源集成的技術方法，構建了實兵實裝在回路的虛實合成試驗環境，為水面艦艇在典型作戰想定下的試驗評估提供了技術途徑。未來隨著更多異地異構試驗資源和系統的集成接入，聯合試驗環境還能支持大規模、多軍兵種參與的試驗評估任務，可完成如航母編隊攻防對抗等體系級裝備試驗任務。