英国皇家联合军种国防研究所(RUSI)分析武器研发的仿真技术

英国皇家联合军种国防研究所(RUSI)的研究分析员本•图默（Ben Toomer）撰写的研究文章对未来作战系统研发测试过程中，仿真技术特别是合成环境（SE）所产生的巨大作用进行了论证，探讨了仿真过程中的具体方法及运用模式，最后预测分析了仿真技术将来的发展趋势。

由于技术的发展进步，计算机仿真正在替代与补充昂贵的野外和实战演习，并且在许多情况下这也是十分必要的。为了能够实现对现实战场空间的准确仿真，特别是针对精确制导武器，技术发展正在取代传统的建模、验证和训练技术。本•图默（Ben Toomer）对此进行了深入研究。

合成环境（SE）的广泛应用从根本上改变了全世界对武器系统仿真技术的态度。合成环境（SE）用于描述人造实体或敌方所占据的地域，这其中有一点最为重要，这里的敌方并没有必要靠人工智能技术来实现，其概念与网上在线游戏中的敌人比较类似，这些敌人针对军队有着特殊的要求。合成环境（SE）最为出彩的地方是其针对复杂现实的合成性和突出的廉价性。正是由于这种合成性，英国皇家空军（RAF）计划于2020年前使其50%的飞行员训练都运用这种技术。显然，合成仿真训练对于英国军队将越来越重要。

对武器装备产业而言，仿真和试验是技术应用最为广泛的两大领域，可能其最明显的应用就在于概念的研究，未来战斗系统和武器系统都可以在虚拟“沙箱”中进行测试，这其中的环境也都已经完全配置成功。尽管是在一个合成虚拟环境中部署未知（概念）武器系统，但仍能发现该系统在战场空间中潜在的运用价值。即使对武器系统性能的描述比较粗糙，但这些数据仍然能够运用于效能评估。进行概念研究的成果之一就源自于对特性的理解，即该武器与战场空间中其它要素间的联系，例如与雷达之间。针对现实地形和特定地点模型，这种研究方式有利于计划和评估未来战斗需求，以及随后的国防开支管理。在研发周期较长的领域，预测装备和训练能力的发展趋势及需求是至关重要的。如果由于没有对作战需求进行正确的预测，就可能会造成政治性U型转变或多余武器储备，显然这种技术退化的代价太高。因此，如果在早期能够进行基于合成环境（E-based）的实验，不仅能够少耗费大量钱财，那些昂贵系统及服务的生产过程也会变得更加经济。

现场性、虚拟性、建设性

通用仿真架构的发展演进也扩展了合成环境技术领域的应用深度和广度。这一通用性能够使得许多不同的仿真要素在虚拟世界之中产生联系，高层体系架构（HLA）和分布式交互仿真（DIS）正是两个颇具代表性的例子，这两种技术都用于保证组件与其共享平台、系统与分系统厂商间的互操作性，进而使其能够共用各自的软件模型。高层体系架构（HLA）更有利于实现环境、模型和仿真要素之间的信息交换。

现场性、虚拟性和建设性（LVC）的开发方法中最为重要的理念就是这种完全的兼容性。LVC开发方法覆盖军事训练的全过程，包括野外训练、交互式虚拟作战和纯计算机仿真。对复杂武器系统生产商而言，LVC模型可运用于增强规划设计的方方面面。LVC仿真可依据人类活动参与的保真度和层次进行定义。

现场性（Live）：建模仿真参与最少的仿真过程。合成环境（SE）可以使用测试弹药的遥测记录数据来重演、重放整个过程。

虚拟性（Virtual）：“人在回路”实时仿真过程中的一部分，包括一系列人类和软件行为的组合，如决策制定和控制行为。这一点可以用来评估导弹系统作战中人的作用。

建设性（Construction）：人类活动参与最少的仿真过程，这其中的结果是精准确定的。典型的建设性仿真用于将规划指导和航空动力学、机械力学模型一起融合在虚拟“构设”的场景中进行检验。

仿真的第四大类也可定义为LVC三大类中两个或三个方法的组合运用，即LVC混合仿真，有时也被称为“硬件在环仿真”，这是典型的使用硬件回应合成环境（SE）变化的方法。这种方法被广泛地运用于控制实验室中导弹导引头的设计研发，其跟踪算法的弹性和灵敏度全部都能够描述清楚，导引头通过使用计算机生成的地域交通态势，进而分析其行动轨迹。飞行模拟器可以指示空军的机动轨迹，这些轨迹通过“六自由度”仿真模型实时计算生成。当然，不管现实情况的任何元素由设备、软件算法或数学模型来取代，这些东西必须都能够真实的反映该元素的特点。测试评估准确度最终还是需要对实际的投射情况进行遥测，以确定实际情况是否与模型匹配。

因此，实际测试与软件模型之间就存在一种互相提供数据的天然依赖关系。如果能够提供复杂武器系统故障点的数量，那么许多的受检测武器就能够恢复性能。但是，通过这种方式来收集这么大量的数据，不仅代价昂贵并且有时还很难实现。至少对于常规武器而言，射程越远代价就越昂贵，对于核武器而言这些数据就直接跟本没有。合成环境在检测评估中的优势在于其分系统能够在虚拟现实中的隔绝集成环境下得到检验，这就能够降低技术风险并展现系统级组件的独立性。关于整体能力的信息对于私营部门的工程管理人员而言大有裨益，同样对于客户来说更是如此。

预测装备和训练能力的发展趋势

是至关重要的网络

由于通用互操作标准能够保证人、现实以及仿真硬件三者在仿真实现中运用到一起，LVC训练方法目前已经得到大范围地运用推广。例如，实时雷达信息就可以用于指控一部虚拟武器实施拦截。对现实和虚拟元素进行组合的方法不仅可用于单一合成环境的情况，也可用于探索对两个独立系统进行集成而产生的问题，还可用于研究这种集成可能增强的作战能力。除了连接两个独立的现实系统同或虚拟系统之外，LVC模型也允许任一系统在全球范围内连接其他操作人员。在合成环境中，可通过分布式仿真连接设备厂商和军方人员进行远程任务训练。在需要对地理隔开的人员和机器进行联合训练时，这种方法所能够提升的效率和简易程度将是无以伦比的。

在可视化技术和现实世界物理建模方面，其进步不仅体现于目前（被英国防部）所青睐的虚拟战斗空间II（VBS II）中，这些技术都来源于视频游戏业界的支持。随着大量开发商涌入“竞争激烈”的游戏市场，作为其中之一的波希米亚互动工作室（Bohemia Interactive）也将其专家运用于为传统平台研发第一人称视角射击游戏。当发展到国防部很难承担这些未来的资产和预定目标的时候，那么针对现实世界的仿真进行变革成为了根本。

“兵棋推演”减轻了设备折旧以及实验性演习演练所产生的固有风险。其中与传统的实地训练所不同的是，所有的环境构成元素都是可控的，这包括敌军的行动、类型和数量、天气、时间、地理位置。这样的复杂性意味着设备的操作人员和供应商能够在任何可能和不可能发生的背景之下进行训练。正是由于地形和建筑物模型数据库的保证，不仅能够构建出当前的训练演习环境，而且在进行作战计划制定和执行打击任务时，也能够进行全面的预演。作战计划对于评估机动因素影响具有极大的战略优势，特别是针对远程武器的作战计划。

对飞行轨迹和作战演习进行计划，融合时间因素和路径因素，能够在很大成素上影响作战成功的可能性，构建性仿真就能够用于提高这种可能性。运用精确的地域和导弹模型，使用合成环境（SE）就能够探索出最佳的因素组合方式，进而达成最好的预期效果。同样，这种合成环境（SE）的运用方式也允许最终用户和武器生产商能够评估杀伤可能性。这种适应兼容性能够帮助计划人员科学运用合成环境（SE），这就意味着大量的弹道预定轨迹、环境条件和敌军防御都是仿真需要考虑的因素。没有合成环境（SE）技术，这样的训练就不可能实现，也正是由于这种训练的实施，才能够促进对复杂武器运用的时间、地点和方式进行决策的过程提前。除此之外，这种方式还能够极大提高效益，特别是在降低预算消耗和潜在附带损伤方面。

随着合成环境技术在现实性和效用范围上的日益发展，在认知过程中其扮演的角色也将日益重要。在概念研究、系统研发与集成、培训评估、军事训练方面，合成环境被视为降低风险和成本的有效方式，虚拟战斗空间很可能将成为未来许多演习和任务预演的战场。由于其适应兼容性，合成环境技术的发展是史无前例的，并且伴随着分类网络架构的蓬勃发展，这一技术将实现全球范围内武装力量和武器厂商的互联互通。

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英国皇家联合军种国防研究所(RUSI)：Royal United Services Institute for Defence and Security Studies，与英国国防部相邻，是英国老牌国防研究机构，这里聚集着大批研究世界各地军事发展，大规模杀伤性武器以及网络战的专家。（编者注）

#The End #

作者：本•图默（Ben Toomer）

翻译：知远/田林

来源：搜狐军事

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