现代军用仿真系统的新特点及技术对策

系统仿真就是建立系统模型, 并利用模型对实际系统进行试验研究的过程。而仿真系统是由计算机模型、物理模型、真实系统和人按需求构成的用于测试、试验或训练的工作平台。系统仿真技术则是以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及仿真应用领域的有关专业技术为基础, 以计算机系统、与应用有关的物理效应设备及仿真器为工具, 利用模型对系统(实际的或设想的)进行研究的一门多学科的综合技术 。

军用仿真技术是系统仿真应用领域的一个重要分支。由于经费和其它因素的制约, 采用仿真技术进行武器研制、军事研究和部队训练是非常理想的手段。所以, 军用仿真不仅是系统仿真应用最早的领域之一,而且在技术上一直处于领先地位, 对系统仿真技术的发展起着重要的推动作用。军用仿真包括武器技术仿真、武器系统仿真以及作战仿真。近年来, 军用仿真技术已发展成为军事和国防建设必不可少的重要支撑技术。它不仅是对武器装备发展进行决策、论证的重要手段, 武器装备研制、新武器装备系统编配和武器装备综合保障的主要手段, 还是武器装备使用训练模拟的主要支撑技术。

1 .1 　国内外军用仿真技术发展概况

世界发达国家非常重视将仿真技术用于武器型号的研制、训练和作战等武器系统的全寿命周期, 建立了以红外成像制导、毫米波寻的制导和红外/毫米波双模制导为代表的高性能武器型号研制半实物仿真系统;发展了基于高层体系结构(HLA :High Level Architecture), 用于大规模综合战区演练的先进分布式仿真(ADS :Adv anced Dist ributed Simulation)技术、环境仿真技术和VR(Virtual Reality)技术等为基础的作战仿真系统。此外, 他们还非常重视建模与仿真(M&S :Modeling and Simulation)技术在国防和军事领域中的支撑作用。美国把国防M &S 看作是“军队和经费效率的倍增器” , 是“五角大楼”处理事物的核心方法和战略性技术。美国国防部(DoD :Department of Defense)自1972 年就开始将M&S列为重要的国防关键技术, 并于1995 年以指令形式发布了“建模与仿真   主计划”(MSMP :Modeling and Simulation Master Plan)。尤其是美国1997年度的“美国国防技术领域计划”将M&S列为有助于极大提高军事能力的四大支柱(战备、现代化、部队结构、持续能力)的一项重要技术。同时, 美国国防部对其国防M&S实施了强有力的领导, 成立了统管全军的国防建模与仿真办公室(DMSO), 国防建模与仿真执行委员会(EXCIMS)以及国防建模与仿真工作组(MSWG), 使美国的国防M&S实现了系统化、规范化的领导与管理。

我国军用仿真技术的研究和应用发展也很快。20 世纪80 年代以来, 我国军用仿真技术在数学仿真、半实物仿真和人在回路仿真等领域取得了重大发展, 先后建成了一批水平高、规模大的半实物仿真系统, 在武器型号研制中发挥了巨大的作用。此后, 我国开始对DIS 、VR等先进仿真技术及其应用进行研究, 开展了较大规模的复杂系统仿真, 并建成了一批基于分布式仿真的大型复杂仿真系统。尤其是近年来, 还先后攻克了DIS 、VR技术应用等一批重要关键技术。

1 .2 　现代军用仿真技术的发展趋势

先进的军用M&S技术可以提高战备程度和现代化水平。作战仿真系统必将是当今世界各国军队进行作战训练和武器系统使用训练的首选工具。在“要进行基于仿真的采办(SBA :Simulation Based Acquisition)革命”的推动下, 现代军用仿真技术在继续向武器装备及体系的全寿命、全系统仿真发展的同时, 将向武器装备采办过程管理仿真的方向发展。即, 现代军用仿真技术正向服务于武器装备的全寿命、全系统和管理的全方位方向迅速发展。同时, 在军事需求的激励下, 现代军用仿真技术将向综合性、快速性、环境复杂性、灵活性和规范性的方向发展。而在军事需求的推动下, 现代军用仿真技术需要着重发展作战仿真(先进分布仿真)、半实物仿真、环境仿真、虚拟样机、仿真系统可信度评估及VV&A等共性技术。

随着军事需求和军事科技的发展, 作为军用仿真的对象已开始由单武器平台性能仿真向多武器平台协调对抗仿真方向发展, 由大型系统的局部子系统仿真向系统的整体性能仿真方向发展。使得国防和军事领域建模与仿真的对象, 都是大型复杂仿真系统, 亦称为军用复杂仿真系统。它们由许多分系统构成, 各分系统之间又存在各种各样的联系。如:用于战法研究、训练、装备发展论证等的作战仿真系统;用于武器装备研制的半实物仿真系统;用于SBA 的虚拟制造和虚拟样机的仿真系统等。

而现代军用仿真系统则是虚拟仿真系统、聚合级仿真系统、人在回路的仿真系统、硬件在回路的半实物仿真系统、实际武器系统和软件组成的大规模集成复杂系统。例如, 在武器系统研制、武器装备使用和作战指挥训练、攻防对抗演习以及辅助作战决策等军事领域中的仿真系统均属于大型复杂仿真系统。在诸多军用复杂仿真系统中, 最具有代表性的, 能完全反映复杂仿真系统M &S 新特点的, 就是综合防空多武器平台仿真示范系统, 也称为综合仿真系统。它是现代军用仿真系统发展的标志。

综合仿真系统是一个含有VR技术、基于DIS和HLA混合体系的集成复杂仿真系统。它既是一个综合仿真支撑环境, 也是一个面向应用的、支持复杂系统设计、运行和性能评估的应用示范系统。系统的体系结构如图1 所示 。

综合仿真系统集中体现了现代军用仿真系统的新特点。这些特点包括:采用了多种先进的信息技术和层次化体系结构, 集成了DIS子系统和HLA 子系统, 并遵循了DIS 和HLA标准;实现了数学仿真、半实物仿真和人在回路中仿真的有机集成;系统模型复杂程度高、综合性强、可信度高、交互性强、规模大;通过引入VR技术构成虚拟环境, 支持并发、分布、交互仿真工程;具有先进性、实用性、通用性和良好的建模、仿真及结果分析与演示环境。