海軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈虛實(shí)合成仿真訓(xùn)練方法研究

張 遠(yuǎn)

（解放軍92941部隊(duì)93分隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125001）

0 引言

從海灣戰(zhàn)爭(zhēng)開(kāi)始，通過(guò)科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)和伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)，在世界范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)（NCW）逐漸形成實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用，信息化條件下的作戰(zhàn)已經(jīng)成為當(dāng)今戰(zhàn)爭(zhēng)的典型戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)［1］。與此同時(shí)，我國(guó)海軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)也逐步發(fā)展到當(dāng)前以信息化裝備為主。隨著導(dǎo)彈技術(shù)和作戰(zhàn)使用環(huán)境、條件快速變化發(fā)展，對(duì)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)訓(xùn)練方法提出了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的更高要求。目前，海軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈訓(xùn)練工作仍以外場(chǎng)實(shí)裝訓(xùn)練為核心，滯后于裝備本身技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，不利于裝備戰(zhàn)斗力的形成。武器裝備訓(xùn)練只有將仿真作為試驗(yàn)與訓(xùn)練手段的重要補(bǔ)充，進(jìn)一步完善內(nèi)場(chǎng)與外場(chǎng)相結(jié)合、實(shí)戰(zhàn)對(duì)抗與虛擬仿真相結(jié)合、定性與定量相結(jié)合的綜合試驗(yàn)、訓(xùn)練評(píng)價(jià)手段，才能促進(jìn)新型裝備盡快形成作戰(zhàn)能力［2］。虛實(shí)合成訓(xùn)練方法能有效彌補(bǔ)當(dāng)前定型及訓(xùn)練工作中的不足，作為一種適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的新型試驗(yàn)、訓(xùn)練方法，具有廣闊發(fā)展應(yīng)用前景。

1 虛實(shí)合成訓(xùn)練方法內(nèi)容

1.1 虛實(shí)合成訓(xùn)練需求分析

被試武器裝備外場(chǎng)實(shí)裝訓(xùn)練引入了人在回路、裝備保養(yǎng)水平和可靠性等因素，訓(xùn)練中武器裝備融合了各種真實(shí)因素后的綜合運(yùn)行效果，優(yōu)點(diǎn)是真實(shí)［6］。對(duì)于訓(xùn)練而言，外場(chǎng)實(shí)裝訓(xùn)練能真實(shí)反映該作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)下操作使用人員的實(shí)時(shí)反應(yīng)和訓(xùn)練水平因素。內(nèi)場(chǎng)仿真訓(xùn)練側(cè)重于對(duì)可預(yù)計(jì)、可重復(fù)、軟件相關(guān)等訓(xùn)練內(nèi)容進(jìn)行最少硬件參加的仿真訓(xùn)練，通過(guò)設(shè)置各種外場(chǎng)難以組織實(shí)施的仿真態(tài)勢(shì)，可獲取大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)功能、性能和人員操作進(jìn)行評(píng)估，主要優(yōu)點(diǎn)是訓(xùn)練內(nèi)容豐富、過(guò)程可控、安全、低成本。海軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器統(tǒng)技術(shù)跨度越來(lái)越大，單件武器裝備之間、單件武器裝備與系統(tǒng)之間、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的交聯(lián)耦合性越來(lái)越強(qiáng)，裝備定型和部隊(duì)訓(xùn)練所涉及的因素和內(nèi)容越來(lái)越多。在當(dāng)前武器裝備功能、性能、自動(dòng)化及智能化水平迅速提高情況下，單純的外場(chǎng)實(shí)裝訓(xùn)練方法或內(nèi)場(chǎng)仿真訓(xùn)練方法均已無(wú)法滿足海軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈定型及訓(xùn)練要求。導(dǎo)彈武器系統(tǒng)訓(xùn)練應(yīng)進(jìn)行如下轉(zhuǎn)變：首先，導(dǎo)彈定型由單一的外場(chǎng)“單項(xiàng)訓(xùn)練”為主向內(nèi)場(chǎng)仿真與外場(chǎng)實(shí)裝結(jié)合的“基于能力”綜合作戰(zhàn)訓(xùn)練轉(zhuǎn)變；其次，訓(xùn)練由“熟練操作”訓(xùn)練為主向基于虛實(shí)合成的實(shí)戰(zhàn)背景下裝備的“基于運(yùn)用”綜合科學(xué)運(yùn)用訓(xùn)練轉(zhuǎn)變。通過(guò)上述轉(zhuǎn)變，才能克服當(dāng)前訓(xùn)練方法“少而淺”的現(xiàn)狀，向“全而深”的目標(biāo)靠近。

1.2 虛實(shí)合成仿真技術(shù)基礎(chǔ)

近年來(lái)，海軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)不斷向更深層次的信息化方向發(fā)展，同時(shí)，綜合導(dǎo)航系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、指控系統(tǒng)和電子戰(zhàn)系統(tǒng)等相關(guān)裝備，也都在同步發(fā)展；非作戰(zhàn)裝備的配套訓(xùn)練裝備也都在信息化建設(shè)方面，取得快速進(jìn)步。信息化技術(shù)逐步將設(shè)備、系統(tǒng)連接在一起，融合成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)中一員，模糊了不同設(shè)備、不同系統(tǒng)、硬件和軟件、相鄰和遠(yuǎn)隔的物理界線，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行“數(shù)字化封裝”，使網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點(diǎn)以透明方式組成網(wǎng)格，根據(jù)一定邏輯關(guān)系聯(lián)合運(yùn)行［2］。近年來(lái)海軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)、試驗(yàn)裝備、訓(xùn)練裝備的信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)和發(fā)展，為內(nèi)場(chǎng)和外場(chǎng)的聯(lián)合提供了技術(shù)基礎(chǔ)。不同設(shè)備之間，只要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接，完成相互通信協(xié)議轉(zhuǎn)換匹配，同時(shí)解決數(shù)據(jù)延遲和同步問(wèn)題，就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互［7］。對(duì)艦載導(dǎo)彈武器系統(tǒng)實(shí)裝而言，只要作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)上相關(guān)數(shù)據(jù)或命令符合其通信規(guī)范，就接收該數(shù)據(jù)或命令，并根據(jù)時(shí)戳等信息進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理或執(zhí)行該命令，而不考慮該數(shù)據(jù)來(lái)自艦載其他實(shí)裝設(shè)備還是來(lái)自陸上的仿真系統(tǒng)；對(duì)陸上訓(xùn)練系統(tǒng)而言，只要實(shí)裝發(fā)出的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，符合相應(yīng)數(shù)據(jù)規(guī)范，就接收和使用該數(shù)據(jù)，不管該數(shù)據(jù)是來(lái)自艦載實(shí)裝還是陸基其他仿真系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)虛實(shí)合成的技術(shù)途徑就是建立數(shù)據(jù)傳輸延遲、誤碼率滿足一定技術(shù)要求的光纖、微波及衛(wèi)星通信等通信通路，構(gòu)建公共體系架構(gòu)，利用仿真代理等途徑屏蔽異構(gòu)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)協(xié)議、坐標(biāo)系和數(shù)據(jù)率的差異，采用時(shí)間統(tǒng)一技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián)。

1.3 虛實(shí)合成仿真環(huán)境的構(gòu)建

虛實(shí)合成方法中，針對(duì)艦載戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)實(shí)裝的訓(xùn)練中，有兩種方法構(gòu)建虛實(shí)合成環(huán)境：方式1，采用實(shí)裝接入環(huán)境仿真設(shè)備，進(jìn)行基于載艦的在線仿真方式，仿真主要包括載艦平臺(tái)羅經(jīng)、計(jì)程儀、綜合導(dǎo)航設(shè)備、作戰(zhàn)系統(tǒng)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)、時(shí)統(tǒng)及雷達(dá)等載艦平臺(tái)共用設(shè)備仿真，通過(guò)外部數(shù)字仿真系統(tǒng)將仿真數(shù)據(jù)信息直接注入導(dǎo)彈武控系統(tǒng)；方式2，采用內(nèi)外場(chǎng)聯(lián)合模式，通過(guò)陸基數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和專用網(wǎng)絡(luò)，將外場(chǎng)艦面設(shè)備實(shí)裝與內(nèi)場(chǎng)仿真系統(tǒng)互連，利用陸基豐富的仿真資源保障外場(chǎng)裝備的訓(xùn)練?；谕鈭?chǎng)實(shí)裝的虛實(shí)合成仿真訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)關(guān)系如下頁(yè)圖1所示。

2 虛實(shí)合成仿真關(guān)鍵技術(shù)

2.1 虛實(shí)合成系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

虛實(shí)合成模式中，為了保證系統(tǒng)資源的利用率、擴(kuò)展性和靈活性，需建立一個(gè)基于公共體系結(jié)構(gòu)的管理與控制平臺(tái)。目前美國(guó)靶場(chǎng)采用TENA（Test&Training Enable Architecture）試驗(yàn)訓(xùn)練使能結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)提供底層控制、封裝能力和互操作界面，通過(guò)后臺(tái)對(duì)象管理、通知服務(wù)、發(fā)現(xiàn)服務(wù)、公布/訂購(gòu)、運(yùn)行管理和資源管理等服務(wù)實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)資源管理［3］。借鑒TENA所包含的“無(wú)邊界靶場(chǎng)”思想和實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)頂層設(shè)計(jì)，構(gòu)建實(shí)現(xiàn)各種資源互操作、可重用和可重構(gòu)的公共體系結(jié)構(gòu)［8］。當(dāng)前國(guó)內(nèi)一些院校已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)出類似TENA體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)中間件軟件，其實(shí)踐應(yīng)用表明，TENA體系結(jié)構(gòu)思想和技術(shù)科學(xué)合理，能有效解決異地、多節(jié)點(diǎn)、異構(gòu)系統(tǒng)間的接口一致性、互操作性、時(shí)空一致性等問(wèn)題。

2.2 虛實(shí)合成仿真的實(shí)時(shí)性實(shí)現(xiàn)

虛實(shí)合成方法優(yōu)勢(shì)來(lái)源于外場(chǎng)實(shí)裝與內(nèi)場(chǎng)仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)互聯(lián)運(yùn)行，因此，實(shí)時(shí)性和時(shí)間統(tǒng)一是核心問(wèn)題之一。實(shí)時(shí)性主要通過(guò)提高通信系統(tǒng)硬件性能來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前能夠保證陸上光纖通信、微波通信、衛(wèi)星通信的延遲分別約在10 ms、50 ms、350 ms以內(nèi)。大多數(shù)仿真系統(tǒng)時(shí)間分辨粒度優(yōu)于1 ms，時(shí)間處理周期為1 ms～100 ms，結(jié)合DR（Dead Reckoning）推算及其他數(shù)據(jù)外推算法，陸基數(shù)字仿真系統(tǒng)時(shí)間控制粒度達(dá)到1 ms，就能保證周期在100 ms內(nèi)的內(nèi)外場(chǎng)準(zhǔn)實(shí)時(shí)聯(lián)合運(yùn)行。實(shí)時(shí)仿真應(yīng)用軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)包括：基于VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行仿真軟件開(kāi)發(fā)；基于Windows操作系統(tǒng)及實(shí)時(shí)內(nèi)核（例如RTX）進(jìn)行仿真軟件開(kāi)發(fā)；基于反射內(nèi)存網(wǎng)等硬件進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)。實(shí)踐中，基于Windows+RTX+VC的開(kāi)發(fā)方式能夠保證全系統(tǒng)1ms以上時(shí)間粒度要求［3］，并且在系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)、界面、開(kāi)發(fā)周期、成本、維護(hù)性和擴(kuò)展性方面更有優(yōu)勢(shì)。不同設(shè)備不同時(shí)間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能作為一個(gè)整體數(shù)據(jù)流進(jìn)行交互，除進(jìn)行實(shí)時(shí)控制處理之外，還必須解決數(shù)據(jù)時(shí)間統(tǒng)一問(wèn)題。時(shí)間統(tǒng)一可采用的技術(shù)措施包括：衛(wèi)星時(shí)統(tǒng)技術(shù)、基于網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器的時(shí)間自治技術(shù)等。在國(guó)內(nèi)北斗系統(tǒng)（BDS）迅速發(fā)展的情況下，通過(guò)BDS主時(shí)統(tǒng)卡、用戶時(shí)統(tǒng)卡、時(shí)統(tǒng)電纜和網(wǎng)絡(luò)電纜構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)能完成準(zhǔn)秒脈沖和時(shí)間信息的實(shí)時(shí)傳遞，設(shè)備簡(jiǎn)單可靠，同時(shí)采用與武備實(shí)裝相同的時(shí)間統(tǒng)一控制邏輯及模型，配合基于Windows+RTX+VC實(shí)時(shí)開(kāi)發(fā)環(huán)境的軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)，能保證實(shí)現(xiàn)時(shí)間統(tǒng)一的數(shù)據(jù)時(shí)戳控制及處理。

2.3 異構(gòu)系統(tǒng)互聯(lián)接入

虛實(shí)合成訓(xùn)練中，參訓(xùn)的裝設(shè)備分布于彼此距離較遠(yuǎn)的陸、海、空不同地域，為了實(shí)現(xiàn)各設(shè)備訓(xùn)練數(shù)據(jù)的接入及交換，需建設(shè)基于IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的微波、衛(wèi)星、遙測(cè)、陸上光纖等多種通信形式。隨著虛實(shí)合成訓(xùn)練相關(guān)設(shè)備的增多，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備需要通過(guò)不斷的建設(shè)和完善，才能在數(shù)據(jù)延遲、通信帶寬和網(wǎng)絡(luò)擁塞管理等方面滿足不斷增加的互聯(lián)要求。虛實(shí)合成訓(xùn)練相關(guān)設(shè)備由于建設(shè)渠道、所屬系統(tǒng)、建設(shè)時(shí)間及所用技術(shù)等的不同，基本上都互為異構(gòu)系統(tǒng)，互操作性差，不經(jīng)過(guò)仿真代理轉(zhuǎn)換及處理無(wú)法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互通、互操作。運(yùn)用軟件中間件技術(shù)，研制相應(yīng)仿真代理接口軟件，屏蔽異構(gòu)系統(tǒng)的異構(gòu)性，對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行接口匹配、內(nèi)外場(chǎng)時(shí)統(tǒng)/空間一致性控制，才能融入一體化虛實(shí)合成訓(xùn)練體系結(jié)構(gòu)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)外場(chǎng)武備系統(tǒng)、陸基測(cè)控系統(tǒng)、陸基仿真系統(tǒng)及其他成員的互聯(lián)互通［9］。仿真代理可通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)、獨(dú)立節(jié)點(diǎn)方式，由上層體系結(jié)構(gòu)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境通過(guò)中間件的服務(wù)實(shí)現(xiàn)交互信息的訂購(gòu)、發(fā)布。

3 虛實(shí)合成應(yīng)用實(shí)踐

基于上述思想，成功研制了一套艦空導(dǎo)彈虛實(shí)合成試驗(yàn)訓(xùn)練系統(tǒng)，包括綜合管理平臺(tái)、艦面設(shè)備及外部環(huán)境仿真、目標(biāo)毀傷評(píng)估及電子靶標(biāo)等子系統(tǒng)。該系統(tǒng)參照HLA標(biāo)準(zhǔn)并借鑒TENA思想建立了公共體系結(jié)構(gòu)，通過(guò)異構(gòu)系統(tǒng)仿真代理，實(shí)現(xiàn)了仿真系統(tǒng)、載艦實(shí)裝等資源的互聯(lián)互通；基于數(shù)字射頻存儲(chǔ)（DRFM）技術(shù)設(shè)計(jì)研制了雙波段便攜式電子靶標(biāo)；基于GPS時(shí)統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器、VMIC反射內(nèi)存網(wǎng)等硬件，基于WindowsXP+RTX7.1+VC2005開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)了仿真軟件。在該型艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)定型試驗(yàn)中，應(yīng)用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了艦載導(dǎo)彈武器系統(tǒng)、雷達(dá)等外場(chǎng)實(shí)裝資源與陸基數(shù)字仿真系統(tǒng)、目標(biāo)毀傷評(píng)估系統(tǒng)、半實(shí)物仿真系統(tǒng)及測(cè)控系統(tǒng)等內(nèi)場(chǎng)資源的實(shí)時(shí)互聯(lián)，進(jìn)行了虛實(shí)合成試驗(yàn)與訓(xùn)練［10］。通過(guò)電子靶彈和真實(shí)靶機(jī)復(fù)雜多目標(biāo)作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)了該型艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)抗擊多目標(biāo)飽和攻擊、零航捷和超音速目標(biāo)攻擊等外場(chǎng)難以組織實(shí)施的性能指標(biāo)考核，拓展了靶場(chǎng)試驗(yàn)鑒定的深度及廣度；利用仿真環(huán)境，更加真實(shí)有效地完成了人在回路、武器系統(tǒng)實(shí)裝在回路的操作使用訓(xùn)練。虛實(shí)合成訓(xùn)練中，該系統(tǒng)與其他資源邏輯連接關(guān)系如圖2所示。

實(shí)踐應(yīng)用表明，虛實(shí)合成試驗(yàn)及訓(xùn)練方法兼具外場(chǎng)實(shí)裝訓(xùn)練和內(nèi)場(chǎng)仿真訓(xùn)練的優(yōu)勢(shì)，具有全面、安全、高置信度、經(jīng)濟(jì)和可評(píng)估的優(yōu)點(diǎn)，滿足當(dāng)前新型導(dǎo)彈武器系統(tǒng)訓(xùn)練對(duì)接近實(shí)戰(zhàn)環(huán)境條件的需求。

4 結(jié)論

隨著虛實(shí)合成方法的進(jìn)一步研究與實(shí)踐，將更多利用陸基仿真資源、外場(chǎng)武器裝備實(shí)裝資源，通過(guò)虛實(shí)合成模式，豐富、擴(kuò)展虛實(shí)合成訓(xùn)練的內(nèi)容，為進(jìn)一步跨靶場(chǎng)與實(shí)裝邊界、跨訓(xùn)練邊界、跨真實(shí)與仿真邊界，組建形成“無(wú)邊界靶場(chǎng)”，進(jìn)行深層次的一體化聯(lián)合訓(xùn)練奠定基礎(chǔ)［2］。虛實(shí)合成訓(xùn)練方法成功解決了當(dāng)前海軍新型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)訓(xùn)練工作存在的瓶頸問(wèn)題，在我國(guó)基于信息技術(shù)的新型武器裝備日新月異飛速發(fā)展的今天，不僅對(duì)于海軍戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)，對(duì)于其他新型武器裝備試驗(yàn)及訓(xùn)練工作也同樣具有重要意義。

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