岸海一體化模擬訓練系統(tǒng)研究

史云輝

（江蘇自動化研究所，江蘇 連云港 222061）

0 引言

未來海戰(zhàn)是一體化聯(lián)合作戰(zhàn)，是體系對抗，作戰(zhàn)樣式、作戰(zhàn)協(xié)同越來越復(fù)雜，裝備信息化程度越來越高，按照“仗要怎么打，兵就怎么練”的根本原則，需要加速推進海軍體系化、實戰(zhàn)化、常態(tài)化訓練。訓練要體系化要求海軍官兵在多級指揮、多種兵力、多種任務(wù)、相互協(xié)同的體系作戰(zhàn)環(huán)境下練謀略、練指揮、練協(xié)同、練操作。訓練要實戰(zhàn)化要求訓練環(huán)境不僅要模擬逼真的對抗環(huán)境，而且要盡可能將各級指揮員、裝備操作員放在各自的實際戰(zhàn)位環(huán)境上進行訓練，最大限度地實現(xiàn)戰(zhàn)訓一致。訓練要常態(tài)化要求提供經(jīng)濟便利的訓練條件，滿足海軍官兵足不出戶即可進行日常的大量訓練，以彌補實兵演習成本高昂、次數(shù)有限的不足。

但目前模擬訓練系統(tǒng)大多相互獨立，不能滿足一體化訓練需求，而且離實戰(zhàn)化要求較遠；單艦實裝模擬系統(tǒng)投入大、效費比低等問題［1］嚴重影響海軍模擬訓練的發(fā)展。因此，逐漸提出了將模擬訓練系統(tǒng)與艦艇實裝相結(jié)合的模擬訓練系統(tǒng)發(fā)展思路，例如，將指揮信息系統(tǒng)與戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)模擬訓練系統(tǒng)互聯(lián)，形成基于海軍指揮信息系統(tǒng)的虛擬對抗平臺是提高戰(zhàn)訓一致訓練需求的有效手段［2］；將實兵實裝接入作戰(zhàn)指揮訓練系統(tǒng)將會從根本上促進信息作戰(zhàn)模擬訓練的方法和手段［3］。本文針對海軍未來模擬訓練需求，提出了一種岸海一體化的模擬訓練系統(tǒng)模型，為海軍模擬訓練能力建設(shè)提供參考。

1 美海軍模擬訓練系統(tǒng)發(fā)展

美海軍傳統(tǒng)的模擬訓練形式主要是岸上教練室訓練和海上實兵演習。這兩種訓練都有其固有的弊端。教練室訓練要求建設(shè)一個外部的岸基訓練機構(gòu)，實際的訓練效果也因模擬訓練系統(tǒng)實體模型的逼真度受到很大的限制，并且岸基訓練系統(tǒng)實體模型往往落后于實際裝備。海上實兵演習雖然有在真實的戰(zhàn)場環(huán)境下和真實裝備上參與訓練的好處，但隨著國防預(yù)算費用的消減，實兵演習的機會受到了嚴重的限制。

為應(yīng)對不斷增長的訓練需求，美海軍對訓練方式進行了長期的探索與思考。20世紀90年代以來，通過新建少量的仿真系統(tǒng)和訓練網(wǎng)絡(luò)，把岸基模擬訓練系統(tǒng)與水面艦艇、潛艇、飛機等實裝集成在一起，形成了基于實裝的一體化的綜合訓練體系。其特點有：

1）從頂層規(guī)范了海軍的訓練系統(tǒng)體系框架。按聯(lián)合、軍種、平臺、系統(tǒng)4個層次建設(shè)了可分、可合的模擬訓練體系。在海軍訓練層次，建設(shè)了海軍持續(xù)訓練環(huán)境 NCTE（Navy Continuous Training Environment）；通過該系統(tǒng)可以把岸基指揮所、水面艦艇、潛艇、航空兵等實裝集成到一個虛擬的戰(zhàn)場空間中進行合同訓練；在平臺訓練層次，針對水面艦艇、潛艇等實裝，分別設(shè)計了作戰(zhàn)部隊戰(zhàn)術(shù)訓練器（BFTT：Battle Force Tactical Trainer）、潛艇多使命團隊訓練器（SMMTT：Submarine Multi-Mission Team Trainer），可以把艦艇上全部作戰(zhàn)單元集成到一個虛擬的戰(zhàn)場空間中完成全艦綜合訓練；在子系統(tǒng)訓練層次，針對電子戰(zhàn)、CEC子系統(tǒng)等，設(shè)計了作戰(zhàn)部隊電子戰(zhàn)訓練器BEWT（Battle force Electronic Warfare Trainer）和 CEC訓練器CTA（CEC Training Adjunct）等。如圖1所示。

2）充分利用實裝進行訓練。通過構(gòu)建相應(yīng)的艦載模擬訓練環(huán)境，充分利用水面艦艇等作戰(zhàn)系統(tǒng)實際裝備，實現(xiàn)艦艇在駐泊地、航行狀態(tài)下的訓練。這種模式效費比非常高，不僅滿足了裝備不斷發(fā)展對訓練條件的需求，也提高了部隊訓練環(huán)境的逼真度。

3）注重建立系統(tǒng)的互操作標準。從系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、模型、數(shù)據(jù)接口、共享軟件等多方面建立了標準，對訓練體系結(jié)構(gòu)、接口、模型、數(shù)據(jù)等進行統(tǒng)一設(shè)計，為構(gòu)建可擴展的體系化訓練環(huán)境奠定了基礎(chǔ)。

4）重視訓練量化評估。全面采集訓練過程數(shù)據(jù)，研制訓練評估軟件工具，利用訓練態(tài)勢圖、訓練事件游歷圖、訓練效果標注圖等工具，能有效地分析裝備和人員各自對作戰(zhàn)結(jié)果的影響，對受訓人員指揮與操作的及時性、正確性等進行量化評估。

2 岸海一體化模擬訓練系統(tǒng)

岸海一體化模擬訓練系統(tǒng)是指采用仿真與計算機網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，將分散在不同地點、相互獨立的岸基指揮所實裝、與海上艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)實裝聯(lián)接起來，組成一個多級指揮與多艦艇實兵聯(lián)動的虛擬綜合訓練環(huán)境，可以從根本上改變過去那種“指揮訓練無實裝、戰(zhàn)訓分離兩張皮”的局面［4］。

2.1 系統(tǒng)組成

岸海一體化模擬訓練系統(tǒng)可分為3類設(shè)備：即仿真類、模擬器類和實裝類。仿真類包括為各級各類訓練提供想定態(tài)勢生成、運行控制、訓練評估、信息轉(zhuǎn)換以及模型庫、數(shù)據(jù)庫等組件。模擬類包括各類各級模擬器或模擬訓練系統(tǒng)，如武器系統(tǒng)模擬訓練系統(tǒng)、水面艦艇模擬訓練系統(tǒng)等。實裝類包括岸基指揮信息系統(tǒng)以及艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)等。

3類系統(tǒng)通過有線與無線方式進行互聯(lián)，采用相應(yīng)的軟網(wǎng)關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)分布式異構(gòu)系統(tǒng)的互通。即仿真系統(tǒng)與各類模擬器之間采用有線的HLA網(wǎng)關(guān)互聯(lián)互通；仿真系統(tǒng)與岸基各類各級指揮信息系統(tǒng)實裝采用有線的C4I網(wǎng)關(guān)互聯(lián)互通；仿真系統(tǒng)與艦艇、飛機等移動平臺實裝通過無線的MLST網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)互聯(lián)互通。系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示。

2.2 仿真系統(tǒng)組成

岸海一體化模擬訓練系統(tǒng)中模擬器類和實裝類系統(tǒng)是已有的系統(tǒng)，不需進一步說明。本文主要針對新建的仿真系統(tǒng)進行描述。

仿真系統(tǒng)主要包括想定生成與控制子系統(tǒng)、訓練評估子系統(tǒng)、艦艇隨裝仿真子系統(tǒng)、訓練網(wǎng)關(guān)、訓練數(shù)據(jù)庫、訓練模型庫等，如圖3所示。

圖2 岸海一體化模擬訓練系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

圖3 岸海一體化模擬訓練系統(tǒng)仿真系統(tǒng)組成圖

其中，訓練想定生成與控制子系統(tǒng)主要為各級訓練時提供統(tǒng)一的虛擬戰(zhàn)場態(tài)勢生成與分發(fā)、態(tài)勢統(tǒng)一控制、訓練過程導(dǎo)調(diào)控制、訓練數(shù)據(jù)采集等能力。

訓練評估系統(tǒng)主要提供訓練數(shù)據(jù)處理能力，輔助評估人員進行訓練數(shù)據(jù)的分析、可視化展示及訓練講評。

艦艇隨裝仿真子系統(tǒng)主要為水面艦艇、潛艇等單平臺開展獨立訓練，及參與編隊等協(xié)同訓練，提供本平臺的訓練態(tài)勢生成、訓練管理控制、訓練數(shù)據(jù)采集等能力支撐。

訓練網(wǎng)關(guān)主要提供各類實裝系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)之間的信息收發(fā)、信息轉(zhuǎn)換等能力。

訓練模型庫是為保障系統(tǒng)的運行提供模型開發(fā)、模型管理、模型服務(wù)等能力支持。

訓練數(shù)據(jù)庫是為滿足系統(tǒng)運行，提供自然環(huán)境、裝備基礎(chǔ)性能、訓練方案、訓練想定、訓練記錄等數(shù)據(jù)存儲、管理能力。

2.3 訓練節(jié)點仿真功能配置

為實現(xiàn)岸、海各節(jié)點既能夠參加一體化模擬訓練，各自又能進行獨立模擬訓練，需要在岸海各節(jié)點配置相應(yīng)的仿真功能。岸基模擬訓練節(jié)點仿真功能配置如圖4所示。艦艇節(jié)點隨裝仿真子系統(tǒng)仿真功能配置如圖5所示。

圖4 岸基模擬訓練節(jié)點仿真功能配置

圖5 艦艇隨裝仿真子系統(tǒng)功能配置

2.4 系統(tǒng)運行流程

岸海一體化模擬訓練系統(tǒng)支持多種組訓方式，既可以進行指揮所帶艦艇的多級聯(lián)動訓練，也可以進行單艦單艇的獨立訓練等。以具有代表性的岸基指揮所帶海上艦艇編隊進行一體化模擬訓練方式為例說明系統(tǒng)運行流程。

參訓的系統(tǒng)包括岸基模擬訓練中心一套仿真系統(tǒng)，岸基指揮所一套作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)實裝，海上（或碼頭）一艘編隊指揮艦實裝、兩艘驅(qū)逐艦實裝以及相應(yīng)的隨裝仿真子系統(tǒng)。實裝系統(tǒng)扮演紅方，模擬訓練中心仿真系統(tǒng)扮演藍方。

系統(tǒng)運行分為3個階段：訓練準備階段、訓練實施階段、訓練講評階段。

1）訓練準備階段。由模擬訓練中心的訓練想定生成與控制系統(tǒng)編輯想定，根據(jù)想定完成模型和數(shù)據(jù)準備，向各參訓節(jié)點發(fā)送想定及相關(guān)信息。

2）訓練實施階段。模擬訓練中心通過訓練想定生成與控制系統(tǒng)發(fā)送初始化命令，各參訓節(jié)點接收初始化命令后，從配置的仿真數(shù)據(jù)庫和仿真模型庫下載相關(guān)的模型和數(shù)據(jù)，完成初始化。訓練開始后，模擬訓練中心根據(jù)想定生成訓練態(tài)勢，模擬生成上級、友鄰、雷達站等情報信息。通過訓練網(wǎng)關(guān)驅(qū)動岸基指揮所實裝運行，岸基指揮所受訓人員運用實際指揮系統(tǒng)，進行態(tài)勢分析、作戰(zhàn)籌劃，通過實際指揮通信鏈路向下級艦艇編隊下達指揮命令，發(fā)送情報、報文等信息。

艦艇節(jié)點利用艦艇隨裝仿真子系統(tǒng)想定生成與控制模塊，根據(jù)統(tǒng)一想定生成本艦區(qū)域內(nèi)的局部訓練態(tài)勢，仿真生成偵察探測信息，驅(qū)動艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)實裝運行，受訓人員在作戰(zhàn)系統(tǒng)實際戰(zhàn)位上進行觀測-定位-決策-行動的作戰(zhàn)訓練，并將指揮命令、操控命令等信息反饋給艦艇隨裝仿真子系統(tǒng)，隨裝仿真子系統(tǒng)響應(yīng)艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)傳來的各種指揮命令、操作命令，進行態(tài)勢推演，模擬交戰(zhàn)效果，進行毀傷評估，當有實體毀傷后，由開火方向模擬訓練中心報告，由模擬訓練中心訓練想定生成與控制系統(tǒng)通知被打擊方。上述過程循環(huán)往復(fù)，直至訓練結(jié)束。

模擬訓練過程中，仿真系統(tǒng)與艦艇隨裝仿真子系統(tǒng)之間采用模擬訓練網(wǎng)絡(luò)進行信息交互，所有實裝系統(tǒng)之間通過實際軍用網(wǎng)絡(luò)進行信息交互。

在運行過程中，通過訓練想定生成與控制系統(tǒng)可以發(fā)布對全戰(zhàn)場的導(dǎo)調(diào)情節(jié)。訓練想定生成與控制系統(tǒng)、各艦艇隨裝仿真子系統(tǒng)全程采集訓練數(shù)據(jù)，保存到數(shù)據(jù)庫中。

3）訓練講評階段。訓練結(jié)束后，對訓練全程采集的數(shù)據(jù)進行處理，利用訓練評估子系統(tǒng)對參訓人員進行訓練講評。

3 關(guān)鍵技術(shù)

岸海一體化模擬訓練具有節(jié)點分布廣、空間跨度大、新老艦艇體制差異大、實裝系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)異構(gòu)、參訓人員層級多等特點，系統(tǒng)構(gòu)建必須有效解決多層次訓練態(tài)勢一致、異構(gòu)系統(tǒng)互操作以及多級訓練效果評估等關(guān)鍵問題。

3.1 多層次訓練態(tài)勢統(tǒng)一生成及控制技術(shù)

在帶艦艇實裝的海軍多編隊、跨地域協(xié)同訓練中，為了統(tǒng)一戰(zhàn)場態(tài)勢并減少訓練網(wǎng)絡(luò)負載，一般采用多層級、分布式仿真驅(qū)動方式。高層級想定仿真整個大戰(zhàn)場，仿真的目標多，但粒度較粗；低層級想定仿真與本艦艇相關(guān)的部分，仿真的目標少，但粒度較細。在多級想定仿真驅(qū)動方式下，保證整個虛擬戰(zhàn)場空間生成的一致性以及模擬訓練信息協(xié)同管理、流程統(tǒng)一控制等問題極其重要。

解決分布式訓練統(tǒng)一態(tài)勢生成的思路是建立面向聯(lián)合訓練應(yīng)用的公共模型計算環(huán)境和分布式仿真引擎。公共模型計算環(huán)境是面向海軍訓練的通用計算模塊集，為系統(tǒng)提供通用的模型解算服務(wù)，按需部署在各參訓節(jié)點，保證在相同的輸入條件下其連續(xù)時間內(nèi)的輸出一致；分布式仿真引擎是實現(xiàn)訓練信息化服務(wù)的重要工具，訓練開始前，各級訓練節(jié)點以統(tǒng)一的訓練想定為輸入，執(zhí)行解析、按需創(chuàng)建本節(jié)點模型對象、初始化參數(shù)等步驟，訓練開始后，仿真引擎調(diào)用公共模型計算環(huán)境中的相應(yīng)服務(wù)進行本地模型解算，并通過訓練網(wǎng)絡(luò)接收/上報異常解算結(jié)果，使各層級訓練節(jié)點的運行數(shù)據(jù)保持一致，最大程度地減少了網(wǎng)絡(luò)交互數(shù)據(jù)量。

3.2 面向異構(gòu)訓練系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的軟網(wǎng)關(guān)技術(shù)

將實裝系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)緊密結(jié)合構(gòu)建一體化模擬訓練系統(tǒng)，可以實現(xiàn)優(yōu)勢互補。由于實裝系統(tǒng)與仿真系統(tǒng)在技術(shù)體系、標準規(guī)范等方面沒有統(tǒng)一，訓練系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交互包含作戰(zhàn)系統(tǒng)格式、海軍無線格式、聯(lián)合作戰(zhàn)情報格式等多個海軍現(xiàn)有通信協(xié)議以及仿真系統(tǒng)內(nèi)部格式，每一種通信協(xié)議又涉及平臺報、雷達情報、電子戰(zhàn)情報、機艦群報、指揮勤務(wù)報等多種數(shù)據(jù)形式，需要保證在大量仿真實體條件下，各仿真系統(tǒng)與實裝系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、交互的平滑一致和無縫對接。此外，艦艇載實裝設(shè)備運行具有強實時性，兩類系統(tǒng)互聯(lián)互通時，要求仿真系統(tǒng)必須具備強實時的仿真能力，即訓練時間與物理的墻鐘時間保持嚴格一致。

解決異構(gòu)系統(tǒng)互聯(lián)互通的有效手段是采用中間件技術(shù)［6-7］，建立面向訓練數(shù)據(jù)交互的專用軟網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)關(guān)主要實現(xiàn)兩個功能：一是對態(tài)勢、情報、計劃、命令等數(shù)據(jù)格式進行轉(zhuǎn)換，在仿真系統(tǒng)與實裝系統(tǒng)之間無縫地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；二是實現(xiàn)訓練時間同步。軟網(wǎng)關(guān)采用層次化模塊設(shè)計，不同層級的網(wǎng)關(guān)模塊轉(zhuǎn)發(fā)不同層級的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，軟網(wǎng)關(guān)與分布式仿真引擎可互相訪問，并具備修正訓練時間的權(quán)限，在此基礎(chǔ)上接入外部高精度的時鐘源，通過校時分析對各層級網(wǎng)絡(luò)交互數(shù)據(jù)進行通信級處理，輔助仿真引擎管理各系統(tǒng)的同步推進。

3.3 多層級海軍模擬訓練評估與講評技術(shù)

在較大規(guī)模訓練條件下，受訓兵力規(guī)模龐大、待評對象和考核內(nèi)容繁多，訓練評估完全靠人工或計算機自動化都不現(xiàn)實，采用以計算機為主的半自動評估講評方法，是大規(guī)模訓練評估的有效方法。

在本模擬訓練系統(tǒng)的體系框架下，采集訓練過程數(shù)據(jù)的粒度可以提升到設(shè)備級，這些數(shù)據(jù)包含了訓練過程中參訓人員的指揮、操作以及帶來的效果信息，通過建立海軍訓練的評估講評工具包，使數(shù)據(jù)預(yù)處理、指標分類統(tǒng)計、事件信息分類抽取、可視化過程講評、評估結(jié)果生成等評估全過程工具化。在講評方法上，對采集的數(shù)據(jù)進行挖掘，建立多視圖顯示工具，支持以態(tài)勢圖、統(tǒng)計圖表、戰(zhàn)場事件、專題數(shù)據(jù)等方式對訓練全過程進行多角度展示；建立可組合的數(shù)據(jù)比對分析工具，支持時間、態(tài)勢、兵力、動作四維數(shù)據(jù)的組合比對和跟蹤分析，豐富評估講評手段；建立評估指標定制工具，支持多層級指標的定制和擴展，提升訓練評估的通用性。

4 結(jié)論

本文針對海軍體系化、實戰(zhàn)化、常態(tài)化訓練需求，運用仿真與實裝相結(jié)合、指揮與兵力相結(jié)合的模擬訓練思想，提出了一種岸海一體化模擬訓練系統(tǒng)框架，通過新建少量的仿真系統(tǒng)，將岸基指揮信息系統(tǒng)、艦艇實裝與仿真系統(tǒng)無縫對接，形成指揮所帶實兵的岸海一體化聯(lián)動綜合訓練環(huán)境，受訓人員不脫離實際系統(tǒng)，戰(zhàn)訓一致，大幅減少訓練模擬器開發(fā)投入，節(jié)約成本。通過一套適應(yīng)多級訓練想定驅(qū)動與控制軟件分布部署，使系統(tǒng)可分可合，組訓靈活，支持從艦員小組、艦艇全作戰(zhàn)系統(tǒng)、到多平臺協(xié)同、合同戰(zhàn)術(shù)等一體化訓練，對海軍體系化、實戰(zhàn)化、常態(tài)化訓練條件建設(shè)具有一定的參考價值。