合成作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)術(shù)對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計研究

孫幸福，侯 磊，金敬強(qiáng)，劉沾沾，李艷飛

（1.北方自動控制技術(shù)研究所，太原 030006；2.北方信息控制研究院集團(tuán)有限公司，南京 211100）

0 引言

進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，世界范圍內(nèi)的新軍事變革風(fēng)起云涌，戰(zhàn)爭形態(tài)發(fā)生了一系列深刻變化，傳統(tǒng)的軍事訓(xùn)練模式面臨挑戰(zhàn)，各個發(fā)達(dá)國家軍隊(duì)紛紛對軍事訓(xùn)練的方法與手段作出改革與調(diào)整，特別是在基地化、模擬化、對抗化和信息化戰(zhàn)爭訓(xùn)練方法上不斷改革創(chuàng)新,模擬訓(xùn)練裝備加快從單裝訓(xùn)練模擬器向模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，由單純的操作技能訓(xùn)練向聯(lián)合對抗轉(zhuǎn)變,由單兵種模擬訓(xùn)練到多軍兵種合成作戰(zhàn)對抗模擬訓(xùn)練轉(zhuǎn)變。

實(shí)兵對抗訓(xùn)練是在實(shí)際地形上進(jìn)行實(shí)兵、實(shí)裝、實(shí)彈戰(zhàn)術(shù)演習(xí)，訓(xùn)練場地要求高，經(jīng)費(fèi)、油料、彈藥等消耗巨大，運(yùn)用“模擬訓(xùn)練系統(tǒng)”，不受訓(xùn)練場地和消耗限額的制約，且能多次組織、反復(fù)進(jìn)行，能夠有效解決“耗不起、打不起”等問題。

合成作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)術(shù)對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)可模擬指揮所指揮作業(yè)環(huán)境、手段、設(shè)備和器材，并以數(shù)字仿真的方式模擬戰(zhàn)場環(huán)境、戰(zhàn)場態(tài)勢、作戰(zhàn)行動過程和結(jié)果，為指揮員提供交戰(zhàn)背景，是支撐組織指揮所開展連貫對抗演習(xí)而構(gòu)建的“人在環(huán)”的作戰(zhàn)指揮模擬對抗平臺，該平臺能夠用來組織進(jìn)行合成作戰(zhàn)指揮對抗模擬訓(xùn)練，能夠支持合成編組多級多類指揮所，在二維虛擬戰(zhàn)場環(huán)境中進(jìn)行模擬對抗［1-7］。

1 戰(zhàn)術(shù)對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的組成和功能

合成作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)術(shù)對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)能夠在聯(lián)合作戰(zhàn)背景下實(shí)施指揮對抗訓(xùn)練，作戰(zhàn)力量涉及陸軍、海軍、空軍，作戰(zhàn)空間涉及陸、海、空、電磁，能夠模擬陸、海、空、天、電等多維空間的戰(zhàn)場環(huán)境和目標(biāo)，模擬諸軍兵種聯(lián)合作戰(zhàn)的情報信息，模擬聯(lián)合作戰(zhàn)條件下的復(fù)雜電磁環(huán)境、氣象環(huán)境，模擬各軍兵種部（分）隊(duì)的作戰(zhàn)行動過程、交戰(zhàn)結(jié)果等。

合成作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)術(shù)對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)訓(xùn)練對象為指揮所指揮員及其指揮機(jī)關(guān)，主要用于交戰(zhàn)雙方完成指揮所編成（組）、作戰(zhàn)籌劃、組織指揮戰(zhàn)斗、組織戰(zhàn)術(shù)協(xié)同、組織戰(zhàn)斗保障、組織指揮所勤務(wù)等對抗訓(xùn)練，以統(tǒng)一的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境為前提，以“人在環(huán)”的仿真對抗訓(xùn)練為基本形式，通過使用指揮所模擬器完成對抗雙方指揮作業(yè)和指揮過程，通過聚合級計算機(jī)生成兵力模擬對抗雙方作戰(zhàn)編成內(nèi)的虛擬兵力。

系統(tǒng)主要由管理控制、導(dǎo)調(diào)控制、模擬指揮、虛兵生成、戰(zhàn)場環(huán)境仿真5部分組成。

1.1 管理控制

該部分作為對抗訓(xùn)練系統(tǒng)的技術(shù)保障系統(tǒng)，由多名綜合管控人員完成訓(xùn)練準(zhǔn)備階段的數(shù)據(jù)維護(hù)、軟件維護(hù)等工作，演習(xí)階段的節(jié)點(diǎn)管理、系統(tǒng)監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測等工作。

1.2 導(dǎo)調(diào)控制

該部分主要功能是根據(jù)對抗訓(xùn)練課題，設(shè)置戰(zhàn)場環(huán)境（包括作戰(zhàn)地域、氣象環(huán)境、電磁環(huán)境），設(shè)置雙方交戰(zhàn)兵力，并在訓(xùn)練過程中實(shí)時監(jiān)控和記錄對抗雙方的兵力狀態(tài)（包括位置、戰(zhàn)果戰(zhàn)損、消耗等），及時發(fā)布干預(yù)指令，并在演習(xí)結(jié)束時生成對抗結(jié)果的分析評估報告。

1.3 模擬指揮

模擬指揮部分主要功能是模擬指揮所的指揮作業(yè)環(huán)境，為了貼近實(shí)戰(zhàn)，指揮所模擬對抗訓(xùn)練系統(tǒng)一般采用實(shí)裝設(shè)備或研制模擬實(shí)裝的設(shè)備模擬器，主要模擬其指揮裝備和手段，如模擬程控電話、無線電臺、視頻會議等各級指揮所的通信手段、裝備及通信鏈路，模擬指揮所的指揮控制、態(tài)勢感知、作戰(zhàn)籌劃、通信網(wǎng)絡(luò)等功能，滿足指揮作業(yè)的需要，并能夠與導(dǎo)調(diào)控制進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

模擬指揮包括紅軍模擬指揮、藍(lán)軍模擬指揮和通信網(wǎng)絡(luò)仿真3個部分，具體包括紅/藍(lán)指揮作業(yè)環(huán)境、紅/藍(lán)指揮作業(yè)器材、紅/藍(lán)指揮鏈路仿真、紅/藍(lán)模擬指揮軟件組成。

指揮作業(yè)環(huán)境包括承載環(huán)境、訓(xùn)練器材，指揮鏈路是指模擬的各類通信網(wǎng)絡(luò)鏈路，包括有線網(wǎng)、無線網(wǎng)等，通信鏈路仿真模擬地形、電磁環(huán)境對通信的影響，結(jié)合聚合級計算機(jī)生成兵力系統(tǒng)仿真模型給出的實(shí)體狀態(tài)，考慮仿真節(jié)點(diǎn)實(shí)時位置、損毀狀態(tài)等對通信的影響。

1.4 虛兵生成

圖1 合成作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)術(shù)對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)概略組成圖

虛兵生成的交戰(zhàn)力量由計算機(jī)生成兵力構(gòu)成，以CGF（聚合級計算機(jī)生成兵力）的方式提供合成指揮所模擬對抗的交戰(zhàn)兵力。

虛兵生成部分主要功能是為指揮所受訓(xùn)環(huán)境提供宏大而逼真的對抗條件和對抗兵力，對合成的力量進(jìn)行仿真，模擬各軍兵種兵力的行為、狀態(tài)和能力，并提供兵力操控節(jié)點(diǎn)，根據(jù)指揮所指揮人員的指控命令，操控計算機(jī)生成兵力編成的虛擬兵力執(zhí)行作戰(zhàn)行動，同時反饋過程和結(jié)果數(shù)據(jù)。

虛兵生成部分由紅軍聚合級計算機(jī)生成兵力、藍(lán)軍聚合級計算機(jī)生成兵力組成。

圖2 作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)術(shù)對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)通用抽象體系結(jié)構(gòu)

1.5 虛擬戰(zhàn)場環(huán)境仿真

虛擬戰(zhàn)場環(huán)境是作戰(zhàn)行動的外部條件，為模擬對抗訓(xùn)練系統(tǒng)提供用于仿真的基礎(chǔ)和動態(tài)信息，包括地理環(huán)境、氣象環(huán)境、電磁環(huán)境和戰(zhàn)場核生化環(huán)境。指揮所對抗仿真系統(tǒng)的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境主要是數(shù)據(jù)仿真，基本方法是把戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成計算機(jī)能夠識別的戰(zhàn)場環(huán)境模型。

2 對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

2.1 綜合集成

合成作戰(zhàn)指揮模擬對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)是大規(guī)模復(fù)雜異構(gòu)系統(tǒng)，規(guī)模大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及真實(shí)模擬、構(gòu)造模擬、虛擬仿真等主要類型，系統(tǒng)中的仿真實(shí)體涵蓋陸軍各兵種及?？哲姅?shù)百甚至上千個,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)也超過數(shù)百臺,系統(tǒng)之間的接口關(guān)系復(fù)雜。既包括服務(wù)于組訓(xùn)人員的導(dǎo)調(diào)控制和管理控制，又包括服務(wù)于受訓(xùn)人員的人在回路的模擬指揮所、末端操控終端、聚合級計算機(jī)生成兵力。

系統(tǒng)通過制定統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)各部分的互聯(lián)互通，解決了整個訓(xùn)練環(huán)境的時空一致性等問題。

2.2 技術(shù)架構(gòu)與邏輯連接關(guān)系

系統(tǒng)構(gòu)設(shè)指揮網(wǎng)、仿真網(wǎng)和監(jiān)控網(wǎng)3個邏輯網(wǎng)。其中，指揮網(wǎng)用于傳輸作戰(zhàn)指揮信息，包括指揮簡令、偵察情報、戰(zhàn)果戰(zhàn)損、戰(zhàn)術(shù)定位等信息類型，這些信息通過局域網(wǎng)由通信網(wǎng)絡(luò)仿真服務(wù)器進(jìn)行鏈路仿真后進(jìn)行中轉(zhuǎn)，仿真實(shí)際通信網(wǎng)絡(luò)的鏈路狀態(tài)、數(shù)據(jù)延遲等；仿真網(wǎng)傳輸計算機(jī)生成兵力仿真的實(shí)體狀態(tài)、導(dǎo)控和管控數(shù)據(jù)等信息，采用HLA_RTI傳輸框架；監(jiān)控網(wǎng)主要傳輸作戰(zhàn)指揮對抗演習(xí)過程中的視頻監(jiān)控信息，采用獨(dú)立物理網(wǎng)絡(luò)。

系統(tǒng)的硬件包括通用設(shè)備、模擬設(shè)備、裝備模擬器組成，通用設(shè)備包括通用臺式計算機(jī)、高性能服務(wù)器、工業(yè)平板、各種交換機(jī)、席位操控臺、視頻監(jiān)控設(shè)備、IP電話設(shè)備等；模擬設(shè)備主要包括虛擬通信電臺、虛擬車通等；裝備模擬器包括模擬指揮方艙。

系統(tǒng)的軟件采用分層體系結(jié)構(gòu)，包括數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)層，數(shù)據(jù)層包括編制庫、裝備性能庫、兵力模型庫等；服務(wù)層包括各支撐平臺，包括指揮平臺、兵力仿真平臺、通信網(wǎng)絡(luò)仿真平臺；業(yè)務(wù)層包括模擬指揮、虛兵生成、管理控制和導(dǎo)調(diào)控制、戰(zhàn)場環(huán)境仿真等子系統(tǒng)的應(yīng)用軟件。

圖3 系統(tǒng)邏輯關(guān)系

3 對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)組織運(yùn)用

合成作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)術(shù)對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)通常在導(dǎo)調(diào)控制、管理控制、虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的支撐下,以多級指揮所聯(lián)合組訓(xùn)的方式實(shí)施。以指揮所模擬器作為受訓(xùn)人員進(jìn)行指揮作業(yè)的模擬指揮場所；設(shè)置兵力操控席位，依據(jù)指揮所受訓(xùn)人員的指揮命令，操控計算機(jī)生成兵力行動，并將對抗結(jié)果反饋給受訓(xùn)人員。依托合成作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)術(shù)對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)組訓(xùn)時，在導(dǎo)演部的組織下，使用導(dǎo)調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行組織，一般分為對抗訓(xùn)練準(zhǔn)備、對抗訓(xùn)練實(shí)施、訓(xùn)練總結(jié)評估3個階段。

4 關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向

4.1 計算機(jī)生成兵力建模與實(shí)現(xiàn)技術(shù)

1）計算機(jī)生成兵力的多分辨率建模。多分辨率建模，一般在作戰(zhàn)模擬需要在不同層次下進(jìn)行時需要解決的問題。模擬過程中常見的分辨率有實(shí)體分辨率、屬性分辨率、邏輯相關(guān)分辨率、空間分辨率、時間分辨率等，它們分別指的是模型中可識別出來的實(shí)體大小、實(shí)體內(nèi)部屬性、實(shí)體之間邏輯關(guān)系，以及可以分辨出來的模擬過程、空間尺度、時間尺度等。多分辨率仿真中不同分辨率模型之間的轉(zhuǎn)換過程用聚合與解聚來描述，針對復(fù)雜作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)，模型的聚合與解聚要做好不同分辨率模型之間的連接，而又不影響結(jié)果與過程的準(zhǔn)確性。

2）信息對抗和精確打擊等新型作戰(zhàn)力量仿真建模。信息對抗包括電子對抗、網(wǎng)絡(luò)對抗和心理對抗等，信息對抗建模仿真要分別建立通信、雷達(dá)和光電的偵察干擾和抗干擾模型，并對戰(zhàn)場上的敵我雙方所有電磁輻射源進(jìn)行不同時域、頻域和能域的仿真，在此基礎(chǔ)上建立電子對抗行動與情報獲取、指揮控制、精確打擊協(xié)同動作的影響關(guān)系模型，從而準(zhǔn)確地量化描述電磁干擾對作戰(zhàn)行動的影響。精確打擊建模仿真需要建立精確打擊武器、彈藥的仿真模型，根據(jù)打擊武器行動特點(diǎn)建立精確打擊行動模型，建立目標(biāo)引導(dǎo)分隊(duì)與火力打擊分隊(duì)的行動關(guān)系模型，還要建立抗精確打擊的防護(hù)模型，以達(dá)成量化描述抗精確打擊的效果。

3）實(shí)踐數(shù)據(jù)驅(qū)動和規(guī)則外置。通過實(shí)踐數(shù)據(jù)驅(qū)動計算機(jī)生成兵力仿真，充分利用部隊(duì)平時訓(xùn)練數(shù)據(jù)，把部隊(duì)日常訓(xùn)練情況貫穿模擬仿真全過程，既支撐系統(tǒng)仿真計算，也反映部隊(duì)日常訓(xùn)練的薄弱環(huán)節(jié)，與實(shí)際作戰(zhàn)我情條件相吻合，與部隊(duì)作戰(zhàn)能力和作戰(zhàn)水平相吻合；通過將戰(zhàn)術(shù)規(guī)則、行為邏輯等數(shù)據(jù)進(jìn)行外置，方便組訓(xùn)人員針對不同受訓(xùn)對象進(jìn)行錄入和修改，能夠大幅提高計算機(jī)生成兵力模型的通用性和擴(kuò)展性。

4.2 虛擬戰(zhàn)場環(huán)境仿真技術(shù)

虛擬戰(zhàn)場環(huán)境為作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)術(shù)對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)提供用于仿真對抗的基礎(chǔ)和動態(tài)信息，運(yùn)用計算機(jī)仿真、可視化計算、多媒體、圖形圖像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場環(huán)境的逼真呈現(xiàn)，并為作戰(zhàn)指揮對抗模擬訓(xùn)練提供虛擬的戰(zhàn)場環(huán)境，完整地表達(dá)戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)，使受訓(xùn)人員達(dá)到“身臨其境”的感覺。

4.3 系統(tǒng)綜合集成技術(shù)

1）統(tǒng)一的體系框架和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)技術(shù)。作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)術(shù)對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)作為一種分布式、交互式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，具有非常高的系統(tǒng)復(fù)雜度，系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)用于解決系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)等方面的技術(shù)問題，并為系統(tǒng)設(shè)計提供有效的表達(dá)和交流手段。

2）廣域環(huán)境下各類系統(tǒng)的分布交互和綜合集成。作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)術(shù)對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)應(yīng)用形式分集中式本地對抗與分布式異地對抗兩種，通過分布式交互實(shí)現(xiàn)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程對抗，減少了組織環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、跨建制、跨軍（兵）種的部隊(duì)開展異地遠(yuǎn)程模擬對抗訓(xùn)練。

3）統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定。為實(shí)現(xiàn)模擬對抗訓(xùn)練系統(tǒng)的互連、互通和互操作，建模與仿真資源的共享和重用，在系統(tǒng)的研制過程中，必須嚴(yán)格遵循相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范涉及系統(tǒng)開發(fā)、模型和數(shù)據(jù)建設(shè)等方面，包括數(shù)據(jù)類標(biāo)準(zhǔn)、模型類標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)類標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)與管理類標(biāo)準(zhǔn)等。

4.4 作戰(zhàn)模擬可信度評估技術(shù)

由于現(xiàn)有的建模與仿真技術(shù)總是無法完全準(zhǔn)確地描述和復(fù)現(xiàn)真實(shí)系統(tǒng)（或過程），因此，對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中的仿真模擬開發(fā)首先要解決可信性問題，可信度是系統(tǒng)模擬最重要的評估指標(biāo)。為了保證作戰(zhàn)模擬結(jié)果的正確可信、有效，必須對作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)及其模型進(jìn)行校核、驗(yàn)證和確認(rèn)，校核技術(shù)、驗(yàn)證技術(shù)、確認(rèn)技術(shù)等可信度評估技術(shù)成為系統(tǒng)研制和考核的關(guān)鍵技術(shù)之一。

5 結(jié)論

隨著作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)術(shù)對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的不斷研制和更新?lián)Q代，針對“指揮對抗訓(xùn)練”提出了更多新的使用要求，但是“實(shí)戰(zhàn)化”是作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)術(shù)對抗模擬訓(xùn)練永恒不變的基本要求，作戰(zhàn)指揮戰(zhàn)術(shù)對抗模擬訓(xùn)練系統(tǒng)研制應(yīng)堅(jiān)持“訓(xùn)練仿真必須像真”、“戰(zhàn)訓(xùn)一體、虛實(shí)結(jié)合”的設(shè)計思想，按照“集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、規(guī)范化”為特征的方向發(fā)展，使作戰(zhàn)指揮模擬對抗訓(xùn)練在“逼真”的虛擬時空中能夠做到真正的“自主對抗起來”。