【综述】美军用仿真发展现状与分析

2018-03-13 13:57:36

来源:军桥网

1.引言
 

仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础,以计算机和各种物理效应设备为工具,利用系统模型对实际的或设想的系统进行研究、分析、评估、决策或参与系统运行的一门多学科的综合性技术。能够通过以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉的特定仿真环境,使参与者借助一定的交互设备,按照自己的主观意愿驱动仿真模型与环境,并感知仿真世界的各种对象,从而可以组织完成一些现实中难以完成或根本无法进行的活动。

目前世界各国均认识到仿真技术在军事领域的巨大作用,将军用仿真领域的竞争视为现代化战争的“超前智能较量”,并把建模与仿真看作“军队和经费效率的倍增器”和影响国家安全及繁荣的关键技术之一。军用仿真系统成为研究未来战争、设计未来装备、支撑战法评估、训法创新和装备建设的有效手段,并贯穿于武器装备的体系规划、发展论证、工程研制、试验鉴定与评估、作战使用研究、综合保障直至报废的全生命周期。

2.军用仿真技术
 

随着信息化程度的不断提高,作战及装备系统越来越复杂,对仿真技术的应用需求越来越迫切,仿真技术在国防军事领域中的作用愈来愈重要。世界各军事强国竞相在新一代武器系统的研制过程中不断完善仿真方法,改进仿真手段,以提高研制工作的综合效益。

从技术特点来看,美国国防科学局(Defense Science Board)认为建立集成的综合仿真环境和仿真系统,必须解决五个层次的技术:

基础技术:涵盖光纤通讯、集成电路、软件工具、人的行为模型、环境模型等内容;

元/部件级技术:涵盖内存、显示、局域网、微处理器、数据库管理系统,数/模转换器,建模与仿真构造工具,测试设备等内容;

系统级技术:涵盖微机系统、人机界面、远距离通讯/广域网、计算机图像生成等内容;

应用级技术:涵盖制造过程仿真、工程设计建模与仿真、人在回路仿真系统、随机作战仿真等内容;

系统工程级技术:涵盖原型机、规划、设计与制造、训练与备战、测试与评估的集成综合环境和建模与仿真工程。

从应用领域来看,上述技术能够应用于包括微机系统、远距离通讯/广域网、人机界面、计算机图像生成、数据库管理系统、局域网、光纤通讯、软件工程工具等技术部分,从而为制造过程仿真,工程设计建模与仿真,随机作战仿真,环境模型等军用仿真领域提供支持。

3.美军用仿真发展现状与分析
 

近二十多年来,美国一直将建模与仿真列为重要的国防关键技术。专门成立了国防建模与仿真办公室,公布“国防建模与仿真倡议”,将“综合仿真环境”列为保持美国军事优势的七大推动技术之一。美国国防部将“建模仿真”列为“有助于能极大提高军事能力的四大支柱(战备、现代化、部队结构、持续军事能力)的一项重要国防技术”,以需求为牵引、以积累为基础、以创新为驱动,建立了覆盖战略、战区/战役、战术/任务、交战/系统层级,涉及各军兵种及联合作战的真实、虚拟、构造的全谱仿真系统、设施和环境,全面支撑武器装备研制和采办、模拟仿真训练、作战分析、作战实验、试验鉴定、作战计划模拟推演等应用,推动先进武器装备快速采办和换代发展、军事训练和演习模式与能力的转型、军事理论和战争实践不断革新。

以美军为代表的西方发达国家军队,基于绝对领先甚至跨代优势的装备和技术发展思路、多次局部战争实践及军事转型和武装力量建设改革的需要,通过立法和鼓励技术创新相结合,大力推动仿真技术的研究创新和应用转化,正在将军事仿真系统大量应用到军队作战实验、模拟训练、装备论证和联合试验等领域,推动着军用仿真技术的发展和军事变革。

(1)作战实验领域

在作战实验、推演分析、作战计划领域,通过观察和分析受控变量与观测结果的因果联系或关系,识别、开发、评估、提出新的作战概念和任务能力及条令、组织、训练、物资、领导、人员、设施的变革需求,依据对作战带来的影响和效果,为转型、改革、发展提供决策支持,尽快将新的理念、技术、能力形成部队实战能力,是美军在该领域的重要发展趋势和应对未来挑战的重要手段。美军以往重要的作战和非战争军事行动都必须在事前经过大量的计算机仿真评估和优化迭代,以减少因作战方案和行动计划不当带来的损失,近年来的多场局部战争,包括伊拉克战争、阿富汗战争、南联盟战争等,都在战前进行了大量仿真推演和评估,有效地减少了作战伤亡,加速了作战胜利的进程。美军参谋长联席会议还主导开发了军事后勤物流仿真系统并发布条令,规定所有重大的装备物资和人员调动,必须在行动方案中进行仿真优化。整体来看,仿真正逐步嵌入作战系统。通过仿真系统与指挥控制系统的互连,捕获公共作战数据,直接从指挥控制系统获取信息,及时更新仿真系统中的战场态势和最新作战目标,是未来作战实验领域的发展趋势。通过超实时仿真分析与评估,指挥员能够“看见”未来并迅速理解军事行动的展开,不断匹配、优选、调整和补充未来方案,从而直接支持作战计划。

(2)模拟训练领域

在模拟训练领域,美军在装备训练仿真、业务训练仿真和指挥训练仿真三方面着力,研制开发各类训练模拟器和系统,如飞行训练模拟器、炮兵模拟训练系统等,通过虚拟作战环境和模拟作战流程让训练人员快速掌握宝贵的操作技巧和作战经验,逼真的视觉、听觉甚至运动感受还能使训练人员能获得真实的操作体验;有针对性地设计具体的作战场景,高效、便捷、节约地提高机关受训人员的业务素养;美军训练仿真系统大量采用了分布式仿真技术计算机生成兵力技术。前者的典型代表是美军提出的高层体系结构HLA,后者的核心是人类行为建模,通过使用计算机生成可自主行为的虚拟兵力,让受训人员指挥的作战实体数目大幅增加,并能够依据敌军的作战条令定制蓝方,从而有效提高了训练过程的对抗性。训练仿真的最终目的是提供一个近似实战的联合训练环境。在模拟仿真系统建设与应用方面,美国陆军使用目标与威胁模拟、战术交战仿真系统、模拟器联网、构造仿真进行训练,海军使用模拟器、嵌入式仿真、兵棋推演进行训练,空军使用模拟器、分布式任务作战、实兵实装演习进行训练,海军陆战队使用模拟器、构造仿真进行训练,联合部队使用军兵种战役战术真实、虚拟、构造仿真集成联邦实现基于能力训练的转型。美军仿真训练具有实战、全谱、积累、创新、联合的特点,联合仿真训练支撑联合作战已成为战备训练和战争实践的科学规律。

(3)装备论证领域

在装备论证领域,半实物仿真、数字仿真等先进仿真应用不仅成为了武器装备技术发展和系统研制的重要实验手段,也已经成为了新型武器装备研制的必备环节。从美国国防部制定装备的发展战略、规划计划、采购部署到维修退役,美军大力推行基于仿真的采办,将仿真应用到装备建设的全生命周期。受军方需求牵引影响,美国各大军火巨头也大力开展仿真技术的研究应用,并在研制和试验过程中大力使用半实物仿真技术,基于装备系统工作原理,使用解算数学模型的实时仿真计算机、模拟目标和环境光学/射频/红外/声学等特性的信号产生装置、模拟装备姿态等运动特性的转台、模拟控制执行机构负载的力矩模拟器、设备通信接口装置和试验控制台等,接入被测试系统或其部分硬件实物,形成逼真环境下的装备系统工作回路,对系统的动态特性和性能进行测试和研究,用于飞机、导弹、鱼雷等武器系统的方案设计、研制、试验鉴定定型、使用维护和改进。

(4)联合试验领域

在联合试验领域,建模和仿真可以优化试验鉴定计划和识别关键或高风险问题,破解因费用或安全等限制无法实装实弹试验鉴定的难题,模拟威胁目标环境和对抗条件或提供激励,预测或外推系统极限条件的包络性能,深化认识理解系统特点和规律,支撑、优化和拓展开发、作战、实装实弹试验鉴定。美国国防部和各军兵种试验鉴定机构持续投资和重点发展新的试验鉴定科学技术、升级改造重点靶场和设施设备、仿真和逼真威胁模拟、联合任务环境试验能力。美军大力推行联合试验,开发试验训练使能体系结构(TENA),并大力推行逻辑靶场理念,将分布不同地域的实兵实装、模拟器和计算机仿真系统互联在一起,开展虚实一体联合试验,有效地降低试验费用,提高效率,使联合试验得以常态化开展,为采办决策提供持续准确可靠的试验鉴定数据支持,降低成本、周期和风险。

4.结束语
 

越来越多的国家已经认识到仿真技术在军事领域的重要作用,并正在大力发展各种军事仿真技术。目前仿真技术正向网络化、虚拟化、智能化、协同化、普适化方向迅速发展。基于虚拟现实的仿真技术、分布交互仿真技术、面向对象的仿真技术、智能仿真系统、综合自然环境仿真技术、仿真模型验证技术等将是仿真技术发展的主要趋势。来源:防务快讯

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