楊 咚 陳迎亮

(1.海軍駐昆明地區(qū)軍事代表辦事處 昆明 650118)(2.中船重工集團(tuán)公司第705研究所昆明分部 昆明 650118)

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國產(chǎn)魚雷全數(shù)字仿真系統(tǒng)的應(yīng)用分析*

楊 咚1陳迎亮2

(1.海軍駐昆明地區(qū)軍事代表辦事處 昆明 650118)(2.中船重工集團(tuán)公司第705研究所昆明分部 昆明 650118)

論文通過引入全數(shù)字仿真技術(shù)概念,介紹了某型國產(chǎn)魚雷全數(shù)字仿真虛擬試驗(yàn)設(shè)備的構(gòu)建原理、系統(tǒng)組成和在某型魚雷研制過程突破性的運(yùn)用,設(shè)計(jì)了某型魚雷虛擬樣機(jī)、建立了魚雷虛擬作戰(zhàn)環(huán)境、成功在仿真環(huán)境下開展了魚雷作戰(zhàn)過程的虛擬試驗(yàn),填補(bǔ)了我國魚雷全數(shù)字仿真技術(shù)空白,也對部隊(duì)訓(xùn)練運(yùn)用開發(fā)此類設(shè)備進(jìn)行了應(yīng)用分析和展望。

全數(shù)字仿真; 魚雷; 虛擬作戰(zhàn)環(huán)境

Class Number TJ63+1.8

1 國內(nèi)外發(fā)展情況

全數(shù)字仿真虛擬試驗(yàn)技術(shù)是基于數(shù)字樣機(jī)的試驗(yàn)技術(shù),近年來成為系統(tǒng)仿真領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),其內(nèi)涵主要涉及三方面:試驗(yàn)手段即試驗(yàn)所需設(shè)備的虛擬、試驗(yàn)對象的虛擬、試驗(yàn)環(huán)境的虛擬,它是在長期積累的有關(guān)數(shù)據(jù)、有關(guān)動力學(xué)模型以及各類三維模型的基礎(chǔ)上,利用高性能計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、傳感器或各種虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備,建立可方便進(jìn)行人機(jī)交互的虛擬環(huán)境,在其中對實(shí)體或虛擬樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn),用可視化的方法測試被試物性能及其相互間的關(guān)系[1～2]。

由于該技術(shù)可控、無破壞性、耗費(fèi)小并允許多次重復(fù),它不僅可以作為真實(shí)試驗(yàn)的前期準(zhǔn)備工作,而且可以在一定程度上替代傳統(tǒng)的物理試驗(yàn),減少物理樣機(jī)試驗(yàn)次數(shù),使試驗(yàn)不受場、時間和次數(shù)的限制,并實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)過程的記錄、重復(fù)與再現(xiàn),幫助獲得足夠的性能統(tǒng)計(jì)和評價數(shù)據(jù)[3],實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者、產(chǎn)品用戶在設(shè)計(jì)階段信息的交互反饋,使設(shè)計(jì)者盡早發(fā)現(xiàn)并解決設(shè)計(jì)過程中存在的潛在問題,從而達(dá)到縮短新產(chǎn)品試驗(yàn)周期、降低試驗(yàn)費(fèi)用、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的[4]。

因此,該技術(shù)在發(fā)達(dá)國家在很多行業(yè)開始有了實(shí)際應(yīng)用,在軍事領(lǐng)域也成為了武器裝備研發(fā)的重要工具,美國最早將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于作戰(zhàn)仿真。其研究人員在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)造的數(shù)字化地形、地貌和敵情數(shù)據(jù)庫上進(jìn)行作戰(zhàn)仿真和武器裝備性能的評估。

由于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成戰(zhàn)場環(huán)境可視化不僅僅應(yīng)用在指揮自動化系統(tǒng),對作戰(zhàn)、訓(xùn)練模擬系統(tǒng)以及戰(zhàn)術(shù)評估、論證系統(tǒng)也有重要意義,在軍事領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景,因此,美國軍方始終把虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究與應(yīng)用列于《國防部關(guān)鍵技術(shù)計(jì)劃》中,并將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)視為建設(shè)21世紀(jì)軍隊(duì)和培訓(xùn)21世紀(jì)人才以及發(fā)展新一代信息化戰(zhàn)爭武器裝備的“革命性”手段。

目前,國外武器裝備的研制中已廣泛應(yīng)用數(shù)字試驗(yàn)技術(shù)。根據(jù)國外對“愛國者”、“羅蘭特”及“尾刺”等導(dǎo)彈研制過程的統(tǒng)計(jì)表明,由于采用了全數(shù)字試驗(yàn)技術(shù),使靶試實(shí)彈減少了30%～60%,研制費(fèi)用節(jié)省了10%～40%,研制周期縮短了30%～40%。美軍完成M1改進(jìn)型坦克的作戰(zhàn)試驗(yàn),采用實(shí)物試驗(yàn),需花費(fèi)兩年時間,耗資4000萬美元;而采用全數(shù)字試驗(yàn),則只需3個月,耗資僅640萬美元。

我國魚雷經(jīng)過多年積累和發(fā)展,結(jié)合某型魚雷的研制,在魚雷全數(shù)字仿真虛擬試驗(yàn)技術(shù)上取得了巨大突破,設(shè)計(jì)了某型魚雷虛擬樣機(jī)、建立了魚雷虛擬作戰(zhàn)環(huán)境、成功在仿真環(huán)境下開展了魚雷作戰(zhàn)過程的虛擬試驗(yàn),填補(bǔ)了我國魚雷全數(shù)字仿真技術(shù)空白[5～6]。

2 系統(tǒng)原理

通過大型高速并行系統(tǒng)模擬雷上嵌入式電子環(huán)境,通過更高帶寬的統(tǒng)一數(shù)據(jù)鏈路模擬雷內(nèi)的各種數(shù)據(jù)傳輸通道,提供與雷內(nèi)一致的軟件底層操作接口,并將雷內(nèi)軟件移植至仿真平臺,根據(jù)成熟的理論和可靠的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建魚雷作戰(zhàn)環(huán)境的數(shù)字模型,建立數(shù)字作戰(zhàn)環(huán)境對數(shù)字魚雷的驅(qū)動鏈路,使得數(shù)字某型魚雷軟件完全按產(chǎn)品狀態(tài)運(yùn)行,保證數(shù)字試驗(yàn)的正確客觀性。

全數(shù)字仿真試驗(yàn)系統(tǒng)包括三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):高速并行系統(tǒng)雷上軟件運(yùn)行環(huán)境模擬技術(shù)、軟件代碼跨平臺移植技術(shù)和數(shù)字樣機(jī)敏捷構(gòu)建技術(shù)。

1) 高速并行系統(tǒng)雷上軟件運(yùn)行環(huán)境模擬技術(shù)

雷內(nèi)電子系統(tǒng)環(huán)境與高速并行系統(tǒng)環(huán)境的一個顯著區(qū)別是雷內(nèi)電子系統(tǒng)具有豐富的電子接口,包括AD/DA接口、UART接口、CAN接口、GPIO接口、PWM接口和100Mbps以太網(wǎng)接口等,而高速并行系統(tǒng)主要考慮運(yùn)算能力,接口相對少,本系統(tǒng)中只有以太網(wǎng)接口、PCI-E接口和核間高速接口,但高速并行系統(tǒng)的計(jì)算能力和接口數(shù)據(jù)帶寬數(shù)倍于雷內(nèi)電子系統(tǒng),因此可以通過中間層軟件將數(shù)據(jù)帶寬更高的接口模擬成雷內(nèi)的各種硬件接口,使上層應(yīng)用軟件可按雷內(nèi)環(huán)境運(yùn)行?？紤]到PCI-E總線主要針對高速外設(shè)運(yùn)用,核間高速通道不支持計(jì)算機(jī)之間的連接,因此采用傳輸速率高達(dá)1000Mbs、支持多核共享,并且方便計(jì)算機(jī)之間的級聯(lián),以構(gòu)成更大規(guī)模的并行系統(tǒng)[7]。

魚雷全數(shù)字仿真系統(tǒng)采用如圖1所示方式模擬雷內(nèi)電子平臺環(huán)境,一個計(jì)算核內(nèi)的軟件分為三個層次:以太網(wǎng)端口層、接口模擬層和CPU單元層。以太網(wǎng)接口層通過TCP/IP協(xié)議,根據(jù)端口號將一個網(wǎng)絡(luò)接口劃分為不同的子接口以對應(yīng)不同類型的硬件接口。接口模擬層向下通過TCP/IP協(xié)議完成對外通信,向上通過與雷內(nèi)底層驅(qū)動軟件一致的編程接口完成與上層運(yùn)用的連接,使得雷上軟件可無縫鏈接至仿真平臺。CPU層中包括傳感器和執(zhí)行單元的模擬插件、雷上產(chǎn)品軟件和時鐘同步服務(wù),模擬插件使用模擬接口完成信息交互,并通過模型模擬組件的外部特性。由于仿真系統(tǒng)的計(jì)算能力較雷內(nèi)電子平臺強(qiáng),替換更快的時鐘節(jié)拍加速軟件的運(yùn)行速度,壓縮數(shù)字試驗(yàn)時間;另外仿真系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)關(guān)系較雷內(nèi)環(huán)境復(fù)雜,需要采用專用的時鐘同步機(jī)制,因此仿真系統(tǒng)中有且僅有1個時鐘服務(wù)器,各節(jié)點(diǎn)通過時鐘服務(wù)客戶端來同步仿真步驟。雷內(nèi)軟件在仿真平臺上運(yùn)行不會感知到與雷內(nèi)環(huán)境的差異,底層驅(qū)動接口一致、傳感器與執(zhí)行單元接口和外部特性一致,從而保證了全數(shù)字仿真試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)物試驗(yàn)結(jié)果具有較高一致性。

2) 軟件代碼跨平臺移植技術(shù)

實(shí)現(xiàn)代碼在雷內(nèi)電子平臺和全數(shù)字仿真平臺之間移植的關(guān)鍵在制定合理的編碼規(guī)范,采用國際標(biāo)準(zhǔn),避免使用編譯環(huán)境的特殊功能,同時采用與平臺無關(guān)的軟件結(jié)構(gòu)。某型魚雷的軟件雖然存在多種運(yùn)行硬件環(huán)境,但通過遵守《某型魚雷軟件系統(tǒng)軟件編制規(guī)范》和采用某型魚雷標(biāo)準(zhǔn)軟件結(jié)構(gòu)可滿足了跨平臺移植的技術(shù)要求[8]。

3) 敏捷構(gòu)建技術(shù)

采用一個簡單的模型描述各仿真節(jié)點(diǎn)間復(fù)雜的邏輯關(guān)系是快速構(gòu)建全數(shù)字仿真試驗(yàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵,某型魚雷軟件研制中提出了采用關(guān)系矩陣模型描述仿真節(jié)點(diǎn)關(guān)系的方法,如圖2所示,陣列的行和列均為核編號,由于核間關(guān)系不存在方向性,也不存在自相關(guān)性,因此陣列對角線為空,陣列左下角也為空,陣列右上角的每一個元素對應(yīng)了兩個核之間的關(guān)系。一個核間關(guān)系包括:網(wǎng)絡(luò)地址、模擬端口參數(shù)、傳感器及執(zhí)行單元模擬程序列表和仿真程序列表等四個元素。將核間關(guān)系陣列歸納為核間關(guān)系矩陣R,如式(1)所示。構(gòu)建全數(shù)字仿真系統(tǒng)的過程就是在完成各單項(xiàng)節(jié)點(diǎn)任務(wù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)R矩陣,關(guān)系矩陣中的元素Rij可以是一個基本的核間關(guān)系,也可以是一個子關(guān)系矩陣。

圖1 全數(shù)字仿真平臺環(huán)境模擬框圖

圖2 多核關(guān)系陣列

關(guān)系矩陣方法簡單、清晰,首先將復(fù)雜的系統(tǒng)軟件開發(fā)化整為零,將工作分解為簡單的單項(xiàng)軟件任務(wù),然后化零為整將單獨(dú)的軟件功能集成為功能強(qiáng)大的系統(tǒng)軟件。

(1)

3 系統(tǒng)構(gòu)成

魚雷全數(shù)字仿真系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示,包括魚雷模擬器1、魚雷模擬器2、目標(biāo)模擬器、系統(tǒng)管控與數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)核心交換機(jī)和應(yīng)用終端等。采用基于用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議(UDP)的體系構(gòu)架,運(yùn)用四臺高性能服務(wù)器(包括磁盤陣列)、四臺高性能圖形工作站、高帶寬的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、高速數(shù)據(jù)并行處理單元及視頻加速顯示單元構(gòu)建系統(tǒng)的硬件平臺,滿足仿真系統(tǒng)的可視化、可操作性/重用性、強(qiáng)實(shí)時性、可伸縮性及強(qiáng)交互性等要求[9]。

圖3 全數(shù)字仿真系統(tǒng)構(gòu)成框圖

四臺圖形工作站應(yīng)用終端完成試驗(yàn)過程三維可視化、試驗(yàn)流程控制、數(shù)據(jù)輔助分析和試驗(yàn)流程監(jiān)測。每臺應(yīng)用終端完成的上述具體功能根據(jù)用戶設(shè)置而定。數(shù)據(jù)交換機(jī)作為整個平臺數(shù)據(jù)交換的核心設(shè)備,完成整個平臺的數(shù)據(jù)通信和交換功能。運(yùn)用用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(UDP),實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)內(nèi)部各分系統(tǒng)之間的互聯(lián)。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)以機(jī)箱式萬兆路由交換機(jī)作為數(shù)據(jù)交換中心,支持L2/L3線速交換。采用高性能服務(wù)器,通過高帶寬、低延時的PCI Express總線將高性能服務(wù)器與64核數(shù)據(jù)加速處理單元連成一個整體,4服務(wù)器之間由萬兆網(wǎng)絡(luò)連接,構(gòu)成了256核的大型并行高速數(shù)字處理系統(tǒng),如圖4所示。

圖4 服務(wù)器與數(shù)據(jù)加速單元構(gòu)成的模擬分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在某型魚雷全數(shù)字仿真系統(tǒng)中采用了RTI機(jī)制實(shí)現(xiàn)了“軟總線”功能,使各仿真節(jié)點(diǎn)可靈活地加入仿真執(zhí)行。仿真節(jié)點(diǎn)可作為一個獨(dú)立的進(jìn)程存在,也可由一個或多個進(jìn)程組合而成。仿真節(jié)點(diǎn)之間通過RTI進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和時間同步。

4 虛擬試驗(yàn)實(shí)施過程

如圖5所示某型魚雷全數(shù)字仿真高速試驗(yàn)過程,將雷內(nèi)產(chǎn)品軟件移植至虛擬某型魚雷樣機(jī),按與產(chǎn)品完全相同的軟件技術(shù)狀態(tài)仿真運(yùn)行數(shù)字某型魚雷航行攻擊過程,實(shí)現(xiàn)軟件的測試和評估[10]。

圖5 某型魚雷數(shù)字試驗(yàn)框圖

某型魚雷全數(shù)字仿真試驗(yàn)過程如下,發(fā)控臺配置所有相關(guān)的魚雷發(fā)控參數(shù),包括工況、雷型、預(yù)設(shè)定參數(shù)、彈道控制參數(shù)、操雷設(shè)定參數(shù)等,并配置作戰(zhàn)環(huán)境,包括自導(dǎo)探測模型、尾流探測模型、目標(biāo)機(jī)動模型等,并將常用模型配置為一鍵設(shè)定,模擬魚雷發(fā)射,啟動全雷彈道運(yùn)行。魚雷模擬攻擊過程中,可發(fā)送遙控指令,考慮到加速試驗(yàn)較快,有可能來不及手動發(fā)送遙控指令,可設(shè)定時間點(diǎn)由操控臺自動發(fā)送遙控指令。目標(biāo)模擬器在預(yù)設(shè)軌跡或人工實(shí)時控制模式下航行;聲自導(dǎo)探測模擬器或尾流探測模擬器根據(jù)航行階段對目標(biāo)進(jìn)行探測,并將探測結(jié)果輸入雷內(nèi)彈道模塊;探測模型可設(shè)定;探測結(jié)果可強(qiáng)制設(shè)定;根據(jù)魚雷報(bào)警模型和魚雷航行狀態(tài),魚雷報(bào)警模擬器向目標(biāo)模擬器輸出魚雷報(bào)警信息,目標(biāo)模擬器開始啟動對抗措施,包括干擾器材和機(jī)動規(guī)避。目標(biāo)模擬器對抗方式可由程序預(yù)先設(shè)定,也可實(shí)時由人工控制完成,也可不采取措施;引信模擬裝置根據(jù)魚雷的引信輸出條件和魚雷與目標(biāo)的相對位置關(guān)系給出是否命中目標(biāo)結(jié)論。

5 應(yīng)用效果

1) 復(fù)雜邏輯功能測試

嵌入式系統(tǒng)由于條件限制,軟件流程的驅(qū)動條件很難在實(shí)物樣機(jī)上可控制造,使得直接在實(shí)物樣機(jī)上進(jìn)行復(fù)雜邏輯的軟件測試非常困難。某型魚雷的作戰(zhàn)使用方式非常豐富,使某型魚雷軟件邏輯較復(fù)雜,傳統(tǒng)的軟件測試技術(shù)無法滿足,某型魚雷全數(shù)字仿真高速試驗(yàn)系統(tǒng)成功解決了軍用嵌入式軟件測試難題,如圖6所示。經(jīng)過大量實(shí)航試驗(yàn)證明,完全依靠全數(shù)字仿真試驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行測試的全雷彈道軟件功能性能完全符合要求。

圖6 聲自導(dǎo)多目標(biāo)對抗全數(shù)字仿真試驗(yàn)示意

2) 某型魚雷作戰(zhàn)效能評估

某型魚雷全數(shù)字仿真系統(tǒng)可將虛擬試驗(yàn)時間壓縮至實(shí)物試驗(yàn)時間的5%,效率提高了20倍,可進(jìn)行大樣本的測試分析。通過某型魚雷全數(shù)字仿真試驗(yàn),針對一定進(jìn)入距離范圍和目標(biāo)速度,進(jìn)入角在30°～150°范圍,雷速分別一定條件下,假定攻擊目標(biāo)為100×10m尺度等條件,選擇了1500種尾流作戰(zhàn)態(tài)勢樣本進(jìn)行仿真試驗(yàn)分析;針對一定航速的低速目標(biāo)和高速目標(biāo),自導(dǎo)開機(jī)距離一定范圍,在一定跟蹤速度下,目標(biāo)尺度為100×10m,選擇了1700種聲自導(dǎo)攻擊態(tài)勢樣本進(jìn)行仿真試驗(yàn)分析。通過軟件全數(shù)字仿真試驗(yàn),完成了某型魚雷彈道仿真分析和某型魚雷命中概率分析等,不僅對軟件進(jìn)行了深入測試,而且開展了有效的評估分析。

某型魚雷全數(shù)字仿真系統(tǒng)采用了時間壓縮技術(shù),將測試效率提高了20倍,即1000s的實(shí)際攻擊過程50s即可完成,顯著提高了軟件測試效率,為大樣本軟件效能評估提供了技術(shù)基礎(chǔ)。該技術(shù)可為軟件可靠性定量指標(biāo)分析提供了一種可參考的技術(shù)途徑。目前軟件可靠性的定量分析在可靠性領(lǐng)域中是一大難題,雖然有相關(guān)的分析理論,但工程操作較為困難,例如按某型魚雷最長工作時間n小時計(jì)算,計(jì)算出可靠性指標(biāo)的樣本數(shù)累計(jì)約為10000小時,大約需要416天時間,如果采用全數(shù)字仿真高速試驗(yàn)技術(shù),可在20天左右完成樣本統(tǒng)計(jì),具備工程應(yīng)用條件。平臺差異對軟件可靠性指標(biāo)的影響隨著軟件技術(shù)的發(fā)展和電子平臺技術(shù)的發(fā)展,影響已經(jīng)逐漸減小,在一定設(shè)計(jì)規(guī)范的約束下,可基本消除影響。

3) 實(shí)航軟件逆向驗(yàn)證

軟件研制過程中出現(xiàn)實(shí)航軟件異常情況,在傳統(tǒng)技術(shù)條件下,只能采用人工數(shù)據(jù)比對方式進(jìn)行故障排查,效率低,定位不準(zhǔn)確,通過某型魚雷全數(shù)字仿真試驗(yàn)系統(tǒng),可將實(shí)航數(shù)據(jù)反演至數(shù)字某型魚雷,驅(qū)動軟件按實(shí)航狀態(tài)運(yùn)行,并通過仿真平臺提供的段點(diǎn)調(diào)式工具快速定位故障點(diǎn),因此盡管某型魚雷軟件規(guī)模大,軟件邏輯關(guān)系復(fù)雜,但故障定位效率較高,未出現(xiàn)過軟件故障不清等問題,某型雷科研試驗(yàn)?zāi)硹l次的軟件故障就是是通過該技術(shù)進(jìn)行快速重現(xiàn)和定位的。

6 應(yīng)用展望

鑒于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事領(lǐng)域的諸多優(yōu)勢,各發(fā)達(dá)國家紛紛投入巨資對其基礎(chǔ)技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)加以研究,并在海軍及魚雷作戰(zhàn)訓(xùn)練中得到發(fā)展應(yīng)用;我軍對虛擬作戰(zhàn)的研究也日趨深入,尤其是近年來在魚雷虛擬作戰(zhàn)方面也有新的突破,但與先進(jìn)的軍事大國相比,仍存在不小差距,因此,需要抓住虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在軍事領(lǐng)域的發(fā)展方向,圍繞新的戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢,逐步開發(fā)適合新形勢作戰(zhàn)的虛擬作戰(zhàn)系統(tǒng)平臺。

相對傳統(tǒng)魚雷作戰(zhàn)訓(xùn)練方式,開發(fā)魚雷虛擬作戰(zhàn)平臺將在三個方面具備顯著優(yōu)勢:安全、成本、效率。實(shí)地實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練不僅成本高昂,而且受氣候變化、海況、國際政治等因素影響,同時對戰(zhàn)士生命及環(huán)境造成一定威脅。

美國最早將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于軍事作戰(zhàn)仿真,并引領(lǐng)整個領(lǐng)域的發(fā)展方向,在虛擬海戰(zhàn)方面也開發(fā)了較完備的作戰(zhàn)體系。20世紀(jì)末美國海軍開發(fā)了人造環(huán)境戰(zhàn)術(shù)集成(Synthetic Environment Tactical Integration,SETI)系統(tǒng),該系統(tǒng)為艦隊(duì)提供了訪問海軍海底作戰(zhàn)中心的海底作戰(zhàn)模型和進(jìn)行仿真訓(xùn)練所需的系統(tǒng)、過程和能力。該系統(tǒng)通過人工魚雷、人工目標(biāo)來降低費(fèi)用、提高訓(xùn)練效益,并讓受訓(xùn)人員仿佛置身于真實(shí)的作戰(zhàn)環(huán)境中;同時SETI可提供模擬目標(biāo)對抗和作戰(zhàn)海域的海洋環(huán)境及命中信息評估、真實(shí)目標(biāo)規(guī)避、對抗等功能。該系統(tǒng)主要有三部分組成:大西洋海底試驗(yàn)和訓(xùn)練中心(AUTEC)、演習(xí)通信中心(ECC)、武器分析設(shè)備(WAF),整個魚雷發(fā)射評估的流程為:通過SETI虛擬魚雷程序,潛艇在訓(xùn)練中心AUTEC任何深度發(fā)射虛擬魚雷,魚雷運(yùn)行于武器分析設(shè)備上(WAF),通信中心(ECC)完成整個數(shù)據(jù)通訊。

2002年底,美國在艦隊(duì)綜合訓(xùn)練中首次驗(yàn)證了海上虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)(Virtual At-Sea Training,VAST),該系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)了海洋立體戰(zhàn)斗空間,使全體艦隊(duì)官兵實(shí)時參與主導(dǎo)整個戰(zhàn)斗過程。該系統(tǒng)可模擬任何感興趣的交戰(zhàn)空間及目標(biāo),同時可與戰(zhàn)斗兵力戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)(Battle Force Tactical Training,BFTT)集成使用。2010年美國又相繼投入使用了艦上、岸上虛擬學(xué)習(xí)系統(tǒng)(Virtual Environments for Ship and Shore Experiential Learning,VESSEL),潛艇訓(xùn)練虛擬環(huán)境系統(tǒng)(Virtual Environment Submarine Trainer,VEST)分別用于訓(xùn)練培訓(xùn)新兵及未來海軍軍官。

德國法國等歐洲國家的虛擬魚雷作戰(zhàn)系統(tǒng)與美國的網(wǎng)絡(luò)式交互系統(tǒng)不同,更側(cè)重于開發(fā)獨(dú)立的模擬器或依托于某型魚雷開發(fā)模擬系統(tǒng)。如法國的海上魚雷處理系統(tǒng)直流模擬器用于魚雷遠(yuǎn)程操作控制仿真,可模擬各種海底條件、海流、魚雷、可見度、其他物體和資源探測等。德國的指揮與操作訓(xùn)練器,訓(xùn)練內(nèi)容包括船只控制,水下目標(biāo)的探測和區(qū)分,對魚雷的區(qū)分、平衡和報(bào)告以及對水上機(jī)器人的控制等,同時也包括一些維護(hù)訓(xùn)練。德國以332型攻擊魚雷為基礎(chǔ),開發(fā)了DSQS-11M型模擬控制器;另外,法國艦艇建造局專門為德法兩國共同研制的MU90輕型反潛魚雷開發(fā)了SIMOPE魚雷模擬器。

2004年,澳大利亞與美國聯(lián)合開發(fā)MK48 Mod7型魚雷時,專門成立了海上實(shí)驗(yàn)室(Maritime Experimentation Laboratory,)及魚雷系統(tǒng)中心(Torpedo Systems Centre,TSC)用于承擔(dān)一系列虛擬戰(zhàn)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)實(shí)驗(yàn),并利用TSC完善的模擬和仿真工具進(jìn)一步研制新型MK48重型魚雷。

目前我國裝備部隊(duì)的主戰(zhàn)魚雷尚缺乏虛擬訓(xùn)練系統(tǒng),主要依靠操雷進(jìn)行實(shí)航練習(xí)。我國最新研制的某型魚雷即將大規(guī)模裝備部隊(duì),部隊(duì)面臨的首要問題是如何掌握該型魚雷的使用方式和最大程度的發(fā)揮產(chǎn)品的作用,使得在最短的時間內(nèi)形成戰(zhàn)斗力,而組織各型魚雷的操作訓(xùn)練是解決這一問題的關(guān)鍵。由于魚雷是典型的大型復(fù)雜電子裝備,艦艇部隊(duì)配備少,在實(shí)裝上進(jìn)行操作訓(xùn)練會造成裝備的嚴(yán)重?fù)p耗,降低裝備的生命周期,一是不能滿足大批次人員的集中訓(xùn)練,二是多種類型的魚雷難以統(tǒng)一組織進(jìn)行訓(xùn)練,更無法針對戰(zhàn)場復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境和任務(wù)進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)適應(yīng)性訓(xùn)練,給操作人員培訓(xùn)和提升裝備的戰(zhàn)斗力帶來了較大難度。因此引入基于全數(shù)字仿真的虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)具有重要的軍事意義,通過虛擬訓(xùn)練系統(tǒng),可針對魚雷產(chǎn)品準(zhǔn)備、作戰(zhàn)指揮決策等進(jìn)行有效的輔助訓(xùn)練,提高部隊(duì)對涉及作戰(zhàn)的重要問題進(jìn)行籌劃設(shè)計(jì)和選優(yōu)決斷的熟練過程。

7 結(jié)語

綜上所述,某型魚雷全數(shù)字仿真系統(tǒng)彌補(bǔ)了我國相關(guān)技術(shù)空白,對某型魚雷的研制起到了關(guān)鍵作用。將全數(shù)字化魚雷仿真系統(tǒng)應(yīng)用于魚雷研制和訓(xùn)練過程,符合減少人員、物資的損耗,提高軍事作戰(zhàn)水平和訓(xùn)練效率的現(xiàn)實(shí)需求。

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《艦船電子工程》編輯部

Application of Domestic Torpedo Full Digital Simulation System

YANG Dong1CHEN Yingliang2

(1. Navy Representative Office in Kunming, Kunming 650118) (2. Kunming Branch of the 705 Research Institute of CSIC, Kunming 650118)

By introducing the concept of full digital simulation technology, the paper introduced building principle and system composition in a certain type of domestic digital torpedo’s virtual test equipment, and the application in course of developing the torpedo. Virual torpedo model was designed, torpedo operational environment was built, the process of torpedo operation virtual test was carried out in the simulation environment successfully. It filled the gaps of torpedo full digital simulation technology in the domestic, and analyzed the application and prospect in the military training and developing such equipment.

full digital simulation, torpedo, virtual operational environment

2014年7月7日,

2014年8月23日

楊咚,男,工程師,研究方向:信號處理和水中兵器研制。陳迎亮,男,碩士研究生,工程師,研究方向:軟件體系結(jié)構(gòu)、數(shù)字化仿真分析。

TJ63+1.8

10.3969/j.issn1672-9730.2015.01.006