孫旭濤,曹澤宇,孫向前

(中國人民解放軍92941部隊,遼寧 葫蘆島 125000)

導彈武器裝備是我軍艦艇編隊防守和反擊的主要武器裝備,是海軍靶場試驗鑒定的主要對象?！澳艽蛘檀騽僬獭币髮椢淦餮b備在貼近實戰(zhàn)環(huán)境下具有良好的戰(zhàn)術技術性能,同時具備充分的戰(zhàn)場環(huán)境適應能力和裝備體系對抗能力,因此對導彈武器裝備在列裝之前的實戰(zhàn)能力及其在真實戰(zhàn)場環(huán)境下的適應程度做出全面評估和鑒定,已成為導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗的迫切需要和根本任務[1-3]。文獻[1-5]中對導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗條件、試驗指標和試驗關鍵技術等進行了全面研究,然而沒有對海軍靶場如何利用現(xiàn)有內(nèi)場數(shù)字仿真資源、外場武器實裝、測控時統(tǒng)設備、半實物仿真試驗系統(tǒng)等開展導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗進行深入分析。內(nèi)外場聯(lián)合試驗[6-7]使用先進的模型封裝技術和系統(tǒng)集成技術將外場試驗資源(武器實裝、測控時統(tǒng)設備等)和內(nèi)場仿真設施資源(數(shù)字導彈、半實物仿真試驗系統(tǒng)、目標模擬器等)聯(lián)合為有機整體,建立逼真的、復雜的、合成的試驗環(huán)境,在貼近實戰(zhàn)環(huán)境條件下充分考核與評估導彈武器裝備作戰(zhàn)效能與作戰(zhàn)適用性。

本文以充分利用海軍靶場已有內(nèi)外場試驗資源為出發(fā)點,基于內(nèi)外場聯(lián)合試驗思想,開展導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗探究。詳細分析導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗和內(nèi)外場聯(lián)合試驗內(nèi)涵,并設計可以開展導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗的體系結構?；谠擉w系結構設計了導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗方案,為海軍靶場利用現(xiàn)有資源開展導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗提供思路。

1 導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗

雖然國內(nèi)外有關導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗的概念還沒有一個標準定義,但是文獻[3]的闡述較為全面,即導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗是為檢驗與評價信息化條件下導彈武器裝備的作戰(zhàn)適用性、作戰(zhàn)效能及其對體系的貢獻度,由專門作戰(zhàn)試驗鑒定機構獨立主持,在接近真實的作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)對抗、作戰(zhàn)保障等作戰(zhàn)條件下,由使用該裝備的典型部隊人員在一定的戰(zhàn)術編成下所進行的外場鑒定飛行試驗。

1.1 基本內(nèi)涵

導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗要求試驗在盡可能接近實戰(zhàn)的環(huán)境下進行,其基本內(nèi)涵主要有以下幾個方面:

(1)評估作戰(zhàn)效能

作戰(zhàn)效能是指使用裝備的兵力在一定條件下完成作戰(zhàn)任務的程度,簡單地說,就是部隊操作人員在戰(zhàn)場上運用武器裝備完成任務的效果。導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗需要評估導彈武器系統(tǒng)各部分作戰(zhàn)效能,以準確定位各部分作戰(zhàn)效果。

(2)查看作戰(zhàn)適用性

導彈武器裝備交付部隊后需要經(jīng)常地維修、操作、運輸?shù)?因此導彈武器裝備的可靠性、兼容性、可運輸性、可用性、可操作性、安全性等作戰(zhàn)適用性成為了導彈武器裝備始終關注的問題。

(3)搭建實戰(zhàn)環(huán)境

導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗鑒定要求在近實戰(zhàn)環(huán)境條件下實施,目的是使作戰(zhàn)試驗能夠真實反映導彈武器裝備在未來戰(zhàn)場上的使用情況,真實暴露其可能存在的影響導彈武器裝備作戰(zhàn)使用的各種問題。

(4)突出體系對抗

導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗鑒定的被試對象是全裝備產(chǎn)品及其配套設施設備,并將該裝備置于集情報支持、指揮控制、火力支援等其他系統(tǒng)所共同組成的武器裝備體系之中進行考核。

1.2 研究方法

國內(nèi)外學者對作戰(zhàn)試驗研究較為深入,但對作戰(zhàn)試驗具體如何開展研究不足。文獻[3]中提出了導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗研究方法,主要分為靶場實彈試驗法、內(nèi)場仿真試驗法、等效推算試驗法等。導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗的開展需要貼近實戰(zhàn)的戰(zhàn)場環(huán)境,這使得內(nèi)場仿真試驗法和等效推算試驗法在作戰(zhàn)效能和作戰(zhàn)適用性評估方面捉襟見肘,而靶場實彈試驗法以預先擬定的試驗戰(zhàn)情想定為背景,以實裝實兵對抗為手段,對導彈武器裝備進行作戰(zhàn)試驗鑒定。此方法接近實戰(zhàn),數(shù)據(jù)最為真實,但存在試驗組織難度大、經(jīng)費高,具有不可重復性等問題。同時,海軍靶場目前還不具備實彈試驗的靶標、測控、電磁等復雜環(huán)境構設的保障條件,這就需要研究出更為可行的作戰(zhàn)試驗開展方法。

內(nèi)外場聯(lián)合試驗法是在內(nèi)外場合成試驗環(huán)境中對導彈武器裝備的實際部件或子系統(tǒng)進行的試驗鑒定。此方法可以充分利用內(nèi)外場試驗資源(數(shù)字導彈、電子靶標、半實物仿真試驗系統(tǒng)、時統(tǒng)設備、測控設施、實裝平臺、武器實裝等),構建貼近實戰(zhàn)的復雜試驗環(huán)境,同時可以克服靶場實彈試驗法試驗組織難度大、經(jīng)費高以及不可重復性等問題,是目前海軍靶場開展導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗的較好方法。

2 內(nèi)外場聯(lián)合試驗

美軍靶場界認為從傳感器探測端到武器交戰(zhàn)端的完整作戰(zhàn)過程需要跨物理靶場邊界、跨試驗訓練邊界、跨真實和仿真資源邊界的無邊界靶場,并提出各類靶場與設施需要進行互聯(lián)互通互操作?；谏鲜霰尘?美軍首先提出了可以對復雜作戰(zhàn)空間進行逼真表示的聯(lián)合試驗思想,其中聯(lián)合試驗是指依托分布式系統(tǒng)體系結構(分布交互仿真(DIS)/高層體系結構(HLA)/訓練使能體系結構(TENA))將靶場真實試驗資源、半實物仿真資源、數(shù)學仿真資源及模擬器資源與被試武器裝備集成在一起,建立網(wǎng)絡化的合成試驗/測試環(huán)境,為武器裝備系統(tǒng)集成或互操作能力試驗提供必要的手段。

2.1 技術特點

內(nèi)外場聯(lián)合試驗構建一個包含數(shù)學仿真、硬設備在回路仿真和人在回路仿真在內(nèi)的導彈武器系統(tǒng)合成試驗環(huán)境,實現(xiàn)跨區(qū)聯(lián)合、內(nèi)外場聯(lián)合、虛實聯(lián)合等,技術特點主要有統(tǒng)一授時、系統(tǒng)自治、模型封裝、實時設計等。內(nèi)外場聯(lián)合試驗系統(tǒng)是一個復雜的實時系統(tǒng),為了使系統(tǒng)與靶場時統(tǒng)嚴格同步,系統(tǒng)應采用有針對性的時統(tǒng)策略,如系統(tǒng)頂層不進行嚴格的同步閉環(huán)控制、各系統(tǒng)采用獨立的與靶場時統(tǒng)設備時間同步的時間服務器、系統(tǒng)內(nèi)部獨立管理時間等。內(nèi)外場聯(lián)合試驗系統(tǒng)是由多個系統(tǒng)組成的復雜系統(tǒng),各系統(tǒng)獨立管理內(nèi)部各實體狀態(tài)更新、仿真模型運行和時間推進,系統(tǒng)頂層只負責各系統(tǒng)間的交互信息,系統(tǒng)自治包括系統(tǒng)聚集和解聚以及數(shù)據(jù)過濾等。為了保證新建系統(tǒng)具有良好的開放性、可復用性和互操作性,并且能夠兼容靶場已建的數(shù)字仿真系統(tǒng)和半實物仿真系統(tǒng),系統(tǒng)必須采用模型封裝策略。為了保證內(nèi)外場聯(lián)合試驗系統(tǒng)運行的實時性,除了采用系統(tǒng)自治策略外,還需合理劃分系統(tǒng)仿真幀頻,從而實現(xiàn)不同幀頻系統(tǒng)時間同步。

2.2 系統(tǒng)組成

內(nèi)外場聯(lián)合試驗系統(tǒng)一般由以下幾個部分組成:試驗管控系統(tǒng)、導彈數(shù)字仿真系統(tǒng)、導彈復雜電磁環(huán)境半實物仿真試驗系統(tǒng)、雷達射頻目標模擬系統(tǒng)、水面艦艇平臺及武器控制系統(tǒng)實裝、火控仿真系統(tǒng)、靶場測控系統(tǒng)、毀傷仿真分析評估系統(tǒng)和試驗設計及分析評估系統(tǒng)等,它們通過仿真代理及中間件連接成一個有機整體,如圖1所示。

圖1 內(nèi)外場聯(lián)合試驗系統(tǒng)組成Fig.1 Structure of infield and outfield joint test system

仿真代理完成異構系統(tǒng)封裝,實現(xiàn)與中間件交互。中間件作為聯(lián)合試驗體系結構的基礎,實現(xiàn)服務與數(shù)據(jù)的建立、管理和更新,進行消息及數(shù)據(jù)流的傳播。

3 作戰(zhàn)試驗體系結構設計

體系結構主要為系統(tǒng)構建提供通用的軟件框架和標準接口規(guī)范,而作戰(zhàn)試驗體系結構可促進靶場各類試驗資源的互操作、重用與組合,同時根據(jù)任務需要靈活地將分布在各靶場、設施中的試驗、仿真及高性能計算能力集成起來,構成一個貼近實戰(zhàn)的復雜作戰(zhàn)試驗合成環(huán)境。當前支持靶場試驗資源互操作、重用、組合的體系結構主要有以下3類:先進分布式仿真(ADS)、HLA和TENA[8-9]。TENA是建立在ADS基礎上根據(jù)試驗與訓練領域的特定需求對ADS進行擴展,提供試驗和訓練所需的更多特定的能力,但是TENA的最終目標是成為美軍靶場司令官聯(lián)席會議(RCC)標準。要想在國內(nèi)靶場應用TENA,就必須自主開發(fā)TENA所定義的公共基礎設施和各種核心軟件產(chǎn)品。

3.1 系統(tǒng)結構

考慮到目前國內(nèi)支持ADS的軟件產(chǎn)品較多,導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗所構造的大仿真回路擬采用ADS/HLA標準的分布交互式體系結構,如圖2所示。圖2表現(xiàn)的是一個模糊了各種試驗資源類別的、通用的、分布交互式的導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗體系高層視圖。

圖2 體系結構視圖Fig.2 View of system structure

將作戰(zhàn)試驗各試驗資源進行抽象,主要包括試驗資源、試驗數(shù)據(jù)、試驗信息與試驗控制,這些對象數(shù)據(jù)資源都可定義為聯(lián)邦成員,聯(lián)邦成員、對象模型和成員間交互數(shù)據(jù)模型按ADS標準體系結構進行描述,即形成表格形式的數(shù)據(jù)詞典,聯(lián)邦成員間通過通用信息傳輸網(wǎng)絡實時交互數(shù)據(jù),按照發(fā)布/訂購機制進行傳遞和過濾。

3.2 體系結構設計

考慮到靶場現(xiàn)實條件和未來發(fā)展,作戰(zhàn)試驗系統(tǒng)建設可參照HLA標準并吸收和借鑒TENA在試驗訓練領域的先進技術,設計適合靶場實際的作戰(zhàn)試驗體系結構。該體系結構同樣包含規(guī)則、元對象模型和靶場應用程序與中間件接口規(guī)范,而實現(xiàn)靶場各試驗資源互聯(lián)互通互操作的是中間件。該中間件提供給靶場各類應用程序通用的“插接板”,每個應用程序都按照統(tǒng)一標準封裝為“插件”,可實現(xiàn)靶場各類試驗資源即插即用。綜合考慮ADS、HLA、TENA等體系結構,設計了如圖3所示的作戰(zhàn)試驗中間件。

圖3 中間件Fig.3 Middleware

該中間件包含系統(tǒng)建模服務、聲明管理服務、時間管理服務、所有權管理服務、對象實例化、消息管理等,能夠充分集成利用HLA、傳輸控制協(xié)議/因特互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(TCP/IP)、體系結構描述語言(TADL)、公共對象請求代理體系結構(CORBA)等建設的系統(tǒng)資源,實現(xiàn)即插即用,滿足作戰(zhàn)試驗需求。利用該中間件實現(xiàn)的基于內(nèi)外場聯(lián)合試驗的作戰(zhàn)試驗體系結構如圖4所示。

圖4 利用中間件實現(xiàn)的體系結構視圖Fig.4 View of system architecture realized by middleware

采用作戰(zhàn)試驗體系結構可以將靶場現(xiàn)有各種試驗資源(包括虛擬試驗資源、半實物試驗資源、實物試驗資源等)和導彈數(shù)學仿真系統(tǒng)、半實物仿真系統(tǒng)、試驗控制系統(tǒng)、目標模擬系統(tǒng)、毀傷仿真分析評估系統(tǒng)等其他試驗資源整合成貼近實戰(zhàn)威脅的虛實合成試驗環(huán)境。通過外場資源和內(nèi)場資源、真實導彈和虛擬導彈、真實目標和虛擬目標、真實環(huán)境和虛擬環(huán)境相結合的方法,既滿足試驗彈數(shù)和空靶數(shù)的約束條件,又盡可能提供同時攻擊多目標的試驗環(huán)境,預測武器裝備性能、作戰(zhàn)效能,檢驗武器裝備作戰(zhàn)適用性。

4 基于內(nèi)外場聯(lián)合試驗的作戰(zhàn)試驗構想

試驗方案采用1架靶機、1枚數(shù)字導彈和1枚靶彈來模擬空中3批目標,2套目標模擬器分別釋放4枚電子靶標模擬艦艏和左弦4批快速小目標,其中數(shù)字導彈通過高置信度控制模型和半實物仿真系統(tǒng)共同完成,目標模擬器釋放的電子靶標通過雷達波空饋方式產(chǎn)生,艦艇平臺、武器系統(tǒng)、靶機、靶彈、測控設施等為實裝,各試驗資源通過作戰(zhàn)試驗體系結構互聯(lián)互通互操作。試驗方案如圖5所示。目標是演示驗證艦載導彈武器系統(tǒng)基于合成試驗環(huán)境對敵?？漳繕诉M行大閉合回路作戰(zhàn)試驗的技術可行性。作戰(zhàn)試驗系統(tǒng)主要由聯(lián)合試驗控制系統(tǒng)、復雜電磁環(huán)境半實物仿真試驗系統(tǒng)、數(shù)學仿真試驗系統(tǒng)、裝載火控系統(tǒng)的驅逐艦、目標模擬系統(tǒng)、目標毀傷測試分析系統(tǒng)、靶場測控時統(tǒng)設備等組成。

圖5 作戰(zhàn)試驗方案Fig.5 Operational test scheme

作戰(zhàn)試驗過程簡述如下:①驅逐艦、護衛(wèi)艦、靶機、靶彈、靶場測控系統(tǒng)、時統(tǒng)系統(tǒng)、作戰(zhàn)試驗系統(tǒng)等準備就緒;②聯(lián)合試驗控制系統(tǒng)啟動內(nèi)外場各試驗資源,主要包括復雜電磁環(huán)境半實物仿真試驗系統(tǒng)、目標毀傷測試分析系統(tǒng)、數(shù)字仿真試驗系統(tǒng)、目標模擬系統(tǒng)等,完成各試驗系統(tǒng)授時;③驅逐艦雷達開機,靶機、靶彈、數(shù)字導彈適時起飛;④目標模擬系統(tǒng)實時獲取艦艇平臺狀態(tài)信息,適時生成雷達射頻回波信號,模擬來襲的掠海飛行反艦導彈;⑤半實物仿真試驗系統(tǒng)和聯(lián)合試驗系統(tǒng)實時獲取目標信息;⑥驅逐艦空饋式實時探測虛實合成目標,火控系統(tǒng)操作手跟蹤來襲的威脅目標以適時發(fā)射導彈和協(xié)調(diào)彈,協(xié)調(diào)彈模擬導彈在發(fā)射架上的行為,使操作手可順利執(zhí)行導彈作戰(zhàn)程序;⑦數(shù)字仿真試驗系統(tǒng)利用導彈控制模型完成協(xié)調(diào)彈飛行控制,復雜電磁環(huán)境半實物仿真試驗系統(tǒng)模擬彈導引頭跟蹤目標全過程;⑧目標毀傷測試分析系統(tǒng)完成虛實目標攻擊作戰(zhàn)效果評估。

5 結語

導彈武器裝備作戰(zhàn)試驗是檢驗武器裝備作戰(zhàn)試驗作戰(zhàn)效能和作戰(zhàn)適應性的重要手段,海軍靶場雖然具有豐富武器裝備性能試驗鑒定經(jīng)驗和試驗資源,但是靶場開展作戰(zhàn)試驗面臨很多障礙,如模型重用性低、環(huán)境一致性差、仿真標準滯后和靶場建設缺乏統(tǒng)籌等.為建立一個貼近實戰(zhàn)條件的作戰(zhàn)試驗復雜合成環(huán)境,本文基于內(nèi)外場聯(lián)合試驗思想,設計了作戰(zhàn)試驗體系結構,對未來海軍靶場利用內(nèi)外場試驗資源開展作戰(zhàn)試驗進行了深入探討,為將來建立權威、一致、經(jīng)濟并且接近實戰(zhàn)的作戰(zhàn)試驗環(huán)境打下堅實基礎。