馮琦琦 蔡卓函 先大蓉

摘要：裝備試驗(yàn)和人員訓(xùn)練是軍隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力形成過程中的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，軍用LVC仿真技術(shù)可以促進(jìn)二者的有機(jī)結(jié)合，加速戰(zhàn)斗力的生成。首先介紹了國外LVC技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，分析了不同時(shí)期不同技術(shù)體系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并對(duì)國內(nèi)開展軍用LVC技術(shù)的情況進(jìn)行了匯總;然后詳細(xì)介紹了以聯(lián)合任務(wù)環(huán)境試驗(yàn)?zāi)芰Α㈥戃姾铣捎?xùn)練環(huán)境、“紅旗軍演”、“虛擬旗軍演”為代表的LVC典型應(yīng)用，具體呈現(xiàn)了LVC技術(shù)在軍用領(lǐng)域的優(yōu)越性;最后預(yù)測(cè)了未來軍用LVC仿真技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，這對(duì)我國開展軍用LVC技術(shù)的研究和應(yīng)用提供了參考。

Abstract： Equipment testing and personnel training are two important links in the formation of military combat effectiveness. Military LVC simulation technology can promote the organic combination of the two and accelerate the generation of combat effectiveness. Firstly， this paper introduced the production and development of foreign LVC technology， analyzed the structural characteristics of different technology systems in different periods， and summarized the domestic development of military LVC technology; then introduced the typical applications of LVC represented by the joint mission environment test capabilities， the army synthetic training environment， "Red Flag Military Exercise" and "Virtual Flag Military Exercise" in detail， which shows the superiority of LVC technology in the military field. Finally， it predicted the development trend of military LVC simulation technology in the future to provide reference for the research and application of technology.

關(guān)鍵詞：軍用仿真;邏輯靶場(chǎng);中間件;試驗(yàn)訓(xùn)練

Key words： military simulation;logical range;middleware;text and training

中圖分類號(hào)：TP391.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）27-0176-04

0? 引言

LVC仿真是分布交互仿真的一種，它能夠通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將分散的實(shí)況仿真（Live Simulation）、虛擬仿真（Virtual Simulation）和構(gòu)造仿真（Constructive Simulation）聯(lián)為一個(gè)可相互作用的綜合仿真環(huán)境[1]。實(shí)況仿真通常包括真實(shí)作戰(zhàn)平臺(tái)、真實(shí)任務(wù)系統(tǒng)和參訓(xùn)人員。虛擬仿真通常包括人在回路仿真模擬器和計(jì)算機(jī)生成兵力[2]，即平常意義上的仿真。構(gòu)造仿真通常包括計(jì)算機(jī)生成的作戰(zhàn)平臺(tái)、系統(tǒng)、人員實(shí)體和組織單位的行為能力等[3]。

近年來，因LVC在軍事領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，得到各國的高度重視。一方面，LVC訓(xùn)練增強(qiáng)了傳統(tǒng)軍事演習(xí)的實(shí)戰(zhàn)性。其生成的作戰(zhàn)規(guī)模和復(fù)雜場(chǎng)景，可以不受實(shí)際人員、裝備和場(chǎng)地?cái)?shù)量的限制，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)條件下的指揮協(xié)同、體系對(duì)抗和跨域聯(lián)動(dòng)等功能。另一方面，LVC試驗(yàn)提高了傳統(tǒng)裝備檢驗(yàn)的可靠性。其構(gòu)建的虛實(shí)結(jié)合的邏輯靶場(chǎng)，可以降低純實(shí)裝試驗(yàn)帶來的不確定性風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)節(jié)省了項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)和人員采辦時(shí)間，實(shí)現(xiàn)各類資源間的共享、重用、互操作，達(dá)到檢驗(yàn)武器系統(tǒng)整體性能的目的?？傊?，LVC可以讓參訓(xùn)部隊(duì)融入到武器裝備的試驗(yàn)鑒定中，也可以讓試驗(yàn)人員融入到參訓(xùn)部隊(duì)的協(xié)同作戰(zhàn)中，完成二者相結(jié)合的任務(wù)[4]。

1? 軍用LVC的發(fā)展歷程

美國是最早在軍事領(lǐng)域開展并運(yùn)用LVC仿真技術(shù)的，經(jīng)過幾十年的不斷更新，現(xiàn)已成為擁有世界上最先進(jìn)技術(shù)和最多成果的國家。我國雖然在LVC領(lǐng)域起步較晚，但隨著仿真應(yīng)用需求的驟然增長(zhǎng)，很多科研單位和企業(yè)也加緊了對(duì)LVC技術(shù)研究與開拓的步伐，并取得了一定成效。

1.1 國外進(jìn)展

20世紀(jì)70年代初，單一武器系統(tǒng)仿真已不能滿足部隊(duì)高級(jí)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練任務(wù)的需求，軍用LVC仿真技術(shù)急需面臨從獨(dú)立運(yùn)營模式向聯(lián)網(wǎng)交互模式的轉(zhuǎn)型。美軍率先發(fā)展并逐漸形成了一系列的仿真協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，包括SIMNET、DIS、ALSP、HLA、TENA等[5]。表1為L(zhǎng)VC各項(xiàng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)綜合對(duì)比的情況。

SIMNET計(jì)劃是將異地的坦克和裝甲車仿真器用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接起來，實(shí)施隊(duì)組級(jí)的協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)。DIS在SIMNET成功的基礎(chǔ)上，完成了異構(gòu)仿真器的互聯(lián)互通互操作。ALSP成功解決了美國陸軍兵團(tuán)作戰(zhàn)仿真和空軍空戰(zhàn)仿真的聚合問題，較好地實(shí)現(xiàn)了構(gòu)造仿真的分布式運(yùn)行。HLA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)成熟規(guī)范，旨在實(shí)現(xiàn)整個(gè)國防領(lǐng)域范圍內(nèi)不同系統(tǒng)的互操作，增強(qiáng)大規(guī)模仿真系統(tǒng)的集成能力[7]。TENA可以應(yīng)用于實(shí)裝參與的硬實(shí)時(shí)仿真環(huán)境，解決了與已有異構(gòu)系統(tǒng)兼容和資源互操作的問題。從國外LVC的發(fā)展趨勢(shì)來看，TENA被公認(rèn)為軍用建模與仿真領(lǐng)域最先進(jìn)的技術(shù)。

1.2 國內(nèi)研究

近年來，我國也在積極探索分布式LVC仿真技術(shù)，目前國內(nèi)的試訓(xùn)研究主要集中在HLA和TENA兩方面，同時(shí)致力于自主研發(fā)部分中間件產(chǎn)品。西北工業(yè)大學(xué)針對(duì)我國軍工領(lǐng)域虛擬試驗(yàn)的現(xiàn)狀，提出了一個(gè)層次化的分布式虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行支撐體系結(jié)構(gòu)（Distributed Virtual Architecture，DVTA），并設(shè)計(jì)了DVTA中間件[8];哈爾濱工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化測(cè)試與控制研究所在借鑒HLA/TENA基礎(chǔ)上，提出了用于仿真、試驗(yàn)及訓(xùn)練等領(lǐng)域的體系結(jié)構(gòu)，開發(fā)了相應(yīng)的軟件支撐平臺(tái)HIT-TENA旨在提高靶場(chǎng)試驗(yàn)訓(xùn)練的通用性[9];西安電子科技大學(xué)針對(duì)我國靶場(chǎng)分布式虛擬試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀與需求，借鑒TENA體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)開發(fā)了靶場(chǎng)虛擬試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)（Virtual Test and evaluation enabling Architecture，VTTA）[10];國防科技大學(xué)在總結(jié)歸納LVC仿真技術(shù)特點(diǎn)及相關(guān)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對(duì)武器裝備聯(lián)合仿真試驗(yàn)提出了以應(yīng)用服務(wù)層、運(yùn)行支撐層、仿真代理層和物理實(shí)體層構(gòu)成的四層仿真體系結(jié)構(gòu)和 “中間件+代理”的一體化集成方案[11];北京仿真中心正在研制支持LVC互操作的分布式聯(lián)合仿真支撐平臺(tái)（Distributed Joint simulation platform，JOSIM），力求為用戶提供聯(lián)合仿真前、事中、事后的仿真數(shù)據(jù)分析與評(píng)估支撐[12];陸軍裝甲兵學(xué)院和中國運(yùn)載火箭研究院聯(lián)合開發(fā)的試驗(yàn)訓(xùn)練一體化仿真支撐平臺(tái)（Test and Training Integrated Simulation Architecture， TISA）不僅能夠很好地解決試驗(yàn)訓(xùn)練的LVC邏輯靶場(chǎng)異構(gòu)集成問題，而且還提出了異地靶場(chǎng)集成的解決方案。圖1為TISA的體系結(jié)構(gòu)。

2? 軍用LVC的典型應(yīng)用

以美國為代表的西方國家高度重視LVC的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在分布式試驗(yàn)?zāi)芰筒筷?duì)訓(xùn)練兩個(gè)方面。美軍的聯(lián)合任務(wù)環(huán)境試驗(yàn)?zāi)芰Γ↗oint Mission Environment Test Capacity，JMETC）基于TENA構(gòu)建初始元模型，為內(nèi)外靶場(chǎng)提供關(guān)鍵性能參數(shù)的演示驗(yàn)證和體系裝備的聯(lián)合試驗(yàn)仿真能力。陸軍合成訓(xùn)練環(huán)境（Synthetic Training Environment，STE），作為未來美國陸軍軍事訓(xùn)練概念和發(fā)展的核心方向，成為推動(dòng)軍事訓(xùn)練轉(zhuǎn)型和提高軍事訓(xùn)練水平的有力抓手。此外，還有“嚴(yán)峻挑戰(zhàn)2006”、3CE仿真環(huán)境特征評(píng)估試驗(yàn)、“紅旗軍演（Red Flag）”系列和“虛擬旗軍演（Virtual Flag）”等的成功，為我國靶場(chǎng)建設(shè)和應(yīng)對(duì)未來一體化聯(lián)合試驗(yàn)訓(xùn)練提供了重要的借鑒意義。

2.1 JMETC與STE

JMETC起始于2005年，由美國國防部作戰(zhàn)試驗(yàn)與鑒定局批準(zhǔn)，通過實(shí)現(xiàn)靶場(chǎng)資源的重用和互操作，可以縮短準(zhǔn)備時(shí)間、降低試驗(yàn)費(fèi)用，并達(dá)到聯(lián)合試驗(yàn)常態(tài)化的目的。它主要由LVC資源層、TENA中間件層、基礎(chǔ)平臺(tái)服務(wù)層和應(yīng)用層四部分構(gòu)成，安全保密和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)貫穿于全程[13]。2006年，JMETC成功為3CE仿真環(huán)境特征評(píng)估試驗(yàn)提供了支持。另外，JMETC還為IO靶場(chǎng)集成提供了分布式的可視化能力和穩(wěn)定逼真的測(cè)試環(huán)境。

STE是一種3D訓(xùn)練和任務(wù)演練工具，通過把實(shí)況-虛擬-構(gòu)造和游戲（Live、Virtual、Constructive and Gaming，LVC-G）整合到共同的環(huán)境中，為士兵提供一個(gè)涉及陸?？仗祀娋W(wǎng)等多領(lǐng)域的指揮和戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練平臺(tái)。它主要由可重構(gòu)虛擬集體訓(xùn)練系統(tǒng)、一個(gè)世界地形、訓(xùn)練仿真軟件、訓(xùn)練管理工具和士兵/小隊(duì)虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)組成，其中“一個(gè)世界地形”旨在創(chuàng)建一個(gè)分辨率足夠高的逼真虛擬世界，讓士兵在訓(xùn)練中心通過點(diǎn)擊虛擬地圖，就能夠進(jìn)入地球上的任何地方，并且隨時(shí)開展虛擬訓(xùn)練。STE非常適合合成部隊(duì)的營、連、排多級(jí)同步訓(xùn)練，在技術(shù)上還可支持旅規(guī)模的訓(xùn)練。目前，美國陸軍已經(jīng)啟動(dòng)合成訓(xùn)練環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)集成試點(diǎn)，預(yù)計(jì)2021年9月達(dá)到初始作戰(zhàn)能力，2023年9月達(dá)到全面作戰(zhàn)能力。

2.2 “紅旗軍演”與“虛擬旗軍演”

美國空軍在越南戰(zhàn)爭(zhēng)中的糟糕表現(xiàn)，促使美軍于1975年舉辦了首次實(shí)裝訓(xùn)練的“紅旗軍演”，一般每年進(jìn)行4次，每次持續(xù)2周左右，目的是有針對(duì)性地提升飛行員的空戰(zhàn)技能和對(duì)抗能力。2020年2月，在“紅旗20-1”軍演期間，75%的演習(xí)是通過人在回路的構(gòu)造仿真環(huán)境完成的，剩下的25%則通過內(nèi)利斯戰(zhàn)術(shù)與訓(xùn)練靶場(chǎng)的實(shí)兵和虛擬仿真環(huán)境共同完成。另外，美方從2005年開始，每?jī)赡甏┎褰M織一次“聯(lián)合紅旗軍演”（Joint Red Flag）。它與“紅旗軍演”有共同的目標(biāo)，但是“聯(lián)合紅旗軍演”的參演級(jí)別更高、分布式合成戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境規(guī)模更大、參訓(xùn)國家的軍兵種數(shù)量和戰(zhàn)機(jī)種類更全，是檢驗(yàn)部隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)能力和試驗(yàn)新武器、新技術(shù)的有力手段[14]。圖2為“紅旗軍演”場(chǎng)景。

美國空軍于2000年拉開了飛行模擬器組網(wǎng)訓(xùn)練——“虛擬旗軍演”的首場(chǎng)大幕，同樣每年舉行4次，每次持續(xù)1周左右，目的為空軍主要作戰(zhàn)部隊(duì)提供所需的LVC訓(xùn)練能力。與“紅旗軍演”相比，“虛擬旗軍演”不需要消耗實(shí)際的燃油、彈藥和物資，幾乎不存在實(shí)裝的損壞和人員的損傷。“虛擬旗軍演”還是美國目前唯一的全譜系飛機(jī)的作戰(zhàn)人員都能參與的重點(diǎn)演習(xí)，參與模擬器囊括了美軍和盟國航空裝備的全部類型，既包括F-15、F-16、F/A-18、臺(tái)風(fēng)、狂風(fēng)、CF-18、B-52、B-1B、C-17、AH-1、V-22等主流裝備，又包括E-3、E-8、RC-135、HH-60G和HC-130等特種飛機(jī)，預(yù)計(jì)還會(huì)陸續(xù)加入了MQ-9無人機(jī)模擬器、聯(lián)合終端攻擊控制器等。除此之外，將在研的武器裝備放在虛擬環(huán)境中測(cè)試，可根據(jù)試用人員的反饋情況，評(píng)估該武器裝備的性能，并為下一步武器裝備的改進(jìn)提供參考意見。圖3為“虛擬旗軍演”場(chǎng)景。

2015年，美軍首次嘗試將“紅旗軍演”與“虛擬旗軍演”相結(jié)合。傳統(tǒng)“紅旗軍演”的區(qū)域只有約3.8萬平方公里，加入“虛擬旗軍演”的可用面積增加到了340萬平方公里，是以往作戰(zhàn)面積的近90倍。這使得相比幾百架實(shí)裝的訓(xùn)練規(guī)模，飛行人員可能不得不與更大數(shù)量級(jí)別的飛機(jī)同時(shí)協(xié)作。此外，這種結(jié)合還在一定程度上避免了人員裝備的來回調(diào)動(dòng)，節(jié)省了差旅費(fèi)用，極大提高了飛行員們的訓(xùn)練積極性。通過在復(fù)雜擁擠的戰(zhàn)場(chǎng)中進(jìn)行模擬訓(xùn)練，作戰(zhàn)人員可以快速了解自身和盟友裝備的優(yōu)劣性，準(zhǔn)確定位他們?cè)谌蝿?wù)密集型體系中的作用，這對(duì)于應(yīng)對(duì)未來日益國際化的軍事行動(dòng)起到了重要作用[15]。

3? 未來趨勢(shì)

LVC仿真技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展與應(yīng)用，逐步形成了較為完整的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，特別是它在軍事領(lǐng)域的目標(biāo)需求明確，讓未來LVC的發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)以下特征：

第一，軍用LVC體系架構(gòu)趨向于多體系的混合集成。實(shí)況-虛擬-構(gòu)造集成架構(gòu)（LVC-IA）目標(biāo)是迅速集成模型和開展仿真，為部隊(duì)提供網(wǎng)絡(luò)化、集成和互操作的支持能力，適應(yīng)部隊(duì)訓(xùn)練需求。考慮到人力物力財(cái)力等因素，以往采用各種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)建成的靶場(chǎng)不能全部推倒重建，因此，在盡量保持和利用原有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，通過中間件、公共對(duì)象模型、公共網(wǎng)關(guān)和橋等實(shí)現(xiàn)內(nèi)外靶場(chǎng)的數(shù)據(jù)交換、時(shí)間同步和協(xié)同管理，力求保證聯(lián)合系統(tǒng)運(yùn)行的一致性與合理性。

第二，軍用LVC將與科學(xué)技術(shù)不斷融合拓展。人工智能、大數(shù)據(jù)、云/霧計(jì)算、數(shù)字孿生、XR（虛擬現(xiàn)實(shí)VR/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR/混合現(xiàn)實(shí)MR）等新技術(shù)的出現(xiàn)，推動(dòng)LVC構(gòu)建出覆蓋領(lǐng)域更廣、仿真環(huán)境更逼真的試驗(yàn)訓(xùn)練一體化系統(tǒng)和平臺(tái)。“十四五”期間，隨著5G及無線鏈路技術(shù)的改進(jìn)，還將為L(zhǎng)VC與新技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化安全融合進(jìn)程提供有力保障。例如，美國海軍通過數(shù)字孿生技術(shù)為“林肯號(hào)”的艦載系統(tǒng)創(chuàng)建數(shù)字化版本，完全體現(xiàn)了艦艇的信息戰(zhàn)能力，實(shí)現(xiàn)了與艦隊(duì)系統(tǒng)戰(zhàn)備狀態(tài)下相同的功能。今后如若開發(fā)艦艇的新程序，只需先在數(shù)字孿生的版本上運(yùn)行代碼，便能幫助技術(shù)人員進(jìn)行測(cè)試軟件性能，更快排除故障和修復(fù)網(wǎng)絡(luò)。

第三，軍用LVC的設(shè)計(jì)發(fā)展依賴于實(shí)際應(yīng)用的需求牽引。裝備的研制、定型、配發(fā)和“人裝結(jié)合”的日常訓(xùn)練是部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力形成的重要保證。未來戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)，對(duì)于裝備試驗(yàn)和軍事訓(xùn)練有了更高的要求，因而對(duì)LVC仿真提供的支撐環(huán)境也就有了新的需求。

4? 結(jié)束語

各國在利用LVC技術(shù)開展部隊(duì)試驗(yàn)訓(xùn)練活動(dòng)所面臨的問題并不相同，因此，我國研究虛實(shí)結(jié)合的LVC仿真不能以跟隨式、復(fù)制式地借鑒為主，需要在現(xiàn)有靶場(chǎng)資源的條件下，結(jié)合我軍實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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作者簡(jiǎn)介：馮琦琦（1992-），女，山東棗莊人，助理工程師，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)仿真;蔡卓函（1990-），女，北京人，助理工程師，主要研究方向?yàn)檐娛卵b備需求論證;先大蓉（1993-），女，四川瀘州人，助理工程師，主要研究方向?yàn)檠b備試驗(yàn)與評(píng)估。