基于CGN的战术通信网模拟训练研究

2011-04-23范春杰李洪梁

指挥控制与仿真 2011年1期

范春杰，李洪梁，杨磊

（解放军95927部队，河北沧州 061037）

建立适应国情特色的新军事变革需求的训练模拟系统建模理论与方法创新的关键点在于：首先，必须准确分析军事需求，才能做到有的放矢；其次，必须引入现代科学技术，从技术层面科学地提出适应此种需求的理论与方法实现，才能有效地解决系统实现中出现的问题[1]。根据战术通信网训练对组网环境的需求，借鉴计算机生成兵力（Computer Generated Forces，CGF）思想，本文提出了CGN的概念，设计了CGN的原理框图；并给出了一种基于CGN的组网模拟器实现思路，探索了基于CGN进行战术通信网模拟训练的全要素虚拟、部分要素虚拟和全实装三种模拟训练模式，为实施逼真的组网环境下战术通信网训练提供了新思路。

1 战术通信网模拟训练

1.1 战术通信网及其训练

战术通信网由通信装备及其网络构成，是未来战场战役、战术层次通信的主要手段，也是数字化部队信息化建设的基础设施。组织战术通信网相关部门和部分队进行训练，使相关人员熟悉和掌握战术通信网的战术、技术性能，以及各种通信装备及组织运用方法。这是有效运用战术通信网组织实施战役（战斗）通信联络，使战术通信网装备迅速形成战斗力的主要手段。

战术通信网训练包括操作技能训练、分队战术训练和综合网络管理训练。操作技能训练主要指单通信设备或通信车的连接与操作、天线架设、交换机配置等。其目的是提高受训者的操作能力。操作技能训练是战术通信网训练的基础。分队战术训练主要指按照作战要求建立和开通战术通信网和通信要素，以及根据战场、网络环境进行调整和转移，培养受训者的协调配合能力和应变能力；分队战术训练是战术通信网训练的中间层次。综合网络管理训练主要指根据战术通信网作战需求分析在网络开通前实施网络规划、在网络运行过程中进行网络监控以及必要的通信部分队指挥。其目的是锻炼受训者的综合调控能力和组织指挥能力。综合网络管理训练是战术通信网训练的最高层次。

1.2 战术通信网训练对组网环境的需求

文献[2]指出：军事训练工作的基本内容包括两个方面：一方面是创造一个带有战争规律的某种程度上近似实战的训练条件、物质环境；另一方面是对受训人员的组织和指导。可见“创造更近似实战的训练环境”是实施训练的中心工作之一。具体就战术通信网训练而言，即如何为操作技能训练、分队战术训练和综合网络管理训练创建近似实战的操作环境、电磁环境、组网环境、气象环境、地理环境和人文环境等，特别是其中的电磁环境和组网环境就成为组织战术通信网训练的中心工作。

事实上，由于战术通信网装备种类众多，技术复杂，加之系统本身的使用寿命限制和训练条件约束，不可能在实装上对参训人员进行长期的、反复的操作技能训练，更加无法实施近实战的组网环境下装备受扰调整、遭火力毁损情况下的装备替换保通等训练。在分队战术训练方面，则由于训练条件限制，较难实施复杂电磁环境下通信节点选择、火力压制或其他条件下的机动、电磁辐射源附近的天线架设调准等分队战术训练。对于综合管理训练而言，一般情况下又很难将所有单通信设备、通信车等硬件装备和综合网络管理系统等软件装备融合在一起，实施组网环境下网络受损、网络性能下降及网络部分设备转移情况下的网络调整训练，以及作战态势变化时的网络重组训练。

因此，采用相关技术研制战术通信网模拟训练系统，特别是为操作技能训练、分队战术训练和综合管理训练提供组网环境，使其既可作为以上各种训练的受动者，同时又可能动地改变网络环境，为受训者提供近实战的网络态势，使受训者在较为真实的组网环境下进行训练，具有重要的现实意义。

2 CGF基本思想和CGN

2.1 CGF基本思想

CGF是目前作战模拟领域研究的热点问题[3]，其可以通过计算机生成战场兵力实体，减少作战模拟或训练模拟中真实作战人员和武器装备的参与，从而节省大量的人力、物力和资金，故广泛应用于训练演习、国防规划、军事运筹和武器研制等领域[4-6]。

CGF的基本思想即在分布交互式仿真构成的分布式虚拟环境中产生具有一定智能行为的仿真实体。这些实体能与具有真实交互设备的武器平台仿真实体、虚拟的武器平台仿真实体和其他计算机生成的兵力实体发生交互作用。CGF的目的在于增加虚拟环境中仿真实体的数量，为“人在回路”的仿真实体提供作战对手或友军支援，提高虚拟战场环境的复杂度和真实性，增强用户（参训人员）的沉浸感，并为战场想定开发者设计演示系统时提供依据。

2.2 CGN的概念和原理

CGN借鉴了CGF的基本思想，通过计算机模拟的方法生成组成网络的装设备、通信车等网元的映像实体，各映像实体通过运行不同层次协议模型组合而成的节点模型，完成一定规则下的组网动作或战术行为，从而形成虚拟组网环境。其中部分映像实体作为实体模型与受训者所操控的对象一一映射，使CGN节点接收外界操控，从而对所形成的组网态势产生影响，反之，整个组网态势作为外部操作网元节点或网元节点模型的依据，从而形成较为真实的组网环境，为训练提供支撑，也可为作战模拟，特别是通信兵作战模拟提供虚拟组网环境。

因为CGN与CGF的基本思想一致，所以可以将其看作CGF在通信网模拟训练领域的拓展；但由于其原理上和实现方面与CGF存在差异，也可说是一种新概念。本文参考CGF的原理框图[4]，将CGN分为网络动态模型、自治行为产生、CGN控制三大部分，其原理框图如图1所示。

图1 CGN原理框图

其中，网络动态模型部分主要包括实体节点模型（训练席位的映像节点模型）、虚实体节点模型（无训练席位对应的节点模型）及由两者构成的动态组网模型，二者共同完成网络的瞬态组网过程和稳态运行过程的网络行为动态模拟；自治行为产生主要是根据组网态势、环境等数据、动作库（主要为战术动作）和规则库（包括组网规则、网络装备组织运用规则等）实时地做出动作决策并执行相应动作，给虚实体节点模型发出节点状态调整和控制指令，如节点机动、装备开关机等；CGN控制则用于对整个CGN系统进行管理和控制，如CGN启动、网络初始化等。

2.3 基于CGN的组网模拟器实现框架

根据CGN原理，并结合HLA（High Level Architecture）已成为军用仿真领域普遍遵守的标准的事实，在某型战术通信网模拟训练系统中实现的一种CGN框架结构如图2所示。在该系统中，将实现CGN的系统称为组网模拟器，其利用OPNET网络仿真工具，完成协议模型、节点模型、链路模型、业务模型等建模，并基于RTI（Run-Time Infrastructure）实现组网模拟器内部和与外界交互。

图2 组网模拟器实现框架

3 基于CGN的战术通信网模拟训练模式

采用基于CGN的组网模拟器实施战术通信网模拟训练，可组织全要素虚拟的模拟训练、部分要素虚拟的模拟训练和全实装模拟训练。

3.1 全要素虚拟的模拟训练模式

全要素虚拟的模拟训练模式如图3所示。其中，导调席主要对训练过程、训练内容进行组织、监视和情况设置，对各受训者的训练情况进行采集，并进行讲评；装备操作训练席主要用于技能操作训练和分队战术训练，完成战术通信网主要通信装备（车）的三维模拟仿真操作训练，并能根据训练情况对某些级别的受训者进行操作提示；网络管理训练席主要用于综合网络管理训练，完成战术通信网网络规划、网络监控和通信指挥等模拟训练；组网模拟器则负责在训练过程中，对战术通信网网络建立和运行的过程以及环境变化对网络的影响进行仿真模拟，并能接收导调的情况设置与训练控制，以支持装备操作和综合网络管理训练。该模式所采用的系统主要以软件形式实现，是一种“人在回路”的模拟系统。

图3 全要素虚拟的模拟训练模式

3.2 部分要素虚拟的模拟训练模式

部分要素虚拟的模拟训练模式如图4所示。与全要素虚拟的模拟训练模式相比，不同点是在模拟训练中引进了实际网络规划、网络管理等软件装备，受训者进行综合网络管理训练全部在实际通信车席位上，基于实际网络管理软件进行，形成一种“人在回路”和“实际软件在回路”的模拟系统。该模式对组网模拟器的要求和全要素虚拟模式基本相同，所提出的更高要求是在仿真系统中实现实际软件与仿真系统的接口，以将网络管理等软件有机嵌入到模拟训练系统中。

图4 部分要素虚拟的模拟训练模式

3.3 全实装的模拟训练模式

全实装的模拟训练模式如图5所示。该模式结合了“人在回路”、“实际软件在回路”、“实际装备在回路”和“实际网络在回路”的特点，需要有线和无线收发设备连接组网模拟器，使组网模拟器作为战场环境下的虚拟网络、模拟信源和信宿与实际网络互连；需要有电磁环境仿真器连接导调席和组网模拟器，以模拟不同干扰源产生不同类型的电磁干扰信号，创建逼真的电磁环境。该模式对组网模拟器提出了更高的要求，即要求实现组网模拟器具有与实际通信装备的收发接口，实现实际通信信号在虚拟网络中运行过程的模拟。

图5 全实装模拟训练模式

以上三种训练模式，各具优缺点。图3所示的模式不损耗实际装备，组织便利，不受训练场地、环境等限制，并且研制花销较小；但操作环境相比后两种模式而言，逼真度相对要差一些。图4所示的训练模式在一定程度上受到训练条件的制约，并且由于需要对软件装备接口进行截获处理，因此研制该模式的训练系统需要厂家配合；但研制花销也较小，且操作环境较为逼真。图5所示的模式则具备全真实的操作环境、电磁环境、气象环境、地理环境和组网环境等，逼真程度最高，是最贴近实战的训练模式；但需要电磁环境仿真器、信号转接器等硬件设备作支撑，研制周期长，花销大。