多兵（机）种体系对抗模拟训练系统设计与实现

范贤德，范 蓉，姚嘉陵

（空军军训器材研究所，北京 100195）

工程与应用

多兵（机）种体系对抗模拟训练系统设计与实现

范贤德，范 蓉，姚嘉陵

（空军军训器材研究所，北京 100195）

针对开展体系对抗模拟训练的迫切需要，设计并实现了多兵（机）种体系对抗模拟训练系统。该系统为复杂巨系统，首先分析系统应具备的功能和结构组成，然后重点介绍系统主要技术。实践证明，该系统将人员与装备、指挥决策与作战行动完全融入到共同的虚拟时空和战场态势中，在近似实战的环境里自主决策、自由对抗，为提升部队信息化条件下体系作战能力开辟了新的途径。

模拟训练；体系对抗；复杂环境；异地互联

0 引 言

随着军事科学技术的飞速发展，利用计算机网络进行“网上论兵”，开展体系对抗模拟训练已成为发达国家空军提升实战能力的重要途径，并以此推动作战训练方式的深刻变革。体系对抗模拟训练，在一定程度上比实兵演习更逼真，未知程度更高，对抗性更强，既能提高指挥班子筹划组织、指挥打仗能力，又能增强部队感知战场态势、灵活运用战法能力。实兵对抗和模拟对抗这两种训练模式相互补充，能够最大限度地锻炼部队未来信息化条件下实战能力。下面就多兵（机）种体系对抗模拟训练系统设计与实现作些介绍。

1 体系对抗训练需求

以兵种模拟训练系统为基础，以专用网络资源为支撑的多兵（机）种体系对抗模拟训练系统，要求其要素齐全、标准统一、结构合理、先进实用，横向覆盖航空兵、地面防空兵、雷达兵、电子对抗兵等诸兵种，纵向贯通合同战术、兵种战术、分队战术、单兵战术及技术等不同层次，系统架构要标准化、对抗要素要集成化、组训模式要网络化、效果评估要精确化、训练过程要实战化。该模拟训练系统主要具备以下功能：

（1）广域性多兵（机）种体系对抗模拟训练。依托专用网络将异地部署的导调指挥和各兵种模拟训练系统联为一体，实现不同系统间的信息融合和实时交互，由区域性合成指挥所统一指挥所属各兵种部队，以各战役方向担负的作战任务为背景，以“红、蓝”体系对抗为主要形式，紧贴作战对手设置演习内容，组织开展实战化实案化模拟对抗。

（2）区域性多兵（机）种战术对抗模拟训练。用于区域性规模内的战术对抗训练，对抗双方分别开设“红”、“红”指挥所，依托所属作战部队模拟训练系统中的模拟训练装备，根据参训部队担负的实际任务设置训练课题，以具体作战行动设置训练内容，开展区域性多兵（机）种战术对抗模拟训练。

（3）局域性战术对抗模拟训练。用于作战部队内部或相互之间，组织开展兵种（专业）合同战术对抗模拟训练和作战部队战术应用训练。

2 系统主要组成

多兵（机）种体系对抗模拟训练系统，主要由导演部、红蓝军合成指挥所、航空兵模拟训练系统、地面防空兵模拟训练系统、雷达兵模拟训练系统、电子对抗兵模拟训练系统、蓝军分队、实装系统、训练评估、网络、战场环境、武器外弹道、计算机兵力生成、训练信息可视化、综合演练管理系统、观摩系统、系统运行管理以及模拟训练装备入网标准等部分组成，系统体系结构如图1所示。系统运行时，通过导控系统的配置和设置，可支持联合与独立两种运行模式。

图1 多兵（机）种体系对抗模拟训练系统组成结构图

3 系统主要技术

3.1 体系架构设计

3.1.1 异地互联架构

多兵（机）种体系对抗模拟训练系统，由分布于全国各地的兵种模拟训练系统通过专用网远程异地互联而成。任意两个异地模拟训练系统的地位是相同的，它们之间在逻辑上没有层次关系，通过广域网桥接工具（WBT，WAN Bridge Tool），在不改变原有模拟训练系统网络体系架构的情况下，便捷地实现异地互联。WBT从体系结构上可划分为代理部件（Surrogate）与转发部件（Transformation Manager）模块。每个模拟训练系统所在的内网（局域网）需要配置至少一个WBT；运行时，本地WBT的代理部件接收其内网信息数据，通过其转发部件传输给异地内网WBT的代理部件，完成本地数据的远程发送，同时，本地WBT代理部件还负责从其转发部件处接收异地模拟训练系统组成员信息数据，转发给本地内网中模拟训练系统的所有成员，完成远程数据的接收。WBT软件逻辑结构如图2所示。

时间同步。采用软硬件相结合的分层式混合时间同步法，各地模拟训练系统在授时结点（时间同步机）上利用北斗进行校时，各模拟训练系统内部成员通过实时操纵系统与本局域网中时间同步机进行软件同步。由于北斗授时精度和实时操纵系统的定时精度均很高，因此可使不同模拟器组同步精度达到10 ms。

数据传输延迟补偿。采用时戳机制和DR技术对广域网数据传输延迟进行补偿。时戳机制即在所有实体状态包（简称ESPDU）中都加入信息产生时刻的精确时间，WBT将接收到远程结点发来的新ESPDU中的时戳与接收时刻对比，计算出该ESPDU包网络数据传输延迟的大小，采用DR推算方法将仿真实体的运动状态递推到当前值。

异地数据流量控制。Fn是第n个局域网WBT向异地外发数据总量；Di是本域内第i个仿真平台向域内WBT发送的数据量；Ti是WBT对第i个仿真平台数据采集间隔时间；Jn是第n个局域网WBT向异地订购的数据总量，则第n个局域网WBT异地交互数据总量为 Z总流量＝Fn＋Jn，其中：Fn＝，则有

图2 WBT软件逻辑结构示意图

由式（1）可知，只要对Fn进行有效控制，就可处理好有限的异地网络资源与成员不断增加的矛盾，数据流量闭环控制示意如图3所示。

图3 WBT外发数据流量控制示意图

WBT依据各成员间的关联性、成员态势、成员各关键系统工作状态等，采用唤醒、数据过滤、变步长采集、DR算法、数据压缩等流量控制策略，对异地交换数据量进行控制。

3.1.2 局域互联架构

本地模拟训练系统逻辑上采用的是一种网状结构，其中的每一个仿真结点都采用广播方式将本结点的实体数据发往网络中其它所有结点，同时又接收其它结点信息，由接收方来决定所收到的信息是否对本结点有用。仿真结点之间是对等的关系。每个仿真结点不仅要完成自身的仿真功能，还要完成信息的发送、接收、理解等处理。时间推进与实际时

局域数据流量控制。局域主干以太网为1 000 M，有效可利用带宽按500 M计算，假设每个模拟器发送10种类型数据，发送频率100 Hz，每个数据包平均1 KB，则500 Mb／10×100×1 KB＝63，远不能满足体系对抗接入实体数量要求。各局域主干以太网数据总流量为是本局域网的WBT向局域主干网传送的外来实体数据；是本局域网各节点广播数据；I是局域节点总数；J是节点数据类总数；di／Ti是该类型数流量。局域数据流量控制依靠异地代理服务器和域中各节点代理服务器，按照类同异地流量控制方法进行控制。

网络数据奇异性处理。节点接收网络数据的正确性和规范性影响着节点运行的稳定性，异常的网络数据包括超出规定范围的不合理数据、奇异的数据、不符合协议的数据等。网络代理服务器的数据奇异性处理包括对本系统内部产生的、需要广播到外网上的数据进行处理和对从外网接收到的数据进行处理。

图4 同地模拟训练系统内部互联示意图

系统运行监控。网络代理服务器通过对内部各软件模块定制的心跳协议检测和对内部各硬件模块关键数据的定时采集分析，形成本节点运行情况报告，并将其传送到导调控制系统的技术保障席位，实现巨系统工作情况的实时掌握和故障的快速处理。

3.2 复杂电磁环境

3.2.1 机载火控雷达干扰条件下的仿真

在收集整理分析有源干扰条件下，机载火控雷达探测能力和被干扰现象大量试验和部队使用数据的基础上，为提高模型的通用性和校核的便利性，采取构建机载火控雷达通用模型库、辐射源电磁辐射特征库和雷达辐射源干扰仿真模型库，通过加载特征库和模型库的方法，实现对特定雷达仿真对象工作过程、电磁辐射特性和干扰现象的仿真。仿真过程如图5所示。

3.2.2 地面警戒雷达网受干扰后对空情态势影响的模拟

警戒雷达网仿真节点产生的雷达情报，是体系对抗模拟训练的主要空情态势信息来源。系统首先建立了地面各单部警戒雷达在复杂电磁环境下的仿真模型和电磁辐模型，对体系中各型雷达工作过程及电磁辐射特性进行仿真，然后依据警戒雷达组网模式和数据融合，对警戒雷达组网后探测威力、探测精度、抗干扰能力等进行建模仿真，实现地面警戒雷达网受干扰后对空情态势影响的模拟。同时对警戒雷达电子干扰与反干扰性能及现象的建模仿真，还为受训者提供了电子对抗过程模拟训练环境。

图5 干扰条件下火控雷达仿真过程示意图

3.2.3 武器外弹道受电磁环境影响的模拟

电子战对雷达制导体制导弹在中制导、末制导阶段的外弹道性能有重要影响，系统采用信号级建模方法，对压制式宽带干扰、瞄准式窄带干扰、间断噪声干扰（压制式）、间断噪声干扰（瞄准式）、速度拖引干扰、箔条干扰、主杂波干扰、旁瓣杂波干扰、压制式宽带干扰和箔条干扰组合、瞄准式窄带干扰和箔条干扰组合、间断噪声干扰（压制式）和箔条干扰组合、间断噪声干扰（瞄准式）和箔条干扰组合、速度拖引干扰和箔条干扰组合等进行建模，并用实装对抗数据对模型进行优化，逼真地模拟了电磁环境对武器外弹道的影响。

3.3 大规模地景数据库

3.3.1 地理环境场景的空间一致性

（1）空间坐标系的一致性

接入系统的武器仿真平台，均采用WGS－84大地坐标系。凡是基于球坐标系建库的工具软件，全都设置为WGS－84大地坐标系，只能在空间直角坐标系下建立场景数据库的，调用时采用快速坐标转换算法使空间一致，映射关系为

式中，a为飞行区域北端边界东西距离的1／2；b为飞行区域中心东西距离的1／2；c为飞行区域中心南北距离的1／2；d为场景数据库中心南北距离的1／2；e为场景数据库中心东西距离的1／2。

（2）修正各个建模软件的定位误差

每种建模软件设计的三角形连接算法存在差异，使得三角形数量以及连接方式各不相同，就会造成地理位置上相同点的高度在不同软件生成的地形中存在差异。消除方法为：

①统一各种建库软件中视景数据库片元的大小和数量；

②对于点状地面目标根据实际标高和经纬度值进行点精准定位；对于区域性目标进行多点精准定位。

3.3.2 海量视景数据库的快速生成与可靠性检验

海量影像数据的快速处理。构建海量视景数据库过程中，采用基于文件的影像方法实现多幅大数据量影像的实时处理，方法为：

①场景规划与构建阶段，对影像进行合理切割和索引，统一进行无损压缩，降低影象分辨率，达到实时调度与快速显示目的；

②生成场景数据库阶段，按照文件名索引统一使用无压缩的原始影像数据，保证输出纹理精度。

多模块细化与重组。将场景库按照要素类别进行模块化划分，每个模块独立定制，多个模块并行构建，模块间通过预定义接口相互铰链，最后按照任务需求综合集成，分别输出满足不同武器平台的多复杂度多类型的场景库群。

奇异数据检测。针对场景库存在奇异数据问题，采用循环式遍历策略，对场景库进行奇异数据筛查。对问题高发区域的地形数据进行逐块分析、逐步求精，找到奇异点，并通过控制数据源精度排除奇异数据，保证场景库数据的正确性。

3.3.3 大规模场景的红外图像模拟

红外图像的模拟采用一种基于场景伪红外纹理和目标红外特性仿真图像融合的大规模红外场景图像模拟方法。其方法是：

对于地面目标，采用成熟的基于Vega3.7的红外模块进行模拟；对于地面背景，采用伪红外图像模拟法进行模拟；将地面背景伪红外图像和目标红外图像进行融合，形成完整的红外图像，原理如图6所示。

图6 红外图像模拟示意图

3.4 基于OSG的三维态势信息系统

三维态势系统是体系对抗模拟训练的可视化窗口，担负着将整个演练战况实时、直观的表现任务。

全球地景库的快速调度。采用大地形建模工具VirtualPlanetBuilder（简称VPB），创建基于OSG的二进制高效率ive数据库，综合应用分块调度、裙拼接、四叉树管理、多重纹理等技术，实现大规模三维地形的精确建模和并行快速调度。

多样化的视点控制机制。采用多视点成像技术，实现整个战场态势与兴趣观察间的快速切换。

多图层绘制。采用多图层、多投影算法，实现战场图形信息与地理信息综合协调显示，综合采用动视锥与目标（或地面）求交算法，实现探测波束的可视化。

文字信息处理。综合采用布告板和HUD等技术进行标注文字信息和测量信息显示，并采用基于屏幕位置的比对判别技术，防止缩放观察时标识文字间的重叠现象。

3.5 考核评估

由于体系对抗兵（机）种要素多、对抗双方出动兵力规模庞大、对抗地理范围广、虚拟战场环境复杂、指挥决策与作战行动融合、双方对抗的自由性、多兵（机）种的协同性等因素，使多兵（机）种体系对抗模拟训练考核评估非常复杂。本系统采用综合定性评估与武器攻击效果定量评估相结合的考核评估方法。

3.5.1 武器攻击效果评估

联入系统的武器有空对空、空对地、地对空、地对地等，依据对受训者的考核要点和武器性能等，建立各武器攻击效果评估细则，自动评估软件实时采集关键事件之后的数据和检索关键事件之前的数据，并按评估细则对受训者的操纵技能和武器攻击效果进行实时评估。某型武器在无干扰条件下的攻击效果评估细则如下：

项目 内容 评估细则发现目标评定 平显上有目标光点或态势显示器上有敌目标位置。截获目标评定 稳定截获、跟踪目标。某型空空主动雷达导弹发射条件判定1.雷达截获目标且稳定跟踪。2.雷达进入完全仪表保障状态。3.满足允许发射条件，平显出现“ПР”信号。4.目标位置在导弹攻击区内。5.导弹发射方式必须在“自动”位置。1.构成发射条件后，发射导弹并保持制导，进入导弹主动制导段。2.外弹道实时解算，检测碰撞结果。目标信息的确定 在平显上显示指引高度、速度信息与所截获敌方目标的信息相符。攻击有效判定

3.5.2 综合定性评估

分为局部和整体定性评估。利用演练数据及音视频记录回放、二／三维态势显示、事件统计等工具软件，由指挥、飞行、情报、电抗、战勤操作等领域专家组成的专家评估组，按作战筹划与指挥、直前侦查、空中进攻作战、反制与抗反制作战、联合防空作战等评估细则对局部和整体作战行动进行综合讲评。

4 结 语

采用上述技术途径构建的多兵（机）种体系对抗模拟训练系统，已将分布在异地的各兵种模拟训练装备、系统联网，构成了信息化条件下的红蓝军作战体系，基本满足了各级指挥班子带动实兵在近似实战的复杂环境下，开展多兵种全要素与接近真实的“敌军”进行模拟对抗训练的需要。近年开展的不同规模、不同作战方向的体系对抗模拟训练表明，只要对系统相关组成部分进行不断提升、各仿真平台逼真性不断完善、复盘讲评不断精细、网络动态管理不断优化，由上述技术途径构建的多兵（机）种体系对抗模拟训练系统就能满足不同作战环境、不同作战样式的模拟对抗训练要求。

［1］唐见兵，查亚兵.作战仿真系统校核、验证与确认及可信度评估［M］.北京：国防工业出版社，2013：133+183.

［2］柴远波，王月清.战场信息对抗概论［M］.北京：国防工业出版社，2009：109+176.

［3］卢昱.网络控制论概论［M］.北京：国防工业出版社，2005：62+101.

［4］（美）Stephen JAndriole.指挥系统工程先进技术［M］.北京：国防工业出版社，2005：83+164.

［5］吕跃广，方胜良.作战实验［M］.北京：国防工业出版社，2007：186+318.

［6］董志明，郭齐胜，黄玺瑛，等.战场环境建模与仿真［M］.北京：国防工业出版社，2013：163+204.

［7］于真，姚宣霞，等.一种网络流量控制机制［J］.系统仿真学报，2010（6）：1392+1396.

范贤德（1959—），男，四川隆昌人，博士／教授，主要研究方向为网络化模拟训练系统；

范 蓉（1986—），女，北京人，硕士研究生，研究方向为飞机综合航电、图像处理等；

姚嘉陵（1981—），男，甘肃两当人，硕士研究生，主要研究方向体系对抗建模与仿真。

The Design and Im p lementation of Simulation Training System for Combined Arm y（Aircraft）System of System（SoS）Combat

FAN Xian+de，FAN Rong，YAO Jia+ling
（Air Force Training Equipment Institute，Beijing 100195，China）

In response to the urgent need for combat simulation training system，the simulation training system for combined army（aircraft）SoS Combat is designed and implemented.The system is complex and giant，whose function and structural composition are analyzed at first，and then principal systematical technologies are introduced.Practice proves that the system integrates personnel and equipment，as well as command decision and action completely into the virtual space and the battlefield situation，enabling independent decision making and free combat.The proposed system opens up a new way for upgrading units'systematic operational capability under informationalized condition.

simulation training；SoS combat；complex environment；Internet

N949

：A

：1673+5692（2014）06+608+06

10.3969／j.issn.1673+5692.2014.06.011

2014+09+12

2014+10+25