海军兵棋演习系统研究

杨　光,胡习霜

(江苏自动化研究所,江苏连云港　222061)



海军兵棋演习系统研究

杨光,胡习霜

(江苏自动化研究所,江苏连云港222061)

兵棋演习系统是我军未来开展模拟训练的重要手段,针对国内外对兵棋推演系统现状及技术发展趋势进行研究,提出海军兵棋演习系统的发展方向和设计方法,并结合海军兵棋推演的研究内容重点,给出作战规则建模、指挥关系建模等主要关键技术的解决方法,为我国海军未来兵棋推演系统设计、研究和发展提供技术支撑。

兵棋推演;演习;模拟训练;作战模拟

严格式兵棋由普鲁士的宫廷战争顾问冯·莱斯维茨于1811年发明,经历了手工兵棋、计算机兵棋的发展过程,计算机兵棋用于军事领域成为军用兵棋。经过二百多年的发展,军用兵棋与其他仿真技术、信息技术高度融合,已成为一种重要的现代战争模拟手段,这种模拟方法的理论基础是通过战争历史数据进行广泛采集和统计分析,寻找战争的基本规律,从而得到对未来战争行动效果的预测和估算,其推演过程注重指挥过程、指挥内涵,因此,兵棋推演更符合指挥决策训练和推演的需求[1-2]。

兵棋演习系统主要用于作战训练,属于训练模拟系统范畴,具备训练模拟的主要特点,在推演中需要与指挥员和指挥机关密切交互,属于典型的“人在回路”系统,充分体现了人是战争的主导关键因素,以及指挥员的指挥艺术、主观能动性等特点[1，3]。兵棋演习系统最大的特点是利用模拟技术,为指挥员和指挥机关提供一个与实际作战相似的环境,用于实现对指挥员的训练,因此兵棋演习系统是一个训练系统。

兵棋演习系统具有以下特征:1)兵棋演习系统的兵力和战场都是虚拟的;2)实施指挥过程是实际的;3)虚拟部队的能力是相似的;4)作战行动的过程是相似的;5)行动的效果是相似的。在演习中利用兵棋演习系统的能力与实际作战指挥系统有机结合、相互配合,可以实现符合训练要求的演习环境,从而实现“战训一致”的目标,兵棋演习系统担负的是提供虚拟兵力、产生演习态势、推演作战效果、反馈战场情况的任务,实装作战指挥系统担负原有的指挥控制任务,不能由于兵棋演习系统加入改变原有系统的流程,因此必须实现兵棋演习系统与实装作战指挥系统的互联和对接,使两者形成一体。

本文首先分析了国内外兵棋演习系统的现状,然后提出海军兵棋演习系统的设计框架、实现方法及工作流程,最后提出兵棋演习系统的重点研究方向,通过本文研究对海军兵棋演习系统的设计和未来发展提供借鉴。

1　国内外兵棋演习系统的研究现状

1.1国外兵棋推演系统现状

美军的兵棋推演在20世纪80年代后不断发展,尤其是进入21世纪以来,其运用信息技术、建模技术、数据技术和架构技术的进步极大地提高了传统兵棋的效率,扩大了兵棋可能探索问题的范围,强化了战略、战役、战术之间的关联,并在行动上加速融入指挥控制网。美军大型兵棋推演系统有联合战争系统(JWARS)、联合战区级模拟系统(JTLS)、联合冲突战术仿真(JCATS)、联合建模与仿真系统(JMASS)、联合半自动化兵力(JSAF)等,其中JTLS是公认典型的兵棋演习系统[3-4]。JTLS是美军开发的计算机辅助兵棋推演系统,采用红、蓝两军对抗的互动操作模式,由计算机运算提供陆、海、空三军多方向作战仿真环境,该系统最多可以模拟10方参加的空战、海战、陆战、后勤、特种部队作战和情报支援等军事行动。2003年,美国将JTLS卖给台湾,成为台湾每年进行“汉光兵棋推演”的平台。该系统具有两大特点:1)具有规范化的与实装系统互操作接口,系统在开发之初就制定了一系列与实装进行信息交换的接口、模型、规范,包含数据库交互规范、人机交互接口规范、信息传输交互规范、作战模型规范等,并开发了一系列信息交互工具;2)具有战区级作战样式和作战要素仿真能力,系统能够模拟空中预警和控制系统(AWACS)、电子战(EC)、反雷达攻击机(WW)、防御型防空、地(水)面攻击、近距离空中支援(GAS)、武装和非武装侦察、部队与补给品的空投、反潜战、搜索与救援(SAR)、综合防空系统(LADS)作战等作战样式,能够模拟后勤补给、火力损耗、仓促防御、防御延期、支援、核污染、化学污染、民事活动、心理、疾病等作战要素。

如今,美国从国防部到各个军种,各自均有多个兵棋推演及仿真模拟机构和推演系统。以海军战争学院为例,自1887年建立兵棋演习系统以来,每年要进行25场主要的兵棋推演,兵棋研究的内容从太空战到反潜战,从非常规战到全球战争,从先进技术到政治——军事关系,参加人员从初级军官至四星上将,并包括世界各国的海军军官。就教学而言,战争学院每年都要进行一个设计范围广泛的兵棋推演,测试学员学习情况,通过一系列自由设置的事件,对学员进行锻炼,不仅要求学员具备必要的计划制定能力,而且需要学员将想象力融合在军事行动计划中,反复推演强化学员的知识,并允许学员进行评估[5]。美军海军战争学院的兵棋演习系统是一个人在回路、自动和人机混合型推演系统,在人在回路方式下,不仅允许操作者输入人工干预命令,还允许操作者在遇到分支判断时暂时保存当前状态,运行多个分支备选方案进行“预测”,直到制定一个成功的方案,该系统还是一个多层次的兵棋推演系统,包括国家指挥、全球指挥、战区指挥、地区指挥等多个层次。在设计与开发上,该兵棋演习系统确立了将“政治——军事兵棋推演”与分析建模最佳结合的发展道路,并围绕自动化兵棋推演、基于规则的建模、军事行动分析结构化、互动型部队作战建模等四个方面,逐步形成代表俄军行为的计算机模型(红方)、代表美军行为的计算机模型(蓝方)、代表非超级大国的计算机模型(绿方)、用于跟踪各国军队并判定战斗结果的计算机模型和数据库(军方)、用于判定各种自动操作活动的时间和安排各方使用信息及编辑推演记录的内勤模型(系统监视器)，以及支撑系统运行的相关数据库、软件工具等组成[6-7]。

综上所述,美军对兵棋演习系统十分重视,可分为战略、战役(作战)和战术等多个层次结构,近年来美军正在发展多层次兵棋推演系统,并逐步取代以往单一的战术兵棋推演,两层兵棋推演已属于常态,目前正在向三层兵棋推演结构迈进。同时,在兵棋推演发展过程中也形成仿真模型、数据库、软件工具等共享资源。

1.2国内兵棋推演系统现状

近年来,国内对兵棋推演系统的研究越来重视,某军事院校历时7年,研发出我军首个战区级联合作战兵棋演习系统。从早期的文献看出,我军对于联合作战兵棋推演的设想是将一系列作战方针软件、应用软件和虚拟现实应用支撑的计算机网络系统组合起来,从而实现从战略决策到战役战术甚至战斗的全面模拟,为了模拟实战中包括的全部作战要素,这一系统的规模远比普通的战棋游戏来的庞大,必须使用巨型电子计算机才能运行,至于兵棋内的各种参数,则要到我军的各个演习场上去实际获取。早期研制中,这个系统曾经发生过多种无法预料的情况,如后勤补给的行驶路线规划有误,同时对抗双方的士气也会在开战后莫名地下降,直到最后双双归零……当然,经过近十年的改进和发展,这些问题已经更正。2010年9月以来,军事院校利用兵棋演习系统组织教学演习,上千名高中级干部和研究生学员参与了兵棋推演,他们依托外军研究专家,组建了专业的“蓝军”,运用对手真实的作战思想、作战原则、作战编成和装备,与“红军”进行“背靠背”的自主对抗,千方百计给红方设置各种困局、危局和险局,迫使红方指挥员在最艰难的博弈中“谋”起来、“算”起来,“抗”起来。目前运用这一系统已培训我军中高级军事指挥人才1万余人次,在多个战区对抗演习中已经运用此兵棋推演系统[8]。

某工程学院推出“海军指挥官兵棋推演系统”,该系统将现代化战争编进计算机,构设一个符合未来战争实际的虚拟网络,学员可自主组织红蓝多方对抗推演,能够初步模拟海军五大兵种的空海突击、要地防空、合同反潜等典型行动样式,推演中学员可以担任兵种指挥员或方向指挥员,亲自操作舰艇战机与敌人搏杀,可以作为总指挥员指挥全部所属兵力,对双方对抗情况进行实时导调或裁决评估,通过此兵棋推演系统可以培养各方的合作意识[9]。

此外,为支持各舰艇、支队以及学员的日常技能训练,我海军在各大舰艇、学历教育院校建有战役、战术级模拟训练系统[10]。

2　兵棋演习系统总体设计

2.1系统主要功能

2.1.1战场环境仿真功能

系统能够提供战场复杂的地理环境和信息环境的模拟,包括:地形、水文、气象、天候、复杂电磁环境、部队状态、各种作战行动过程、指挥关系控制影响等方面。这些气象条件的优劣情况将直接影响战场各个部队的作战效能。

2.1.2作战指挥作业功能

系统能够为指挥员和指挥机关作战指挥活动提供演练支撑,可与实装系统对接,体现战训一致,海军作战指挥作业环境包括岸基各兵种指挥作业使用的实装系统,海上舰艇编队、水面舰艇、潜艇的指控系统。这些作战指挥作业环境主要包括:战场态势监控(情报、态势、报告、信息)、作战计划生成、文电拟制收发、作战命令下达、作战要图标绘,以及各类数据信息资料的检索与查询等。兵棋演习系统与实装指挥系统对接后,可直接利用指挥系统作为演习的前端接口,实现作战指挥与作战模拟训练的有机连接,确保受训人员在实际的指挥信息系统环境中进行仿真模拟演练,提高兵棋演习的真实感和可信度。

2.1.3作战行动推演功能

系统能够涵盖陆、海、空、天、电五维战场空间,支持多种作战演示和多种作战行动的联合推演,包括联合火力打击、岛屿封锁、岛屿进攻、防空、抗登陆、信息战、特种作战等样式和行动的多兵种联合推演。其模拟推演的领域主要涵盖陆战、海战、空战、导弹战、空间战、信息作战、特种作战、后勤与装备保障等多种作战行动和保障行动。

2.1.4体系对抗仿真功能

系统能够体现信息系统在体系对抗作战中的作用,模拟基于信息系统各种作战行动的整体对抗,不仅需要对各类作战行动进行全维模拟推演,更要对复杂电磁环境与武器装备体系对抗过程进行准确细致的刻画和模拟,具体包括:1)从敌扰、自扰等多个方面来描述复杂电磁环境,模拟复杂电磁环境对作战行动、作战效果的影响;2)系统建立预警机、电子对抗装备、卫星、激光武器、精确制导武器等各类信息化武器平台的精确模型,为作战行动模拟奠定基础;3)重点对各类信息作战行动的模拟,包括通信对抗、雷达对抗、光电对抗、卫星对抗、网络对抗等各类信息作战行动,能够实现实体级的作战行动过程仿真,从而刻画出信息作战行动的本质特征;4)突出对基于信息网络的指挥决策与战场管理的模拟,包括建立自主决策、计划决策、通信网络对指挥控制的限制与影响等模型,实现对传感器资源管理、干扰资源管理、组网、兵力管理、感知融合、支援协同等信息域和决策过程的模拟,为基于信息系统的体系对抗提供了支撑平台。

2.1.5导调控制裁决功能

系统能够进行导演调理、演习控制、复盘分析,实现量化裁决讲评。

1)在导演调理方面,系统可以根据受训各方的指挥演练情况,适时进行指令干预,随机设置各种情况,包括对各类目标的设置、对各种行动的限制等,为导演部灵活调理辅助战场情况提供方便。

2)在演习控制方面,系统可以根据训练目的、推演问题、时间安排和受训各方实现作战企图的程度,随机设置和控制模拟推演步长,一般包括小步长模拟,其模拟的作战时间与天文时间相差无几,受训各方有充足的时间进行研究与思考,真实感强;也可以进行大步长模拟,其模拟的作战时间比天文时间快,受训各方没有更多的时间去研究思考问题,而智能做出快速反应,指挥控制部队行动。

3)在复盘分析方面,系统可以实时进行推演记录,重新组织系统回放,再现前一阶段、前一问题、前一回合的对抗推演情况,以便受训各方进行作战效果评估及演习导演部实施量化裁决和讲评。

2.2系统主要组成

兵棋演习系统通常由导调评估分系统、仿真/模拟分系统、指挥作业分系统和支撑服务分系统四部份组成,如图1所示,具备演习准备、指挥作业、模型调度、推演控制、演习评估、共用服务数、与实装互联互通等能力。

图1　兵棋演习系统的组成图

2.2.1导调评估分系统

导调评估分系统主要支持导演人员完成演习准备、演习实施和演习讲评工作。

1)演习准备阶段,辅助导演部人员拟制演习指导文书,准备演习数据,生成演习想定。

2)演习实施阶段,辅助导演及导演部人员掌握演习情况,发布演习情节,实施演习调理,进行演习态势分析和演习干预与控制,记录演习情况。

3)演习总结阶段,为导演提供各种统计数据,进行演习情况重放,辅助导演进行演习讲评。

2.2.2仿真/模拟分系统

仿真/模拟分系统也称为配训分系统,主要根据训练进程完成虚拟兵力的作战行动模拟。包括:

1)兵力机动模拟:模拟各种兵力的平台运动和战术机动,如定速定向、变速变向变高(深)、按计划航线机动、跟踪机动、圆周机动、往返机动、限时占位机动,最快接近等。

2)电子对抗模拟:模拟对雷达的电子侦察、雷达电子干扰、通信侦察、通信干扰、光电干扰、计算机病毒攻击。

3)预警探测模拟:模拟在电子对抗条件下,观通站对海上和低空目标探测、岸上空警雷达对空中目标探测、水声站对水下目标探测、舰载和机载雷达对海空目标探测。

4)水面舰艇作战行动模拟:模拟水面舰艇对舰攻击、对潜搜索攻击、对岸攻击、巡逻、布雷、扫雷、护航、电子侦察干扰等行动。

5)航空兵作战行动模拟:模拟航空兵对舰攻击、对岸攻击、对空拦截、对潜搜索、电子干扰、侦察预警、航空布雷等行动。

6)潜艇作战行动模拟:模拟潜艇阵地伏击、布雷、侦察等行动。

7)模拟岸防兵力:模拟岸防兵力对海上目标的攻击、对空中目标抗击等行动。

8)模拟陆战兵力:模拟陆战兵力参加登陆战斗时的夺取登陆场、袭击岸上目标等行动。

2.2.3指挥作业分系统

指挥作业分系统主要为受训对象提供决策辅助、作战指挥的工作环境。指挥作业分系统可根据当前海军部队装备的指挥信息系统,研制实装系统的功能与性能保持一致的模拟环境,或直接使用实装环境,但必须对实装环境进行改造,实现与仿真/模拟分系统的对接,以将模拟生成的战场态势、情报等信息提供给指挥作业分系统,将指挥作业分系统的作战指挥命令反映到仿真/模拟分系统,实现仿真模拟环境下的闭环演练。

2.2.4支撑服务分系统

支撑服务分系统主要提供训练模拟系统中使用的所有模型、数据、文档等资源的统一管理,以及对系统产生的所有文档、数据等统一存储,包括对训练运行所需的各种装备模型、行动模型、环境模型、评估模型、装备性能参数、环境数据,以及训练过程产生的训练数据、评估数据、想定文档、训练方案、评估报告等提供统一的数据存储、查询、分析、整理等管理。

2.3海军兵棋演习实施流程

兵棋演习系统一般划分为三个阶段:演习准备阶段、演习实施阶段、演习总结阶段,具体流程见图2。

1)演习准备阶段:重点是导调准备,包括建立演习导演部、编写演习企图立案及导调文书、拟制演习实施计划、组织导演部调理人员培训、按作战构想进行预先推演。

2)演习实施阶段:又可分为筹划战役阶段、实施战役阶段,筹划战役阶段主要是导调评估系统分发演习企图立案和基本想定,红蓝指挥所拟制作战方案并上报,导演部批复作战方案,并发布训练态势;实施战役阶段是由导演部发布训练开始命令,仿真/模拟分系统分别向参训指挥作业分系统分发训练态势,参训人员利用指挥作业分系统进行战场监控、情况判断,发布指挥命令,导调评估分系统收集训练数据,导调人员根据导调计划发布导调命令及文书,并根据裁判评估规则进行训练裁决。

3)演习总结阶段:对演习的过程进行整理、复盘、分析,对参训部队能力进行评估,对演习过程进行总结讲评,查找存在问题及薄弱环节。

图2　海军兵棋演习系统的工作流程

3　兵棋演习系统未来研究重点

兵棋演习系统必须反映客观实际,遵从自然规律、作战规律和科学原理,如燃油消耗、物资补给、电子干扰、环境影响等,这些是兵棋演习系统中的客观规律。但在作战过程中,“人”是战争的主要因素,兵棋必须能反映出各方不同“人”的主观因素特点,包括:1)各方部队作战规则不同;2)各方部队指挥关系、指挥内容和指挥流程不同;3)各方部队武器装备、编制编成等基础数据不同;4)战场环境对各方作战部队的影响不同。

因此,兵棋演习系统在未来设计与发展过程中,需要重点开展以下工作:

1)全面化数据基础收集、整理和校验,不仅包括部队的编制编成、武器装备性能数据,更重要的是大量战争实践数据;

2)特色化的兵棋规则建立,特色化规则主要通过作战行动规则和特有数据加以实现;

3)根据信息化的作战行动特点,要反映陆、海、空、天、电等多维空间中的信息化作战行动过程,包括网络、心理、社会等新战争空间的行动;

4)精确化的指挥方式反映,要建立多层次的指挥关系模型;

5)体系化作战的效果评估,信息化战争的打击效果不能局限对孤立点的评估上,而是研究目标毁伤后体系的坍塌和级联失效的整体效应;

6)灵活的对抗演习模式,演习系统应能提供“开放”与“封闭”两种应用模式,“单方自主推演”与“多方对抗推演”两种对抗形式,“大厅式”和“分布式”两种系统部署方式,“带指挥平台”与“不带指挥平台”两种互联方式,为对抗演习提供多样化、可灵活组合系统构建方式。

以上研究重点可归结如下关键技术。

1)体系对抗条件下作战规则建模方法

作战规则需采用规范化形式描述,采用基于准则、触发条件、响应(ETA)的战术规则描述方法,建立通用战术规则模型。在此基础上,分别从编队层、方面作战层、单平台层研究作战规则集的设计,并建立一套战术规则编辑工具,战术规则编辑工具如图3所示。

图3　战术规则编辑工具示意图

2)海战指挥关系建模

针对海战特点,抽象出三元素“群指挥、任务指挥、平台指挥”的指挥实体,以及五种指挥关系,即:群指挥所对下级群指挥所、群指挥所对任务指挥所、群指挥所对平台指挥所、任务指挥所对平台指挥所、平台自主指控的指控关系,采用分层递归的建模方法,建立了通用海战指挥控制模型,解决体系对抗仿真推演中复杂指挥关系仿真问题,提高海战指挥关系建模的灵活性和普适性,作战指挥关系描述过程如图4所示。

图4　海战指挥关系建模方法描述

3)体系对抗条件下作战仿真框架

参照美军以网络为中心的作战计划描述方法,提出一套包含军事规则层、作战组织层、行动过程层、信息路由层、作战资源层的五层体系对抗条件下作战仿真描述框架,如图5所示,并采用模板化建模方法,通过数百个模板描述舰艇、飞机、港口等平台及其搭载的传感器、通信、导航、武器系统等装备性能,以及兵力指挥关系、任务计划、战术规则等作战行动过程及指挥决策行为,从而将整个体系对抗条件下的海战装备体系与作战要素有机关联,进而实现对海军兵棋演习中的全过程、全要素的仿真。

图5　体系对抗条件下作战仿真框架

4　结束语

本文在分析国内外兵棋推演系统研究现状及技术发展趋势的基础上,提出了海军兵棋演习系统总体设计框架,详细阐述了系统组成、功能、使用流程等内容,并结合兵棋推演的核心内容,提出海军兵棋演习系统未来研究重点内容。本文对海军兵棋演习系统的介绍可为海军未来兵棋推演系统的设计与研制、技术研究等提供借鉴。

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[10]NSF Workshop Report. Dynamic Data Driven Application Systems [EB/OL].(2000-3-8).www.cise.nsf.gov/dddas. Applications Systems[EB/OL].http:∥www.cise.naf.gov/dddas, 2006-01-20/2007-09-08.

Research of Navy War Game Exercise System

YANG Guang， HU Xi-shang

(Jiangsu Automation Research Institute, Lianyungang 222061, China)

War game system is importantly simulation method in the future training domain. The paper begins to research the actuality and development direction of war game in domestic and foreign, brings out the designed method of navy war game system. It combines the main study content, gives the resolvent of key techniques of tactical rule’s modeling and command relation’s modeling. It provides the technique support for the system’s design, research and development of our navy future war game.

war game; exercise; simulation training; combat simulation

1673-3819(2016)04-0096-06

2016-02-01

2016-03-01

杨光(1983-), 男,河北保定人,工程师, 研究方向为模拟训练、潜艇指控、指挥自动化。

胡习霜(1965-)，男，高级工程师。

E919

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2016.04.020