多靶场联合战试训体系结构研究

黄越平，蔡旭红，徐建军，冯永超

(中国人民解放军95972部队，甘肃 酒泉 735018)



·试验与评估·

多靶场联合战试训体系结构研究

黄越平，蔡旭红，徐建军，冯永超

(中国人民解放军95972部队，甘肃 酒泉 735018)

通过借鉴外军靶场试验训练体系结构，概括了多靶场联合战试训体系结构的内涵和构成，从多靶场联合战试训系统体系结构设计、应用体系结构设计、对象模型开发和网关设计与实现要求等方面，探讨了联合战试训体系结构逻辑靶场建设方法。在此基础上提出了通过拓展靶场职能、整合试验与训练资源，实现多靶场试验资源、试验空间和试验能力的联合应用，建设战试训一体化联合靶场的发展思路。

体系结构;多靶场联合作战/试验/训练;逻辑靶场;对象模型

0　引言

为了提高联合作战能力，应该按实战要求，在真实作战和对抗环境下进行试验训练，而以往世界各国大都按军兵种和武器发展的需要，“烟囱式”地独立建设不同用途的试验训练靶场和设施。这种以军种和武器为中心的传统靶场试验训练模式，难以适应以信息为中心、以联合作战为特征的战试训的需要。特别是现代联合作战的规模和形式超出了单个靶场的覆盖范围，必须联接多个靶场资源，甚至分布式仿真设施，通过资源共享进行靶场联合试验训练。为了更高效地利用靶场资源，提高联合试验和训练能力，最大程度地降低未来靶场运作的费用，美军启动了FI2010 (Foundation Initiative 2010)工程，目标是为构建满足未来几十年军事需求的试验与训练逻辑靶场提供体系结构和技术支撑。FI2010工程借鉴了多种体系结构的研究和应用成果，定义了试验训练使能体系结构(TENA)依照扩展的C4ISR体系结构框架(ECAF)的逻辑结构，从运作、技术、软件、应用、产品线体系结构等方面，建立了逻辑靶场资源开发、集成和互操作的总体技术框架，目的是给美军试验与训练靶场以及它们的用户提供公共的体系结构，将地理上分布的、功能上分离的各种试验训练资源(包括装备及平台、靶场仪器仪表(测试测量)、模拟器、激励器、仿真系统、各种指挥信息系统等)组合起来，形成一个综合环境，以逼真、经济、高效的方式完成网络中心战所要求的联合试验与训练任务。

1　多靶场联合战试训体系总体结构设计

信息化武器系统越来越先进和复杂，进行试验训练的要求也越来越高，特别是军方武器装备作战试验，越来越多地要求进行跨靶场边界、跨试验训练边界、跨真实和虚拟资源边界的联合战试训。为快速、高效地实现战试训“三维”一体靶场各系统、设施和仿真系统间的互操作、重用和可组合机制,迫切需要一种能克服当前“烟囱式”设计、能实现靶场“战试训”资源之间的互操作、重用和可组合的机制，需要研究和建立多靶场联合战试训系统体系架构。多靶场联合战试训体系结构主要任务是为构建满足未来军事需求的战试训逻辑靶场提供体系结构和技术支撑，更有效地利用靶场资源，提高联合战试训能力，最大程度地降低战试训运作的费用。多靶场联合战试训体系结构应充分借鉴多种体系结构的研究和应用成果，定义战试训使能体系结构，促进靶场试验与训练的互操作、重用和组合，可以根据具体的试验或训练任务需要，将分布在各靶场、设施中的试验、训练、仿真、高性能计算能力集成起来，构成战试训的“逻辑靶场”，如图1所示。

图1　多靶场联合战试训体系构成

多靶场联合战试训体系应包括以下内容：战试训资源的定义，以及不同设备包含的属性和方法；战试训资源和战试训参与者之间相互关联的方式；战试训资源之间交换信息的特性、结构和表示方法；支持信息交换、操作管理和业务过程的服务和核心基础架构；数据表示、通讯操作、信息显示、程序和过程的标准约定。这些是指导多靶场联合战试训体系逻辑靶场建立的标准、协议、运行规则，由以下几部分组成：

1)多靶场联合战试训体系对象：所有的靶场资源和工具之间通信的公共描述方式。某个逻辑靶场中所使用的对象模型称为“逻辑靶场对象模型(LROM)”，依据多靶场联合战试训体系对象模型定义，包含多靶场体系结构标准的对象定义和非标准的对象定义。

2)多靶场联合战试训体系应用(包括靶场资源应用和体系工具)：靶场资源是与靶场联合战试训体系兼容的靶场装设备(各业务系统)、仪器仪表(测试测量)或处理系统，是逻辑靶场的核心部分；靶场体系工具是通用的、可重用的靶场应用，通常用于促进逻辑靶场事件全生命周期的管理。

3)多靶场联合战试训体系公共基础结构：为实现多靶场联合战试训体系的目标和驱动需求奠定基础的软件子系统，包括用于存储应用、对象模型、其他信息的靶场联合战试训体系仓库，用于信息实时交换的靶场体系中间件，用于存储试验过程、试验事件间收集数据以及总结信息的靶场数据档案。

4)多靶场联合战试训体系实用程序：为逻辑靶场使用靶场体系及相应的管理而特别设计的应用程序。

5)非靶场体系应用：与靶场体系不兼容但被某逻辑靶场需要的仪器仪表、处理系统、被试系统、训练参与者、C4ISR系统。

2　靶场联合战试训体系应用结构设计

靶场联合战试训体系的重点在于实现靶场系统应用层的互操作、重用和可组合。靶场联合战试训体系为构建能够运行在靶场事件生命周期所有阶段的各种靶场软件系统提供了指南，重点满足互操作，它以多靶场一体化联合试验训练为主要目标，充分利用虚拟现实和仿真技术构建新的靶场试验模式，突破传统物理靶场的观念，实现各靶场、试验设施及仿真资源之间的互操作、可重用与可组合。虚拟靶场是一个分布式的、复杂的一体化虚拟试验系统，它不仅能连接分布在不同地点的靶场试验中心，而且能建立大量可重复使用的、许多试验中心共享的试验资源，创造苛刻、复杂的人为环境，以取代靶场真实的实弹射击，完成各种预定的打靶试验项目，使所取得的试验效果接近或等价于在真实靶场环境中所取得的效果，从而达到缩短新型武器装备研制周期、降低开发成本和风险、提高武器系统性能的目的。“虚实”结合的试验训练，如在空战对抗考核中由地面仿真模拟真实空空/地空/空地导弹攻击、告警、毁伤效果，评估并通告杀伤效果，甚至在演习中实现实时“击落”、实时“退出”。靶场联合战试训体系的内容包括：

1)运作体系结构视图：从技术角度描述了逻辑靶场运作概念，涉及逻辑靶场运作过程的参与人员、活动及主要产品。

2)技术体系结构视图：定义了实现体系的技术驱动需求以及其它目标所需的一系列规则和标准。

3)战试训领域特定软件体系结构视图：包括了公共元模型、公共对象模型、公共基础设施和公共技术过程，主要解决互操作、重用和组合的实现问题。其中，公共基础设施是靶场联合战试训体系的核心，包括靶场联合战试训体系中间件、体系仓库和逻辑靶场数据档案。各种逻辑靶场资源通过中间件进行通信。

4)应用体系结构视图：解决如何采用分层方法构建逻辑靶场资源应用的问题。

5)产品线体系结构视图：基于领域分析和运作概念分析，明确应该建立哪些实用程序、工具和网关，以支持逻辑靶场的运作。

3　逻辑靶场体系网关设计

逻辑靶场网关兼具传输网关、协议网关、应用网关的特征，本质上还是系统之间或者终端之间信息、数据的传输和转换。逻辑靶场网关还具有接入网关的特征，这是因为许多靶场资源并没有组成系统，可能是孤立的，比如单个的靶场仪器仪表、被试的装备等，它们通过网关和靶场体系结构互联互通，本质上还是把这些靶场资源接入到以多靶场联合战试训体系结构为基础的逻辑靶场中去。逻辑靶场体系的驱动需求包括靶场应用和系统之间互操作、可重用、可组合三个方面，为实现这一点，逻辑靶场网关必须对互联系统双方的信息格式、对象模型、通信机制、时间理解、靶场事件理解都充分支持并提供兼容，只有这样才能实现这些靶场资源之间的互操作和组合。

1)逻辑靶场网关需要在不同类型的靶场资源之间传输信息。虽然中间件是基于“公布—订购”机制进行信息的分发传输，但这只是信息传输的一种方式而已。

2)逻辑靶场网关需要进行协议的转换。靶场资源基于的体制协议多种多样，逻辑靶场网关一个至关重要的功能就是对这些协议进行转换，实现协议之间的互联互通。

3)逻辑靶场网关需要进行数据的转换。不同类型靶场资源之间的数据格式差别很大，逻辑靶场网关必须对这些数据进行格式的转换。

4)逻辑靶场网关中的信息交互，逻辑靶场网关主要实现靶场体系资源和非靶场体系资源之间的集成交互，它处于不同类型的靶场资源中间，起到“桥梁”的作用。

5)逻辑靶场网关应该具有的功能，结合前面对逻辑靶场的位置、作用、信息交互等方面的分析，从靶场运作的角度考虑，逻辑靶场网关应该具有如下功能：

①能够支持靶场体系中间件、靶场体系对象和其他“中间件”、其他“对象”，对于靶场体系网络，逻辑靶场网关是靶场体系应用，对于非靶场体系网络，逻辑靶场网关是该网络的非靶场体系应用；

②能够对靶场体系对象和其他“对象”进行转换；

③能够对新的靶场体系应用或者非靶场体系应用进行登记注册，保留这些应用的信息；

④能够动态地检测到靶场体系应用和其他非靶场体系应用，并对其进行类型判断，这主要是靠区分逻辑靶场网关通过中间件接收的对象类型来实现，如接收的是靶场体系对象，表明检测到一个靶场体系应用；

⑤能够对靶场体系应用和非靶场体系应用属性的更新进行响应，为订购属性的应用服务；

⑥能够建立靶场体系应用和非靶场体系应用的本地对等映射，保留网关所联接双方网络的靶场资源应用的信息，方便以后快速响应这些应用的交互需求，这使逻辑靶场网关具有了路由的能力；

⑦能够在靶场体系应用和非靶场体系应用退出逻辑靶场时通知其他应用。

4　基于多靶场联合战试训体系结构应用要求

建立多靶场联合战试训体系架构标准，规定多靶场联合战试训系统体系架构，包括总体框架、技术体系结构、仿真工具、应用系统、实用程序、中间件的接口规范、运行控制，为实现异构多靶场联合战试训系统互联、互通、互操作提供技术指导，指导和约束靶场仿真系统论证、方案设计和建设。特别是靶场信息化系统应按照多靶场联合战试训体系架构建设，将分布在靶场多种设施中的试验、训练、作战、仿真资源等形成虚实结合的靶场战试训体系。按实时、分布式、互操作、资源可重组/组合、逻辑靶场、联合试验概念设计靶场战试训支撑系统。探索多靶场联合战试训体系结构的系统视图、多靶场联合战试训对象模型、中间件；探索多靶场联合战试训逻辑靶场建立的标准、协议、运行规则。主要包括以下内容：战试训资源的定义，以及不同设备包含的属性和方法；战试训资源和战试训参与者之间相互关联的方式；战试训资源之间交换信息的特性、结构和表示方法；支持信息交换、操作管理和业务过程的服务和核心基础架构；数据表示、通讯操作、信息显示、程序和过程的标准约定。

4.1基于多靶场联合战试训体系结构的靶场支撑系统建设体系结构设计要求

1)强化对实物及半实物设备(如空战对抗训练系统、飞机模拟训练器、任务规划系统、ALIS系统)接入靶场战试训信息化系统的支持，使得没有建立有效数字化模型的试验设备可以直接接入试验系统，提高虚拟装备的可信性；要求获取上述系统的接口标准，可通过靶场体系网关实现。例如对于空战对抗而言,从费用和安全性考虑,在实际的编队空战对抗训练中不可能采用实装导弹进行攻击，应用嵌入式训练数据链结合计算机仿真技术开展多机空战对抗评估,已成为改进训练手段、丰富战法研究内容的重要技术途径，除武器攻击外，参与空战对抗的红蓝双方飞机的运动和位置信息、雷达探测、雷达截获、火控等均为实际测量信息，而导弹攻击和杀伤效果评估必须由数学模型来描述并进行实时仿真，大型空战演习中，通过实时武器攻击过程仿真、生成杀伤效果评估数据实现实时判定“击落”，实时通播杀伤通告信息，“被击落方”及时退出演习，实现演习“击落制”、“退出制”。

2)针对靶场武器装备系统内部的信息传输特点，构建了更多类型的信息传输模式，并支持实物系统的虚拟模型接入(支持接口转换)，尽量采用网络接口协议；

3)可定制的业务系统监控，淡化监控应用与试验系统成员之间的差异，在战试训过程中，各个环节的试验训练数据能被更灵活的方式监视和观察；

4)软件设计应采用更为开放的模型软件接口，使得数学模型嵌入(接入)系统更加容易。

4.2数据和信息交互要求

1)数据交互要求：多靶场联合战试训体系结构要求各参试成员可动态地加入和退出，它们应以一种松散耦合的方式进行信息交互和协同工作。对任一个参试成员，加入靶场系统的时间是随机的。在该成员加入靶场体系系统前，系统中可能存在着其它参试成员对该成员属性的需求；加入靶场体系系统后，该参试成员也可能同时为其他成员提供有效信息。在战试训任务过程中，系统各参试节点通过系统功能的要求组件完成自身任务，同时还负责把这些成员组件的状态及产生的事件传递给其它节点，接受事件或消息的节点应关注该激励带来的影响，不断地更新自己的状态，多个参试节点通过针对任务信息的交互过程，共同协作完成大规模试验任务。因此，多靶场联合战试训体系系统必须能够及时地获取各参试成员的需求及其提供战试训信息的能力，以便有效地进行信息定位和数据分发。

2)信息交互要求：采用多节点信息交互机制。该机制采用层次式体系结构、基于主题的订购/发布模型、可靠单播与局域组播结合的通信，可满足大规模分布式试验任务中多节点信息高效交互的实际需求。可消除试验信息交互双方在时间、空间、控制方面耦合；减少网络上冗余信息传递，提高信息交互效率。

4.3基于多靶场联合战试训体系架构的靶场应用系统建设关键的技术层要求

支持可互操作的、实时的、面向对象的分布系统应用的建立，支持负载平衡和时间同步管理；可提供透明无缝的接口和自动高效的网络通讯服务，来支持模型和仿真的重组，支持“虚实”结合试验训练能力。同时，应用系统设计需涉及到仿真、接口、试验控制、软件开发、信息综合、数据分析等多个方面。

5　结束语

美军TENA的标准，要想它完全为靶场战试训所用，必须自主开发多靶场联合战试训体系所定义的公共基础设施及其产品线所定义的核心软件产品。但是，TENA的思想对于解决靶场战试训一体化所将面临的挑战、促进综合战试训水平的提高具有重要的借鉴意义,因此美军TENA思想是可以基于靶场试验训练支撑系统并通过扩展加以实现，从而更好地促进靶场战试训一体化各种资源的互操作、重用和可组合。多靶场联合战试训体系从较高层面上对战试训一体化靶场系统建设进行长远规划，持续建设、改进，肯定会带来巨大的功效。■

[1]王维，王振，雷国强.美军靶场发展模式[J].外军了望,2008，(1):77-80.

[2]王胜涛,杨志飞，杜红兵.逻辑靶场网关设计方法研究[J].舰船电子工程,2012 (2):84-86.

[3]张洁.基于TENA思想的分布式靶场虚拟试验系统设计[J].系统仿真技术,2011,7(1):58-62.

[4]张新丰,刘新友，苗高洁.基于靶场的联合试验训练系统[J].国防科技,2013,34(3):35-39.

Research on the architecture of multi range joint operation test and training

Huang Yueping, Cai Xuhong, Xu Jianjun, Feng Yongchao

(Unit 95972 of PLA,Jiuquan 735018,Gansu,China )

The connotation and constitutes of architecture of multi range joint operation test and training are summarized based on that of foreign forces.And the logical range’s construction methods of architecture of multi range joint operation test and training are also discussed from design of system, design of application architecture, design of object model switch and realization of gateway and so on.The development thought is proposed that by expanding the range function, integration test and training resources to achieve the joint application of multi range test resources, test space, and test ability, and to build the integrated joint range of operation test and training.

architecture;multi range joint operation, test and training;logical range;object model

2015-06-15；2015-10-20修回。

黄越平(1973-)，男，高工，研究方向为数据处理。

TJ06

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