联合作战演练系统及仿真模型的构建

张明星，黄晓霞

(1．四川航天技术系统工程研究所，成都 610100； 2．中国兵器工业第五九研究所，重庆 400039)



【信息科学与控制工程】

联合作战演练系统及仿真模型的构建

张明星1，黄晓霞2

(1．四川航天技术系统工程研究所，成都 610100； 2．中国兵器工业第五九研究所，重庆 400039)

针对联合作战演练的特点及存在问题，提出了构建联合作战演练系统及仿真模型的必要性。联合作战演练系统需要解决的问题、功效及仿真模型的设计等提出了联合作战演练系统建模框架的设计思路。对美国JTCTS联合作战演练系统特点进行了分析，可为有关研发者提供借鉴。

建模与仿真；联合作战；演练系统

联合作战是贯穿不同历史时期的基本作战形式，不同历史条件下有不同样式和水平的联合作战。现代意义上的联合作战是指不同军兵种之间互相协同配合的作战行动，如闪击战、空地一体战等。随着科学技术的发展，特别是信息技术在军事领域的深入应用，军队的作战思想、作战样式也发生革命性的变革。与此相适应，对联合作战进行科学、合理地分析，通过建模仿真，构建能够用于作战分析和联合作战演练的仿真模型体系，不仅能极大地促进我军在信息化条件下的演练和作战水平，而且对于研究联合作战理论，创新联合作战战法，进行联合作战体系建设，都具有十分重要的意义[1,2]。

军队的联合作战演练，需要各种复杂的战场环境，各种不同数量、不同类型的兵种都要按演练需求提供，由于真实兵力的保障和作战态势的限制，无疑给作战演练带来很大的局限性[3]。另外，任何现代系统都非常复杂，一旦设计完成并实施，更改设计缺陷可能会产生非常昂贵的成本。同时，测试这些作战系统需要使用军用飞机和舰船等装备。联合作战演练系统及虚拟样机和仿真模型可以帮助解决这些问题[4]。

1 联合作战演练系统的特点

美国JTCTS联战演练系统为整个海空战提供海空联合演练支持，支持所有类型的战争，如袭击战、防空站、水面作战、空间和电子战、反潜艇战、两栖作战及地雷战；支持各个级别的作战群以及两栖预备队演练，包括单个平台对抗单一威胁，多个平台对抗多个威胁。

JTCTS联战演练系统的主要控制器安装在旗舰或岸上的核心控制装置中。其他参与舰船和装备具有第二场景控制能力。装有JTCTS系统控制装置后，舰船、飞机及其他参与装备会通过一个安全和独立的数据链连接到核心控制单元。这些装置会向核心控制单元提供近实时的数据连接、数据变化及数据储存、数据转换等信息。当独立或成组的参与者与核心控制单元的数据链断链时，参与者的控制装置会在独立于核心控制单元中的“分离集群”模式下继续运行。图1为JTCTS系统分布式体系结构示意图。

图1 JTCTS分布式体系结构

图1显示的JTCTS分布式联战演练系统所有的控制装置保持各自的独特性能。控制装置可以推算出系统中其他参与者及装备的位置。控制装置可提供其参战装备的地面实况及变化信息。

2 联合作战演练系统的应用结构设计

2.1 联合作战演练系统需要解决的问题

1) 必须获得系统中参与者及装备的精准位置。

2) 参与的空中控制装置必须对地面实况保持一致的视角。

3) 可能形成分离的参与者集群能返回与核心控制装置连接。

4) 能使用仿真武器记录武器交战的次数。

如果这4个设计中任何一个没有解决，联合作战演练系统将无效，因此，在应用结构的设计中一般要考虑以下几个方面。

2.2 参与者位置确定

为了准确确定是否击中目标，飞机投掷炸弹的位置必须准确把握在几米的误差范围内。在不使用专用仪器(如跟踪雷达或多点定位系统)的情况下，获得这些实际参与者的位置数据需要使用全球定位系统(GPS)和/或惯性导航系统。然而，惯性导航系统既昂贵又占空间，GPS接收器便宜且体积小。一般采用GPS。GPS接收范围内的卫星数将影响接收的精确性及差分纠错的能力[5-7]。另一方面，接收范围的卫星数量又取决于GPS接收器天线的位置和方向，这可以通过平台的操作，将GPS卫星显现于可接收范围内。另外，在接收不到卫星信号时，可考虑使用稍价廉的惯性导航器[5]。

2.3 地面实况的连续获取

如JTCTS系统需要超过100个实时的控制单元与JTCTS的核心控制装置以及距离核心控制装置400 nm半径的每个其他核心控制装置保持近实时联系。在进行实时演练时，基本通信系统的稳定性十分重要。实时控制单元使用某种射频(RF)数据链接，传送量必须达到最大值，延时(数据从出发点到目的地所花费的时间)必须减到最小[8,9]。RF数据链接的传送量涉及频率、能量、TDMA时隙大小及分配、数据编码等变量。通过使用数据链接中更多推送量的数字通量，可获得更多的TDMA时隙；使用有效的路由算法，可以减少延时。这样可获取连续的地面实况。

2.4 分离集群与核心控制装置的再连接

当联合作战参者到处移动时，他们会移出或移入与核心控制装置的直接联系。移出联系可能是短暂的或长期的。虽然某个独立控制装置可能会失去与核心控制装置的连接，但是附近的其他控制装置可能还保持连接状态，这时需要一个中继站。然而在某一时刻，一群参与者会完全离开核心控制装置连接然后形成一个分离集群。这个分离集群控制的地面实况会与核心装置相连的参与者偏离。因此，分离集群需要再次与核心控制装置连接，使分离集群的参与者与核心控制装置连接的其他参与者再次配合。

2.5 仿真武器设计

仿真武器可记录武器交战的数量。仿真武器在装有联合作战演练系统控制装置的舰船或飞机上运行。炸弹类武器只需要很少的参数变量，就可以进行精确计数。然而，一些其他的武器，例如防空导弹会受金属箔片、照明弹，或者目标机动能力等反措施的影响，仿真武器必须考虑这些影响。这就要求控制装置(装在带导弹的飞机上)从目标飞机获得反措施数据。这种情况下的延时可能有上千毫秒并可能得出不确定的结果。另一种思路是在导弹飞行过程中的某一时刻将仿真武器的控制从带导弹飞机转移到目标装置[5-7]。

3 联合作战仿真模型

如图2所示，联合作战演练系统模型一般由5个主要组件构成。模型的第一个组件提供参战装备仿真。模拟参战舰船、飞机和其他武器，参与的路径通常由脚本决定，由一定参数控制的智能管理员管理参战范围内的参与路径。

第二个组件是全球定位系统/惯性导航仪仿真。全球定位系统仿真需要考虑到一些状况，例如天线隐蔽，信号丢失中的惯性滤波以及平台运动等。

第三个组件模拟控制装置。模拟控制装置提供一个参战控制装置的仿真。该组件涉及数据链，提供系统中其他数据的推测位置，通过数据链识别参与者及装备。

第四个组件模拟微波环境。该组件模拟天线定向和离散的影响，以及地形和一些大气效应。根据特殊测试的需要，可实现在每一项测试时打开或者关闭环境影响。

最后，性能监控组件从其他组件中收集性能数据。该组件提供性能分析数据。可以根据一项特殊测试中的数据决定性能监控测试结果是否可行或者不可行。

图2 联合战术演练系统模型的5个主要组件

4 联合作战演练系统的优势

联合作战演练系统为避免实战的高昂费用而研发。联合作战演练系统不仅能够修正不良设计，还可以确定和保留运行良好的设计。使用联合作战演练系统只要保证参与者的位置误差在限制范围内，即可保障联合参与者及装备的时效性[10-12]。

联合作战演练系统能在实施前修正设计错误，且校正费用低，能提供收集系统性能数据分析的方法。系统模型具有可扩充性，通过使用联合作战演练系统代码相同软件开发环境，系统模型会得到很快的发展。仿真模型可以实现对整个联合作战演练进行评估，可实现带控制装置参与者百个以上集群规模的演练[13-14]。

5 结束语

联合作战作为信息化战争的基本作战形式，其本质特点和内在规律还有待于人们继续深入研究。目前，多分辨率建模在理论上和技术上都还存在许多亟待解决的问题，不恰当地使用多分辨率建模技术会增加建模仿真的复杂性，比如增加模型间一致性维护的难度，增大网络信息的流量等。在联合作战的建模与仿真中，大规模分布式交互仿真中的多分辨率建模问题尤为突出。采用计算机仿真的方式对作战演练进行推演和优化对提升作战演练的可靠性、科学性、费效比等都具有重要作用[15-17]。这需要研究人员做大量艰苦的工作，研发出更好地满足我军在现代联合作战条件下的演练系统。

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(责任编辑 杨继森)

Modeling Framework for Test and Training Simulation in Joint Operations

ZHANG Ming-xing1， HUANG Xiao-xia2

(1.Sichuan Aerospace Technology System Engineering Research Institute, Chengdu 610100, China； 2. 59 Research Institute of China Ordnance Industry, Chognqing 400039, China)

According to the characteristics and problems of joint operation training, the necessity of constructing of the joint operation training system and the simulation model were put forward. The problems, functions and the design of simulation model were introduced in detail and the design ideas of the modeling framework of joint operation training system were introduced. The characteristics of the United States JTCTS joint operation training system were analyzed, which provides reference for the relevant research and development.

modeling and simulation; joint operation; training system

2016-05-19；

2016-07-10

张明星(1977—)，男，高级工程师，主要从事飞行器总体设计研究。

10.11809/scbgxb2016.10.020

张明星，黄晓霞.联合作战演练系统及仿真模型的构建[J].兵器装备工程学报，2016(10):96-98.

format:ZHANG Ming-xing，HUANG Xiao-xia.Modeling Framework for Test and Training Simulation in Joint Operations[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(10):96-98.

TJ391.9

A

2096-2304(2016)10-0096-03