嵌入式仿真训练系统概述

2018-01-31鲍君潇王钦钊郭傲兵

科技视界 2018年30期

关键词：关键技术

鲍君潇　王钦钊　郭傲兵

【摘要】嵌入式仿真训练是军事训练技术的最新发展趋势之一，传统的模拟器和仿真设备已不能满足打赢技术战争的需求。本文阐述了嵌入式仿真的概念、特点、技术原理及系统的关键技术，介绍了嵌入式在军事训练中的研究成果及发展趋势。

【关键词】嵌入式仿真训练系统；关键技术；发展动态

中图分类号： TP391.9 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）30-0163-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.071

Overview of Embedded Simulation Training System

BAO Jun-xiao WANG Qin-zhao GUO Ao-bin

（Army Armored of Armored Forces，Beijing 100072，China）

【Abstract】Embedded simulation training is one of the latest development trends of military training technology. Traditional simulators and simulation equipment can not meet the needs of winning technical wars.This paper describes the concept，characteristics，technical principles and key technologies of embedded simulation system，and introduces the research results and development trend of embedded in military training.

【Key words】Embedded simulation training system；Key technology；Development trend

自20世纪50年代仿真技术发展以来，军事训练仿真技术的应用已达到相当规模和水平。训练模拟设备和军事模拟系统直接或间接地促进了战斗力的产生。然而，随着高科技武器装备在现代军事作战应用的比例不断增加，完全依靠简单传统模拟器的训练方法已无法满足高科技武器装备系统关系复杂、规模庞大的训练需求。而随着装备技术研究的进步，嵌入式仿真训练的方法可以为以上问题提供新的解决思路。

1 嵌入式仿真训练简介

1.1 嵌入式仿真训练的概念

嵌入式仿真（Embedded Simulation）系统的目的是通过有效、近似实际作战的模拟训练，提高部队作战人员和武器装备在现代复杂战场环境下的作战能力。在实际应用中，实际设备通常用作物理效果设备，实时模拟计算机系统使用接口设备嵌入到安装中，以此实现了将虚拟仿真和实时仿真的结合，为使用者提供了较为逼真的训练环境[1]。

由于嵌入式仿真发展起步较晚，世界军事领域对嵌入式训练系统并没有严格的定义，仅进行了定性的描述。通过综合资料，本文认为具有嵌入式仿真训练系统所涉及的功能或作用的军用训练设备或军事技术都可称为嵌入式仿真训练系统。同时为了对不同功能的嵌入式训练系统有所区分，进一步细分为完全嵌入式培训系统、其他嵌入式系统、基于计算机的辅助决策系统、嵌入式帮助系统（专家系统）和一些独立的系统。虽然嵌入式军事应用系统种类繁多，但具有以下特点：它可以产生复杂的操作环境，威胁武器系统和战斗前和战斗期间应出现在战场上的一些信息；能够自动评估培训结果；向操作员和指挥官提供反馈；能记录和回放训练过程。

1.2 嵌入式仿真训练系统原理

嵌入式仿真系统的系统数据输入，是通过接收和采集虚拟战场的实时态势信息、各类传感器和武器设备以及作战指挥命令的多种装备状态数据（位置，姿态，速度，航向，油量等）实现的；嵌入式仿真训练系统接收数据后，即可按训练计划进行战斗对抗仿真，推进实施虚拟作战进程，生成新的虚拟数据信息再次输入到实际设备中；实际装备接收到虚拟作战进程信息，在武器装备作战终端上实时展现当前战场态势信息，参训人员借助虚拟战场态势信息，按照相关作战条例进行作战操作训练，至此形成了装备-虚拟作战环境-装备的仿真闭环回路，其系统原理如图1所示[2]。

1.3 嵌入式仿真训练系统组成

（1）嵌入式仿真系统的功能模块

系统为保证功能的完备性和使用的可靠性与便捷性，应具备战场作战对抗的基本要素仿真，并满足作战训练组织与实施的基本需求。由此设计的系统功能模块组成如图2所示[3]。

（2）嵌入式仿真训练系统支撑环境

为满足仿真训练的功能需求，嵌入式仿真训练系统在充分考虑作战人员、作战装备和作战环境仿真实现方法的同时，还需根据作战训练的一般过程和需求，具备相应的仿真训练支撑环境以保证仿真训练的顺利组织与实施，具体组成如图3所示。

2 嵌入式仿真訓练系统关键技术

2.1 嵌入式仿真训练系统体系结构

嵌入式仿真训练系统作为整个武器装备系统架构的重要部分，在开发过程中有三种架构可供选择：独立嵌入式仿真系统、集成仿真系统、混合系统。其中介绍独立嵌入式仿真训练系统的体系结构，如图4所示[4]。

2.2 嵌入式仿真训练系统的互联、互操作性

随着武器装备信息化建设和成体系发展的逐步深入，仅使用单一组织或功能的嵌入式仿真训练器很难满足现有武器装备的训练需求。因此，大型武器装备系统通常由不同功能的分布嵌入式装备仿真器通过既定的标准集结互联而成。目前广泛使用的既定标准就是HLA/RTI系统架构标准，如图5所示。

3 研究成果与发展动态

3.1 外军的嵌入式训练系统成果

在21世纪，美国陆军为其主战设备开发了嵌入式仿真训练系统。例如，使用与实装软件和硬件均相同数字仿真系统构建M2A3步战车嵌入式射击训练系统；M1A2SEP主战坦克嵌入式训练器，可通过经济、安全的方法完成陆军坦克乘员的初级操作和作战运用训练。由洛克希德马丁公司开发的主战坦克嵌入式射击训练模拟器将美军对M1A2SEP坦克在射击功能的所有现代化更新技术均集成在了嵌入式射击训练系统中。在虚拟战场中的敌方目标可以直接显示在实装的主炮瞄准器和车长独立终端的态势显示屏上。与此同时，英国空军和俄罗斯导弹部队的研究机构也分别开发了双座F-16B战斗机嵌入式仿真训练系统和C-300A-1、C-300A-2地对空导弹嵌入式训练系统，以完成大型武器装备的操作与作战运用训练科目。

3.2 我军对嵌入式仿真训练系统的探索

我军非常重视仿真训练系统在军事作战、评估和装备训练的应用。例如，在文献[5]中，完成了现有的坦克和装甲车辆已经嵌入和修改，以提供仿真训练系统功能，以提高设备的训练能力。文献[6]在不改变现有武器系统内部结构的情况下，从主战坦克的火炮系统着手进行了嵌入式改造，保证了武器装备的操作性能和手感，使实装具备嵌入式射击训练的功能。但总体来看，我军在嵌入式技术的理解与运用确与美、俄等军事强国存在一定的差距，对于系统的研究还不成体系，需要提高与进步的空间还很大。

3.3 嵌入式仿真训练系统的发展趋势

在体系发展和武器装备信息化、智能化的发展趋势下，嵌入式仿真训练系统也主要向以下方向发展：

（1）优化训练系统整体结构。新型嵌入式训练系统将综合集成多种形式的嵌入式仿真训练功能，形成功能配套、性能匹配的军兵种模拟系统，适用于装备研发、验证和使用的各个阶段，避免装备空挡期的出现。

（2）制定标准、规格统一的硬件和软件开发规范。在嵌入式仿真系统的研究中，我们将走“一式多变”的发展道路，开发一种便携、易升级、系统支持互操作的嵌入式仿真系统，避免多次重复建立繁琐的武器装备模型。

（3）加强嵌入式仿真训练系统的评估和反馈技术研究。目前世界各国使用的嵌入式仿真训练系统并不具备系统反馈和评估功能，只是简单的完成了模拟装备作战操作的过程，没有从数据层对装备操作和使用效果进行有针对性的分析与评估，无法从人机结合的角度考察参训人员的装备运用水平。

4 总结

嵌入式仿真技术是将仿真技术小型化、可编程化和模块化后以嵌入式系统的形式嵌入实际装备系统的一种技术。嵌入式仿真技术可为军事装备研发、作战训练和作战运用演示提供高效、經济、灵活的解决方案。嵌入式仿真训练系统作为一种创新的训练方式可以满足装备现代化建设在一体化、实战化方面的要求。

【参考文献】

[1]张立东，王国宏，曹培谦.嵌入式仿真技术在军事训练中的应用[J].航天电子对抗，2010，（06）：61-64.

[2]李伟，李宗毅，翟中敏.嵌入式仿真技术及其在军事上的应用[J].系统仿真学报，2009，（21）：6968-6971.

[3]樊世友，朱元昌.嵌入式仿真研究[J].计算机仿真，2005，（12）：10-13.

[4]王军，耿振余.嵌入式仿真技术及其在军事训练中的应用研究[J].航空科学技术，2014，（11）：56-60.