海军战术导弹虚实合成仿真训练方法研究

张 远

（解放军92941部队93分队，辽宁 葫芦岛 125001）

0 引言

从海湾战争开始，通过科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争，在世界范围内网络中心战（NCW）逐渐形成实战应用，信息化条件下的作战已经成为当今战争的典型战争形态［1］。与此同时，我国海军战术导弹武器系统也逐步发展到当前以信息化装备为主。随着导弹技术和作战使用环境、条件快速变化发展，对导弹武器系统训练方法提出了适应时代发展的更高要求。目前，海军战术导弹训练工作仍以外场实装训练为核心，滞后于装备本身技术发展现状，不利于装备战斗力的形成。武器装备训练只有将仿真作为试验与训练手段的重要补充，进一步完善内场与外场相结合、实战对抗与虚拟仿真相结合、定性与定量相结合的综合试验、训练评价手段，才能促进新型装备尽快形成作战能力［2］。虚实合成训练方法能有效弥补当前定型及训练工作中的不足，作为一种适应时代发展的新型试验、训练方法，具有广阔发展应用前景。

1 虚实合成训练方法内容

1.1 虚实合成训练需求分析

被试武器装备外场实装训练引入了人在回路、装备保养水平和可靠性等因素，训练中武器装备融合了各种真实因素后的综合运行效果，优点是真实［6］。对于训练而言，外场实装训练能真实反映该作战态势下操作使用人员的实时反应和训练水平因素。内场仿真训练侧重于对可预计、可重复、软件相关等训练内容进行最少硬件参加的仿真训练，通过设置各种外场难以组织实施的仿真态势，可获取大量试验数据对相关功能、性能和人员操作进行评估，主要优点是训练内容丰富、过程可控、安全、低成本。海军战术导弹武器统技术跨度越来越大，单件武器装备之间、单件武器装备与系统之间、系统与系统之间的交联耦合性越来越强，装备定型和部队训练所涉及的因素和内容越来越多。在当前武器装备功能、性能、自动化及智能化水平迅速提高情况下，单纯的外场实装训练方法或内场仿真训练方法均已无法满足海军战术导弹定型及训练要求。导弹武器系统训练应进行如下转变：首先，导弹定型由单一的外场“单项训练”为主向内场仿真与外场实装结合的“基于能力”综合作战训练转变；其次，训练由“熟练操作”训练为主向基于虚实合成的实战背景下装备的“基于运用”综合科学运用训练转变。通过上述转变，才能克服当前训练方法“少而浅”的现状，向“全而深”的目标靠近。

1.2 虚实合成仿真技术基础

近年来，海军战术导弹技术不断向更深层次的信息化方向发展，同时，综合导航系统、雷达系统、指控系统和电子战系统等相关装备，也都在同步发展；非作战装备的配套训练装备也都在信息化建设方面，取得快速进步。信息化技术逐步将设备、系统连接在一起，融合成为整个网络化系统中一员，模糊了不同设备、不同系统、硬件和软件、相邻和远隔的物理界线，通过对网络中各节点进行“数字化封装”，使网络中的不同节点以透明方式组成网格，根据一定逻辑关系联合运行［2］。近年来海军战术导弹武器系统、试验装备、训练装备的信息化、网络化建设和发展，为内场和外场的联合提供了技术基础。不同设备之间，只要通过网络通信系统实现连接，完成相互通信协议转换匹配，同时解决数据延迟和同步问题，就能实现数据交互［7］。对舰载导弹武器系统实装而言，只要作战网络上相关数据或命令符合其通信规范，就接收该数据或命令，并根据时戳等信息进行后续的数据处理或执行该命令，而不考虑该数据来自舰载其他实装设备还是来自陆上的仿真系统；对陆上训练系统而言，只要实装发出的数据经过转换，符合相应数据规范，就接收和使用该数据，不管该数据是来自舰载实装还是陆基其他仿真系统。实现虚实合成的技术途径就是建立数据传输延迟、误码率满足一定技术要求的光纤、微波及卫星通信等通信通路，构建公共体系架构，利用仿真代理等途径屏蔽异构系统间数据协议、坐标系和数据率的差异，采用时间统一技术实现数据同步，实现互通互联。

1.3 虚实合成仿真环境的构建

虚实合成方法中，针对舰载战术导弹武器系统实装的训练中，有两种方法构建虚实合成环境：方式1，采用实装接入环境仿真设备，进行基于载舰的在线仿真方式，仿真主要包括载舰平台罗经、计程仪、综合导航设备、作战系统、电子战系统、时统及雷达等载舰平台共用设备仿真，通过外部数字仿真系统将仿真数据信息直接注入导弹武控系统；方式2，采用内外场联合模式，通过陆基数据通信系统和专用网络，将外场舰面设备实装与内场仿真系统互连，利用陆基丰富的仿真资源保障外场装备的训练。基于外场实装的虚实合成仿真训练网络关系如下页图1所示。

2 虚实合成仿真关键技术

2.1 虚实合成系统体系结构设计

虚实合成模式中，为了保证系统资源的利用率、扩展性和灵活性，需建立一个基于公共体系结构的管理与控制平台。目前美国靶场采用TENA（Test&Training Enable Architecture）试验训练使能结构，该结构提供底层控制、封装能力和互操作界面，通过后台对象管理、通知服务、发现服务、公布/订购、运行管理和资源管理等服务实现多节点的动态资源管理［3］。借鉴TENA所包含的“无边界靶场”思想和实现方法，通过顶层设计，构建实现各种资源互操作、可重用和可重构的公共体系结构［8］。当前国内一些院校已经成功开发出类似TENA体系结构的基础中间件软件，其实践应用表明，TENA体系结构思想和技术科学合理，能有效解决异地、多节点、异构系统间的接口一致性、互操作性、时空一致性等问题。

2.2 虚实合成仿真的实时性实现

虚实合成方法优势来源于外场实装与内场仿真系统的实时互联运行，因此，实时性和时间统一是核心问题之一。实时性主要通过提高通信系统硬件性能来实现，目前能够保证陆上光纤通信、微波通信、卫星通信的延迟分别约在10 ms、50 ms、350 ms以内。大多数仿真系统时间分辨粒度优于1 ms，时间处理周期为1 ms～100 ms，结合DR（Dead Reckoning）推算及其他数据外推算法，陆基数字仿真系统时间控制粒度达到1 ms，就能保证周期在100 ms内的内外场准实时联合运行。实时仿真应用软件系统开发技术包括：基于VxWorks实时操作系统进行仿真软件开发；基于Windows操作系统及实时内核（例如RTX）进行仿真软件开发；基于反射内存网等硬件进行软件开发。实践中，基于Windows+RTX+VC的开发方式能够保证全系统1ms以上时间粒度要求［3］，并且在系统功能设计、界面、开发周期、成本、维护性和扩展性方面更有优势。不同设备不同时间产生的数据能作为一个整体数据流进行交互，除进行实时控制处理之外，还必须解决数据时间统一问题。时间统一可采用的技术措施包括：卫星时统技术、基于网络时间服务器的时间自治技术等。在国内北斗系统（BDS）迅速发展的情况下，通过BDS主时统卡、用户时统卡、时统电缆和网络电缆构成的网络能完成准秒脉冲和时间信息的实时传递，设备简单可靠，同时采用与武备实装相同的时间统一控制逻辑及模型，配合基于Windows+RTX+VC实时开发环境的软件开发技术，能保证实现时间统一的数据时戳控制及处理。

2.3 异构系统互联接入

虚实合成训练中，参训的装设备分布于彼此距离较远的陆、海、空不同地域，为了实现各设备训练数据的接入及交换，需建设基于IP网络设备的微波、卫星、遥测、陆上光纤等多种通信形式。随着虚实合成训练相关设备的增多，网络互联设备需要通过不断的建设和完善，才能在数据延迟、通信带宽和网络拥塞管理等方面满足不断增加的互联要求。虚实合成训练相关设备由于建设渠道、所属系统、建设时间及所用技术等的不同，基本上都互为异构系统，互操作性差，不经过仿真代理转换及处理无法实现互联、互通、互操作。运用软件中间件技术，研制相应仿真代理接口软件，屏蔽异构系统的异构性，对异构数据进行接口匹配、内外场时统/空间一致性控制，才能融入一体化虚实合成训练体系结构平台，实现外场武备系统、陆基测控系统、陆基仿真系统及其他成员的互联互通［9］。仿真代理可通过动态链接库、独立节点方式，由上层体系结构集成开发环境通过中间件的服务实现交互信息的订购、发布。

3 虚实合成应用实践

基于上述思想，成功研制了一套舰空导弹虚实合成试验训练系统，包括综合管理平台、舰面设备及外部环境仿真、目标毁伤评估及电子靶标等子系统。该系统参照HLA标准并借鉴TENA思想建立了公共体系结构，通过异构系统仿真代理，实现了仿真系统、载舰实装等资源的互联互通；基于数字射频存储（DRFM）技术设计研制了双波段便携式电子靶标；基于GPS时统、网络时间服务器、VMIC反射内存网等硬件，基于WindowsXP+RTX7.1+VC2005开发平台开发了仿真软件。在该型舰空导弹武器系统定型试验中，应用该系统实现了舰载导弹武器系统、雷达等外场实装资源与陆基数字仿真系统、目标毁伤评估系统、半实物仿真系统及测控系统等内场资源的实时互联，进行了虚实合成试验与训练［10］。通过电子靶弹和真实靶机复杂多目标作战态势的构建，实现了该型舰空导弹武器系统抗击多目标饱和攻击、零航捷和超音速目标攻击等外场难以组织实施的性能指标考核，拓展了靶场试验鉴定的深度及广度；利用仿真环境，更加真实有效地完成了人在回路、武器系统实装在回路的操作使用训练。虚实合成训练中，该系统与其他资源逻辑连接关系如图2所示。

实践应用表明，虚实合成试验及训练方法兼具外场实装训练和内场仿真训练的优势，具有全面、安全、高置信度、经济和可评估的优点，满足当前新型导弹武器系统训练对接近实战环境条件的需求。

4 结论

随着虚实合成方法的进一步研究与实践，将更多利用陆基仿真资源、外场武器装备实装资源，通过虚实合成模式，丰富、扩展虚实合成训练的内容，为进一步跨靶场与实装边界、跨训练边界、跨真实与仿真边界，组建形成“无边界靶场”，进行深层次的一体化联合训练奠定基础［2］。虚实合成训练方法成功解决了当前海军新型战术导弹武器系统训练工作存在的瓶颈问题，在我国基于信息技术的新型武器装备日新月异飞速发展的今天，不仅对于海军战术导弹武器系统，对于其他新型武器装备试验及训练工作也同样具有重要意义。

参考文献：

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