海军靶场仿真体系建设发展构想

李宏伟

(中国人民解放军92941部队，辽宁 葫芦岛125000)

0 引言

随着计算机、网络和建模仿真等技术的飞速发展，仿真试验作为武器装备论证、研制和试验过程中不可或缺的重要手段，得到了广泛应用，并在试验鉴定领域取得了突破性成果。

美国早在1992年，就开始实施“作战实验室计划”，依托计算机仿真技术建立各种作战实验室，同时，广泛开展了虚拟试验场(VPG)技术的研究、开发和应用。利用虚拟现实系统，组织军事训练、作战模拟和新式武器开发，并对新的作战概念、新技术装备的作战能力进行评估、检验和分析。随着建模与仿真高层体系结构、联合先进分布式仿真技术、高性能(分布)计算技术以及网络技术的日益成熟，靶场、实验室、建模与仿真设施的综合利用、互操作等关键问题得以解决。为了最大限度地检验武器装备的性能和效能，美国防部设立了FI2010工程，其主要产品是“试验和训练使能体系结构”(TENA)[1]，旨在确定未来靶场软件开发、集成和互操作的总体结构，建立符合需要的“逻辑靶场”，通过提供一体化的机制、过程和程序，组合最好、最适合的系统，提高系统的互操作性、可重用性及可组合性，使得资源的综合利用更加标准和高效[2-3]。国内仿真技术成体系、成规模地应用于武器装备试验领域，具有代表性的是航空航天领域。航天二院、航天三院、总装靶场、空军靶场等单位，建有大量数字、半实物仿真系统，例如，射频制导导弹半实物仿真系统[4]、电子战综合试验模拟系统[5]、复杂电磁环境下电子对抗数字仿真系统[6]、导弹地面训练模拟器和武器装备作战效能评估系统等，主要用于导弹、电子装备等的测试、试验鉴定、方案预估、复杂电磁环境下信息对抗训练等。

海军靶场在仿真领域起步较早，持续的科研条件和专项建设投入，使靶场在战术导弹、舰炮、电子对抗、水中兵器等仿真试验与评估领域取得了初步建设成果，获取了一定的建设效益[7-8]。但是，从整个仿真系统建设历程来看，还存在很多阻碍仿真系统建设良性发展的问题。未来较长一个时期，在海军转型发展的大背景下，海军新型武器装备建设对试验鉴定工作将提出新的更高要求，海上靶场建设与发展面临重要战略机遇期，装备体系试验、作战试验、靶场化训练等研究与实践的逐步深入，使得仿真将成为靶场提升装备试验鉴定、部队训练研练等军事任务能力的新的增长点。

1 靶场仿真系统建设存在的主要问题

随着武器装备试验鉴定等任务对仿真需求的不断增长，靶场仿真系统建设与应用取得了可观的成效，但整体看来，还存在一些不容忽视的问题。

(1)缺少统一规划和顶层设计

受任务需求、历史条件等因素制约，靶场仿真系统建设开始，并没有在全局和顶层上进行统一规划设计，没有形成统一的技术体制和标准规范约束，也未能形成可持续发展的健康机制，导致仿真建设存在体系不健全、资源共享难、兼容性不强等问题，其中模型资源可重用率较低、共享性有限的问题尤为明显。

(2)系统开放性和集成度较低

由于仿真系统建设承研单位较多，仿真系统数据库资源、模型库资源、开发平台和运行环境等可共享资源没有统一规范，接口协议不统一，有些承研单位以保护知识产权为由不对外开放接口协议，仿真系统如同一个黑匣子，综合集成较为困难。

(3)部分核心仿真系统功能缺失

战术导弹、舰炮武器、电子对抗、水中兵器等数字或半实物仿真试验系统功能还不完善，水中兵器仿真试验条件刚刚起步，作战系统仿真试验、战略导弹仿真试验、作战试验仿真、仿真试验推演评估等领域基本上尚属空白，与实际需求之间存在较大差距。

(4)内外联合区域联合的仿真应用有限

各仿真系统建设发展相对独立，任务单一，还未形成功能齐全、优势互补的仿真体系；内外场联合试验还处在探索阶段，武器系统“端到端”试验尚未实现。

(5)仿真技术基础研究不够深入

尚未形成成熟的仿真试验与评估理论方法体系，缺少对仿真系统技术体制、体系结构、标准规范等技术问题的深入研究，没有形成可指导仿真系统建设的统一标准规范体系；复杂环境和大目标模型建模能力相对薄弱，在环境建模等特色领域还存在较大差距；缺少系统化、工程化的仿真VV&A理论方法指导，多数仿真应用的VV&A工作还在低水平徘徊，有时甚至存在程序简化或缺失的现象，直接影响了仿真可信性水平及仿真应用效果。

2 靶场仿真体系建设发展总体架构

靶场仿真体系建设以海军武器装备试验鉴定任务需求为牵引，以解决制约仿真试验评估能力发展的技术难题为突破，按照优化体系、提升能力、综合集成、资源共享、夯实基础、突出特色的基本思路，加强靶场仿真系统的统筹规划、分步建设和深层应用，逐步建成跨区联合、内外场结合、试训研一体的分布式联合仿真体系，不断推进靶场核心军事能力的全面提升。

2.1 建设目标

紧紧围绕未来海军装备试验鉴定和靶场转型发展需求，通过统筹规划、综合集成和技术创新，基本形成跨区联合、内外场结合、试训研一体的分布式联合仿真体系，基本具备海军各类武器装备在复杂环境和边界条件下仿真试验鉴定能力。可支持多平台、多系统、多环境下的仿真设计、推演预估、任务实施和分析评估。在复杂电磁环境、目标特性环境和水声环境仿真方面形成核心资源优势，支持与靶场外部资源共用、数据共享，为构建海上“逻辑靶场”奠定基础。

2.2 总体架构

2.2.1 体系结构

海军靶场借鉴美军“逻辑靶场”公共体系结构——试验与训练使能体系结构(TENA)[9-10]，建立靶场公共体系结构参考模型，仿真系统的规划建设应按照该体系结构参考模型完成，如图1所示。虚框内容为靶场试验专网和公共信息基础支撑平台，是参考模型的核心，仿真资源层中各种实装、半实物以及全数字仿真系统等独立的仿真资源，通过该基础支撑平台中的信息传输管理中间件实现信息共享、资源共用和系统的互联互通互操作，完成试验、训练、科研“三位一体”的靶场应用，仿真系统建设和应用过程中产生的各种数据资源存储到公共信息基础支撑平台的数据档案库，各种仿真资源以对象模型的形式存储在公共信息基础支撑平台的资源仓库中。对于异构的外网资源，通过网关形式，实现信息共享、资源共用和系统的互联、互通、互操作。

图1 靶场公共体系结构模型

2.2.2 靶场仿真能力模型框架

如图2所示靶场仿真能力模型包括资源层、技术层、应用层三个核心层和一个管理层。资源层、技术层、应用层三个维度构成靶场仿真能力空间，任何一维能力存在短板，都将制约靶场仿真能力发展，只有三个维度的能力共同发展，才能促使仿真能力空间不断扩大；管理层对靶场仿真能力发展起到支撑保障作用。

图2 靶场仿真能力层次组成

仿真资源层是仿真领域建设的基础层，涵盖了所有软硬件、数据、模型等资源。应用层在资源层的基础之上，充分利用资源层的各种资源，完成各种仿真应用，包括仿真试验、推演预估、训练研练等。资源建设和仿真应用的每个环节都离不开技术和管理的支撑、规范和制约作用，技术层和管理层贯穿于仿真资源建设和仿真应用全过程，通过不断突破仿真技术难点和完善管理体系，使得仿真系统建设良性发展，仿真应用效益最大发挥。

2.2.3 发展内容与方向

按照仿真能力模型中资源层、技术层和管理层三个方面，规划靶场仿真领域发展内容及方向。资源层主要包括“1+8”实验室：建设1个联合试验评估实验室，具备基础服务、公共资源，以及联合仿真试验导演、组织、运行管理、推演验证能力，具备与海军、总部等相关实验室联合试验和研究的信息接口；异地分布建设战术导弹试验评估实验室、舰炮武器系统试验评估实验室、舰载综合导航装备试验评估实验室、潜射导弹试验评估实验室、海军电子信息装备试验评估实验室、水面舰艇作战系统试验评估实验室、水下战试验评估实验室和水中爆炸毁伤试验评估实验室等8个实验室以及相应的任务应用系统。技术层主要包括：仿真理论与建模、仿真系统与支撑平台、仿真应用等技术研究。管理层主要包括：完善仿真标准体系、优化仿真联合试验运行管理、强化制度机制建设和仿真系统安全管理建设等。

资源层“1+8”实验室的建设内容突出领域特色及资源共享，避免重复建设和仿真领域能力空白，各实验室发展的专业领域和方向如表1所示。

“1+8”实验室体系实现了海军武器装备仿真试验体系各层次(装备、系统、平台、体系)在逻辑上和物理上的合成表达，体现了体系平台统一、共性资源统筹、个性专业深化、应用模式多样的设计思想，是未来构建“逻辑靶场”的重要支撑。

表1 专业领域和方向

序号实验室名称专业领域目标模拟环境模拟1联合试验评估实验室体系平台级试验评估多区域联合试验评估公用软件、平台及服务海军、总部等联合仿真2战术导弹试验评估实验室战术导弹仿真试验评估战术导弹火控系统仿真试验评估战术导弹毁伤效果评估水面空中目标模拟水面环境模拟3舰炮武器装备试验评估实验室舰炮仿真试验评估新概念武器仿真试验评估舰炮武器毁伤效果评估新概念武器毁伤效果评估4舰载综合导航装备试验评估实验室导航装备仿真试验评估导航信息模拟5潜射导弹试验评估实验室潜射战略导弹仿真试验评估潜射战术导弹仿真试验评估潜射导弹毁伤效果评估水下环境模拟6电子信息装备试验评估实验室电子信息装备仿真试验评估电子对抗仿真试验评估导引头仿真试验评估电子对抗效果评估复杂电磁环境模拟7水面舰艇作战系统试验评估实验室水面舰艇作战系统仿真试验评估水面舰艇平台模拟8水下战试验评估实验室水中兵器仿真试验评估潜艇作战系统仿真试验评估水声对抗仿真试验评估水下目标模拟水声(对抗)环境模拟9水中爆炸毁伤试验评估实验室水中兵器爆炸毁伤试验评估舰艇抗毁伤试验评估

联合试验评估实验室的建设基于“共建、共享、共用”的模式。一是提供信息服务、计算服务等基础服务；二是可以作为一个核心平台，支撑平台级、体系级的跨区应用；三是作为实验室体系的“引擎”，推进靶场联合仿真资源的共享重用；四是支持与军内或工业部门仿真系统互联。

各武备实验室进行分布式建设，基于“自建、共享、互用”的模式。一是提供模型、资源等应用服务；二是可以作为一个应用节点，开展装备级、系统级的仿真应用；三是作为一个部分，配合其他实验室，完成各类关联性的、“端到端”的应用；四是能够与外场资源有效整合，构建一体化试验鉴定体系。

2.2.4 运行模式

如图3所示，仿真各节点资源(具备独立功能的系统、子系统等)主要采用三种运行模式：一是实验室独立运行模式，即各实验室以仿真节点为单元，每个仿真节点实现各自独立的功能，通过信息传输管理通用中间件，以一种松耦合方式构成仿真试验系统，实现具体的仿真应用；二是多实验室联合运行模式，即各个实验室的仿真节点、模拟器、实装等仿真资源，都作为联合运行仿真的基本单元，每个基本单元提供自身的功能，根据仿真应用的需求，灵活配置、组网，构建更大规模的仿真试验系统，实现具体仿真应用；三是内外场联合运行模式，综合集成外场资源和实装设备接入，开展内外场联合试验任务。

图3 仿真系统运行模式

3 措施建议

(1)统一仿真系统建设思想

从仿真系统建设发展的过程来看，技术问题已经不是阻碍仿真系统建设的首要问题，仿真系统建设及应用首当其冲是认识问题，不切实统一思想、提高认识，打破部门壁垒，很难达到资源共享的目的。在总体论证过程中，必须着眼武器装备建设对仿真试验提出的新的更高要求，牢固树立体系建设思想，采取上下结合的系统工程方法，从整体和全局高度，对系统建设各要素、各层次、各阶段进行科学统筹、总体规划和优化布局，同时考量地方工业部门已有的仿真试验基础，不断优化完善仿真系统的体系结构，努力提高内外场仿真试验体系的整体效能，坚决避免条块分割、重复交叉、资源分散浪费等突出问题。

(2)夯实仿真系统基础建设

仿真基础建设是装备体系和技术体系建设的重要内容，是提升靶场仿真能力的最核心动力。首先，要重视靶场仿真模型积累、开发和验证工作。这是一个长期工作，实现渠道是多样化的，一方面可以通过引进的方式，如一些弹道模型、装备模型等，同时更注重自主开发，加强模型建设的投入，通过自主研制完成如机理、环境、行为等模型的建立和完善。另外，要加强对标准规范的建立和对基础资源库的搭建和充实。

(3)深度挖掘仿真系统潜力

仿真应用是靶场仿真能力模型任务体系的具体实例，是仿真系统建设效益发挥的重要体现，也是仿真系统建设发展的牵引。靶场仿真系统除了完成系统本身基本使命任务的同时，还应深度挖掘系统潜力，加强对仿真应用的研究，特别是开展以舰艇平台仿真试验为代表的仿真应用新模式研究，将靶场各单位仿真系统联网，形成体系级、平台级仿真模式。

(4)重视自主创新和人才队伍建设

在仿真领域，靶场应坚持在充分采用、借鉴成熟技术经验的基础上，大胆走自主创新之路，在靶场仿真特色领域寻求突破，在环境建模、目标特性建模、模型VV&A技术、集成框架与平台技术和虚拟现实技术等方面形成自身的优势，使得靶场仿真技术体系不断增强。同时，着力培养一批仿真专业技术骨干，在仿真系统建设过程中，参与核心技术的研发，在仿真系统建设取得成效的同时，形成一支具有靶场特色优势的仿真人才队伍，为靶场仿真试验能力提升奠定人才基础。

(5)完善仿真系统制度机制

仿真系统建设过程中，应相应出台一系列的制度机制和管理办法，不断完善仿真管理体系内容。包括通用和专用的仿真领域标准规范、统一的建模机制、数据库管理机制、联合仿真运行管理机制、资源共享机制、质量监督机制和安全管理机制等。只有制度、机制健全，才能保证整个仿真体系良性规范发展，发挥仿真系统的最大效益。

4 结束语

仿真系统和仿真体系建设是一项持续复杂的系统工程，必须紧跟计算机、网络、信息等高新技术的发展，并配合先进科学的管理理念和措施。只有这样，才能克服仿真系统建设应用时间长、费用高、见效慢的问题，使得仿真系统建设紧随时代步伐持续发展。同时，靶场各仿真系统的建设需要站位更高，目光更远，各系统既可独立运行，又可与其他系统无缝衔接，能力聚合，形成“1+1>2”的仿真体系能力，为提高靶场武器装备试验鉴定能力服务。

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