岸海一体化模拟训练系统研究

史云辉

（江苏自动化研究所，江苏 连云港 222061）

0 引言

未来海战是一体化联合作战，是体系对抗，作战样式、作战协同越来越复杂，装备信息化程度越来越高，按照“仗要怎么打，兵就怎么练”的根本原则，需要加速推进海军体系化、实战化、常态化训练。训练要体系化要求海军官兵在多级指挥、多种兵力、多种任务、相互协同的体系作战环境下练谋略、练指挥、练协同、练操作。训练要实战化要求训练环境不仅要模拟逼真的对抗环境，而且要尽可能将各级指挥员、装备操作员放在各自的实际战位环境上进行训练，最大限度地实现战训一致。训练要常态化要求提供经济便利的训练条件，满足海军官兵足不出户即可进行日常的大量训练，以弥补实兵演习成本高昂、次数有限的不足。

但目前模拟训练系统大多相互独立，不能满足一体化训练需求，而且离实战化要求较远；单舰实装模拟系统投入大、效费比低等问题［1］严重影响海军模拟训练的发展。因此，逐渐提出了将模拟训练系统与舰艇实装相结合的模拟训练系统发展思路，例如，将指挥信息系统与战役战术模拟训练系统互联，形成基于海军指挥信息系统的虚拟对抗平台是提高战训一致训练需求的有效手段［2］；将实兵实装接入作战指挥训练系统将会从根本上促进信息作战模拟训练的方法和手段［3］。本文针对海军未来模拟训练需求，提出了一种岸海一体化的模拟训练系统模型，为海军模拟训练能力建设提供参考。

1 美海军模拟训练系统发展

美海军传统的模拟训练形式主要是岸上教练室训练和海上实兵演习。这两种训练都有其固有的弊端。教练室训练要求建设一个外部的岸基训练机构，实际的训练效果也因模拟训练系统实体模型的逼真度受到很大的限制，并且岸基训练系统实体模型往往落后于实际装备。海上实兵演习虽然有在真实的战场环境下和真实装备上参与训练的好处，但随着国防预算费用的消减，实兵演习的机会受到了严重的限制。

为应对不断增长的训练需求，美海军对训练方式进行了长期的探索与思考。20世纪90年代以来，通过新建少量的仿真系统和训练网络，把岸基模拟训练系统与水面舰艇、潜艇、飞机等实装集成在一起，形成了基于实装的一体化的综合训练体系。其特点有：

1）从顶层规范了海军的训练系统体系框架。按联合、军种、平台、系统4个层次建设了可分、可合的模拟训练体系。在海军训练层次，建设了海军持续训练环境 NCTE（Navy Continuous Training Environment）；通过该系统可以把岸基指挥所、水面舰艇、潜艇、航空兵等实装集成到一个虚拟的战场空间中进行合同训练；在平台训练层次，针对水面舰艇、潜艇等实装，分别设计了作战部队战术训练器（BFTT：Battle Force Tactical Trainer）、潜艇多使命团队训练器（SMMTT：Submarine Multi-Mission Team Trainer），可以把舰艇上全部作战单元集成到一个虚拟的战场空间中完成全舰综合训练；在子系统训练层次，针对电子战、CEC子系统等，设计了作战部队电子战训练器BEWT（Battle force Electronic Warfare Trainer）和 CEC训练器CTA（CEC Training Adjunct）等。如图1所示。

2）充分利用实装进行训练。通过构建相应的舰载模拟训练环境，充分利用水面舰艇等作战系统实际装备，实现舰艇在驻泊地、航行状态下的训练。这种模式效费比非常高，不仅满足了装备不断发展对训练条件的需求，也提高了部队训练环境的逼真度。

3）注重建立系统的互操作标准。从系统体系结构、模型、数据接口、共享软件等多方面建立了标准，对训练体系结构、接口、模型、数据等进行统一设计，为构建可扩展的体系化训练环境奠定了基础。

4）重视训练量化评估。全面采集训练过程数据，研制训练评估软件工具，利用训练态势图、训练事件游历图、训练效果标注图等工具，能有效地分析装备和人员各自对作战结果的影响，对受训人员指挥与操作的及时性、正确性等进行量化评估。

2 岸海一体化模拟训练系统

岸海一体化模拟训练系统是指采用仿真与计算机网络等技术，将分散在不同地点、相互独立的岸基指挥所实装、与海上舰艇作战系统实装联接起来，组成一个多级指挥与多舰艇实兵联动的虚拟综合训练环境，可以从根本上改变过去那种“指挥训练无实装、战训分离两张皮”的局面［4］。

2.1 系统组成

岸海一体化模拟训练系统可分为3类设备：即仿真类、模拟器类和实装类。仿真类包括为各级各类训练提供想定态势生成、运行控制、训练评估、信息转换以及模型库、数据库等组件。模拟类包括各类各级模拟器或模拟训练系统，如武器系统模拟训练系统、水面舰艇模拟训练系统等。实装类包括岸基指挥信息系统以及舰艇作战系统等。

3类系统通过有线与无线方式进行互联，采用相应的软网关技术，实现分布式异构系统的互通。即仿真系统与各类模拟器之间采用有线的HLA网关互联互通；仿真系统与岸基各类各级指挥信息系统实装采用有线的C4I网关互联互通；仿真系统与舰艇、飞机等移动平台实装通过无线的MLST网关实现互联互通。系统逻辑结构如下页图2所示。

2.2 仿真系统组成

岸海一体化模拟训练系统中模拟器类和实装类系统是已有的系统，不需进一步说明。本文主要针对新建的仿真系统进行描述。

仿真系统主要包括想定生成与控制子系统、训练评估子系统、舰艇随装仿真子系统、训练网关、训练数据库、训练模型库等，如图3所示。

图2 岸海一体化模拟训练系统逻辑结构图

图3 岸海一体化模拟训练系统仿真系统组成图

其中，训练想定生成与控制子系统主要为各级训练时提供统一的虚拟战场态势生成与分发、态势统一控制、训练过程导调控制、训练数据采集等能力。

训练评估系统主要提供训练数据处理能力，辅助评估人员进行训练数据的分析、可视化展示及训练讲评。

舰艇随装仿真子系统主要为水面舰艇、潜艇等单平台开展独立训练，及参与编队等协同训练，提供本平台的训练态势生成、训练管理控制、训练数据采集等能力支撑。

训练网关主要提供各类实装系统与仿真系统之间的信息收发、信息转换等能力。

训练模型库是为保障系统的运行提供模型开发、模型管理、模型服务等能力支持。

训练数据库是为满足系统运行，提供自然环境、装备基础性能、训练方案、训练想定、训练记录等数据存储、管理能力。

2.3 训练节点仿真功能配置

为实现岸、海各节点既能够参加一体化模拟训练，各自又能进行独立模拟训练，需要在岸海各节点配置相应的仿真功能。岸基模拟训练节点仿真功能配置如图4所示。舰艇节点随装仿真子系统仿真功能配置如图5所示。

图4 岸基模拟训练节点仿真功能配置

图5 舰艇随装仿真子系统功能配置

2.4 系统运行流程

岸海一体化模拟训练系统支持多种组训方式，既可以进行指挥所带舰艇的多级联动训练，也可以进行单舰单艇的独立训练等。以具有代表性的岸基指挥所带海上舰艇编队进行一体化模拟训练方式为例说明系统运行流程。

参训的系统包括岸基模拟训练中心一套仿真系统，岸基指挥所一套作战指挥系统实装，海上（或码头）一艘编队指挥舰实装、两艘驱逐舰实装以及相应的随装仿真子系统。实装系统扮演红方，模拟训练中心仿真系统扮演蓝方。

系统运行分为3个阶段：训练准备阶段、训练实施阶段、训练讲评阶段。

1）训练准备阶段。由模拟训练中心的训练想定生成与控制系统编辑想定，根据想定完成模型和数据准备，向各参训节点发送想定及相关信息。

2）训练实施阶段。模拟训练中心通过训练想定生成与控制系统发送初始化命令，各参训节点接收初始化命令后，从配置的仿真数据库和仿真模型库下载相关的模型和数据，完成初始化。训练开始后，模拟训练中心根据想定生成训练态势，模拟生成上级、友邻、雷达站等情报信息。通过训练网关驱动岸基指挥所实装运行，岸基指挥所受训人员运用实际指挥系统，进行态势分析、作战筹划，通过实际指挥通信链路向下级舰艇编队下达指挥命令，发送情报、报文等信息。

舰艇节点利用舰艇随装仿真子系统想定生成与控制模块，根据统一想定生成本舰区域内的局部训练态势，仿真生成侦察探测信息，驱动舰艇作战系统实装运行，受训人员在作战系统实际战位上进行观测-定位-决策-行动的作战训练，并将指挥命令、操控命令等信息反馈给舰艇随装仿真子系统，随装仿真子系统响应舰艇作战系统传来的各种指挥命令、操作命令，进行态势推演，模拟交战效果，进行毁伤评估，当有实体毁伤后，由开火方向模拟训练中心报告，由模拟训练中心训练想定生成与控制系统通知被打击方。上述过程循环往复，直至训练结束。

模拟训练过程中，仿真系统与舰艇随装仿真子系统之间采用模拟训练网络进行信息交互，所有实装系统之间通过实际军用网络进行信息交互。

在运行过程中，通过训练想定生成与控制系统可以发布对全战场的导调情节。训练想定生成与控制系统、各舰艇随装仿真子系统全程采集训练数据，保存到数据库中。

3）训练讲评阶段。训练结束后，对训练全程采集的数据进行处理，利用训练评估子系统对参训人员进行训练讲评。

3 关键技术

岸海一体化模拟训练具有节点分布广、空间跨度大、新老舰艇体制差异大、实装系统与仿真系统异构、参训人员层级多等特点，系统构建必须有效解决多层次训练态势一致、异构系统互操作以及多级训练效果评估等关键问题。

3.1 多层次训练态势统一生成及控制技术

在带舰艇实装的海军多编队、跨地域协同训练中，为了统一战场态势并减少训练网络负载，一般采用多层级、分布式仿真驱动方式。高层级想定仿真整个大战场，仿真的目标多，但粒度较粗；低层级想定仿真与本舰艇相关的部分，仿真的目标少，但粒度较细。在多级想定仿真驱动方式下，保证整个虚拟战场空间生成的一致性以及模拟训练信息协同管理、流程统一控制等问题极其重要。

解决分布式训练统一态势生成的思路是建立面向联合训练应用的公共模型计算环境和分布式仿真引擎。公共模型计算环境是面向海军训练的通用计算模块集，为系统提供通用的模型解算服务，按需部署在各参训节点，保证在相同的输入条件下其连续时间内的输出一致；分布式仿真引擎是实现训练信息化服务的重要工具，训练开始前，各级训练节点以统一的训练想定为输入，执行解析、按需创建本节点模型对象、初始化参数等步骤，训练开始后，仿真引擎调用公共模型计算环境中的相应服务进行本地模型解算，并通过训练网络接收/上报异常解算结果，使各层级训练节点的运行数据保持一致，最大程度地减少了网络交互数据量。

3.2 面向异构训练系统数据交互的软网关技术

将实装系统与仿真系统紧密结合构建一体化模拟训练系统，可以实现优势互补。由于实装系统与仿真系统在技术体系、标准规范等方面没有统一，训练系统内部数据交互包含作战系统格式、海军无线格式、联合作战情报格式等多个海军现有通信协议以及仿真系统内部格式，每一种通信协议又涉及平台报、雷达情报、电子战情报、机舰群报、指挥勤务报等多种数据形式，需要保证在大量仿真实体条件下，各仿真系统与实装系统之间数据转换、交互的平滑一致和无缝对接。此外，舰艇载实装设备运行具有强实时性，两类系统互联互通时，要求仿真系统必须具备强实时的仿真能力，即训练时间与物理的墙钟时间保持严格一致。

解决异构系统互联互通的有效手段是采用中间件技术［6-7］，建立面向训练数据交互的专用软网关。该网关主要实现两个功能：一是对态势、情报、计划、命令等数据格式进行转换，在仿真系统与实装系统之间无缝地转发数据；二是实现训练时间同步。软网关采用层次化模块设计，不同层级的网关模块转发不同层级的网络数据，软网关与分布式仿真引擎可互相访问，并具备修正训练时间的权限，在此基础上接入外部高精度的时钟源，通过校时分析对各层级网络交互数据进行通信级处理，辅助仿真引擎管理各系统的同步推进。

3.3 多层级海军模拟训练评估与讲评技术

在较大规模训练条件下，受训兵力规模庞大、待评对象和考核内容繁多，训练评估完全靠人工或计算机自动化都不现实，采用以计算机为主的半自动评估讲评方法，是大规模训练评估的有效方法。

在本模拟训练系统的体系框架下，采集训练过程数据的粒度可以提升到设备级，这些数据包含了训练过程中参训人员的指挥、操作以及带来的效果信息，通过建立海军训练的评估讲评工具包，使数据预处理、指标分类统计、事件信息分类抽取、可视化过程讲评、评估结果生成等评估全过程工具化。在讲评方法上，对采集的数据进行挖掘，建立多视图显示工具，支持以态势图、统计图表、战场事件、专题数据等方式对训练全过程进行多角度展示；建立可组合的数据比对分析工具，支持时间、态势、兵力、动作四维数据的组合比对和跟踪分析，丰富评估讲评手段；建立评估指标定制工具，支持多层级指标的定制和扩展，提升训练评估的通用性。

4 结论

本文针对海军体系化、实战化、常态化训练需求，运用仿真与实装相结合、指挥与兵力相结合的模拟训练思想，提出了一种岸海一体化模拟训练系统框架，通过新建少量的仿真系统，将岸基指挥信息系统、舰艇实装与仿真系统无缝对接，形成指挥所带实兵的岸海一体化联动综合训练环境，受训人员不脱离实际系统，战训一致，大幅减少训练模拟器开发投入，节约成本。通过一套适应多级训练想定驱动与控制软件分布部署，使系统可分可合，组训灵活，支持从舰员小组、舰艇全作战系统、到多平台协同、合同战术等一体化训练，对海军体系化、实战化、常态化训练条件建设具有一定的参考价值。