战术导弹仿真技术发展分析与思考

2019-10-24洪泽华

上海航天 2019年4期

张励,田义,洪泽华,李奇

(上海机电工程研究所,上海 201109)

0 引言

仿真技术被认为是继理论与实验之后,人们认识世界的第三种手段[1]。仿真技术是以建模与仿真理论为基础,以计算机系统、物理效应设备及仿真器为工具,建立研究对象模型、构造运行仿真系统、分析评估仿真结果的一项综合性技术,是研究复杂系统中复杂性问题的技术和方法。

战术导弹仿真是仿真技术与航天工程技术的结合,为导弹武器的设计、分析、性能效能评估等提供理论方法、验证手段和试验平台[2]。战术导弹仿真技术包括单系统级仿真和多系统综合仿真。其中：单系统级仿真用来考核验证系统设计的正确性,如制导控制系统仿真、引战系统仿真,被广泛应用于型号研制中;多系统综合仿真用来考核验证多系统联合工作的匹配性、协调性、正确性及系统效能,如导弹全武器系统综合仿真、导弹武器体系仿真等,被应用于导弹武器性能/效能评估中。

1 战术导弹仿真技术架构

从三个维度对战术导弹仿真技术进行划分和描述,即：战术导弹仿真任务所对应的研制过程、试验种类及仿真的逼真度,如图1所示。其中：研制过程包括论证、方案设计、工程研制、鉴定定型及应用等;试验类型包括数字仿真、桌面仿真、半实物仿真、综合仿真等;逼真度是不同仿真系统或平台与所仿真对象的相似程度或复现程度。如此划分既可以对战术导弹仿真从三个相互独立的维度进行描述和分析,也便于在研制过程中综合分析各研制阶段中各类仿真试验结果的置信度[3]。图1中的点表示在研制阶段针对制导控制系统进行高逼真度半实物仿真试验。

图1 描述战术导弹仿真的三个维度Fig.1 3D description of tactical missile simulation

为满足战术导弹全周期、全系统的仿真需求,战术导弹仿真的技术体系分为：仿真总体技术、仿真基础技术、仿真系统/平台技术、仿真试验技术,如图2所示。其中：仿真总体技术主要研究战术导弹的仿真标准规范、仿真系统集成技术、仿真评估方法等,为仿真技术研究、仿真系统/平台开发构建、仿真试验实施及评估提供指导和依据;仿真基础技术主要包括实体及环境建模、物理效应模拟,认知与行为建模、模型/模拟器VV&A 等,为仿真应用提供模型、模拟器的数据、知识等仿真资源;仿真系统/平台技术主要包括支撑技术、管控技术及交互式显示技术等,为仿真应用提供系统/平台支撑;仿真试验技术分别对应战术导弹研制全生命周期中三个层次的仿真试验,包括单系统性能仿真试验、全系统(多系统)级性能/效能仿真试验、体系级效能评估仿真试验,主要涉及仿真试验设计、试验方法、试验数据分析及试验评估等技术。

图2 战术导弹仿真技术架构Fig.2 Architecture of tactical missile simulation technology

2 战术导弹仿真技术研究现状分析

2.1 国外研究现状

2.1.1 仿真总体技术及基础技术

1)仿真技术体系结构与标准日臻完善。

国际上,各大仿真研究机构在云计算技术和面向服务架构的发展背景下,积极推进新型仿真体系结构,仿真体系结构由集中式、封闭式向分布式、开放式、交互式方向发展。基于面向服务和通过云计算的服务模型提供建模与仿真应用,快速、按需部署的可组合仿真环境的新概念——建模仿真即服务(MSaaS)应运而生[4]。美国防部、北约等持续不断完善仿真标准体系,已建立的建模与仿真标准包括仿真体系结构标准、数据标准、仿真VV&A 标准、仿真互操作标准等,用以支持公用的仿真技术框架,环境、实体、行为等模型表达,以及系统、平台、设施等构建。

2)目标/环境特性建模覆盖范围越来越广

以法国SE-Workbench为代表的先进目标特性建模集成环境采用一个通用的求解内核和物理扩展效应来实现光电、电磁和声学的多谱段统一,能够运行在离线高逼真度仿真模式和快速仿真模式,可驱动物理效应仿真器运行,已支持相控阵雷达、合成孔径雷达(SAR)成像等实时仿真。

3)目标/环境物理效应建模仿真紧贴战术导弹探测技术发展

2016年,美国NASA 成功研制了红外超频段动态模拟器原理样机,将红外特性数学模型转化为真实的物理量模拟器,实现中长波红外超谱段目标和场景模拟。2017年,美国Kent光电有限公司成功研制了一种用于测试评估单光子发射偏振成像传感器性能的多谱段偏振场景模拟器,可以产生短波红外波段内的多谱段或超谱段视频图像,空间分辨率为512×512,并可在可控的带宽内实现空域、频域和6个偏振方向的调制。2016年,美国圣巴巴拉红外公司成功研发了一种新型超大规模(像素数＞2 K×2 K)、超高温(模拟最高等效温度在1 500 K以上)的红外电阻阵场景投影器,允许多个芯片进行无缝粘接,形成超大型面阵,其面积是以512像素为单位的任意N×M 像素大小[6-8]。2017 年,英国Ultra Electronics公司推出了全新“变色龙”雷达目标模拟器,将雷达目标生成和电子对抗仿真能力融为一体,采用第5代数字射频存储技术,可提供多达24个独立模拟通道,高精度实时模拟三维目标的多点散射特性、箔条干扰、杂波等,频段覆盖范围为0.5～40 GHz,具有1.2 GHz瞬时带宽,声称能兼容当前最新的雷达技术。近年来,美国Eastern Optx研发了1107系列、1100系列雷达目标模拟器,工作频段高达40 GHz。1107系列模拟器的动态范围达100 dB,可以工作在脉冲、跳频、连续波、加密和调制机制等模式,模拟距离达160 km,模拟距离精度为100 m,多普勒频移范围为0～50 k Hz(k Hz级步长)。1100系列模拟器的模拟距离为100 km,多普勒频移范围为0～50 k Hz(Hz级步长),具有多路径和杂波的模拟能力。美国Kratos RT Logic公司推出的通道模拟器能够模拟雷达传播过程的通道效应,例如：相位连续性、实时载波和信号的多普勒频移、距离延时、衰减及噪声等。该模拟器不仅能模拟UHF,L,S,C,X,Ku波段,还配套了本地及远程控制软件,具有良好的图形操作界面,通过插件模式与Analytical Graphics公司的STK 软件兼容,可以实现通道效应和运动效应的无缝衔接。韩国先进无线技术全球(AWT Global)公司推出了MRS 雷达模拟器,其中,标准版可同时生成16通道连续波或脉冲信号,覆盖了2～18 GHz频段,增强版可达128个独立通道,覆盖了0.5～40 GHz频率范围。

4)探索复杂系统仿真模型验证新方法

针对复杂系统仿真的特点,需要探索新的模型验证方法。美国国家航空航天局(NASA)马歇尔太空飞行中心利用需求传播不确定来量化动态模型验证指标[5]。同时,针对复杂仿真系统可信度评估与VV&A(校核、验证与确认)的需求,基于机器学习的智能化评估方法与技术成为当前的研究热点。以大数据智能、互联网群体智能、跨媒体智能、人机混合增强智能、自主智能系统等为主的新技术为解决复杂仿真系统可信度评估问题带来了机遇。

2.1.2 仿真系统/平台

1)仿真支撑平台支持可重构、可扩展、模块化的导弹仿真能力

以美国为代表的发达国家开发了多项高性能仿真平台工具产品,如：用于满足“阿尔伯特项目”等分析仿真需求的SP tempest并行计算机系统,以及GTW,SPEEDES,WarpIV,Maisie,PARSEC,POSE,SIMKIT,Musik 等并行仿真支撑环境[6]。美国Raytheon公司为了降低研制费用,加速导弹仿真的开发进度,专门为导弹武器系统设计打造了可快速重构的模块化仿真支撑环境genSIM,可支持随着导弹武器系统成熟度的增加,提高仿真的逼真度[9]。同时,针对特定对象快速构建不同颗粒度的仿真模型,加速仿真能力生成的过程。

2)仿真交互式显示工具种类不断丰富,通用化水平日益提升

美军研发了一系列典型仿真支撑工具,包括：MÄK 公司系列产品、扩展防空仿真系统(EADSIM)、联合战区级仿真系统(JTLS)、联合半自动兵力(JSAF)、联合建模与仿真系统(JMASS)[6,10],还包括：支持沉浸式仿真和训练的虚拟现实场景生成系统(VRSG)、虚拟对抗系统(VCS)、虚拟战场空间第2代系统(VBS2)等[11]。

3)高性能仿真计算支持新型导弹设计

近年来,国际上高性能仿真支撑平台技术按照发展硬件、提出架构标准、实现支撑软件、创新应用模式的路径不断推进。在多核服务器、快速海量存储、高速网络等硬件技术及分布式并行计算软件技术的支持下,从高性能向高效能的方向发展。

2.1.3 仿真试验技术

1)导航制导控制仿真评估能力取得新进展

美国已建成国际上规模最大、技术最先进的全波段红外成像制导、全频段射频制导、射频/红外复合制导、射频/红外/激光三模共口径复合制导等半实物仿真系统,完成了多个新型导弹半实物仿真试验验证[12-13]。其半实物仿真系统提供了支持飞行前预测/飞行后重建、现场决策等手段。2016年,美国NASA 建立了更为先进的导航半实物仿真试验系统,该系统具备X 射线导航、脉冲星/伽马射线导航、光学自主导航、星际飞行器间通信等仿真能力。

2)联合仿真技术能力支撑导弹武器系统及体系性能/效能评估

美国建立了综合测试系统,可在地面上对反导系统进行设计验证与评估,提供较真实的作战环境和目标场景模拟,能进行武器系统分布式地面设计验证、分系统设计验证,以及集成系统验证。支持武器系统从设计-地面试验-飞行试验的各阶段任务,可进行全系统的数字仿真和半实物仿真,能够提供威胁和环境数据的注入,可有效验证系统设计的正确性,支持系统集成测试[14]。

3)仿真试验与鉴定一体化

近年来,导弹仿真试验已逐渐成为鉴定试验的一个环节,即将鉴定评估进程推进到工程研制阶段。2016年10月,美国太平洋司令部和综合导弹防御联合司令部为评估弹道导弹防御性能完成了一次地面试验,模拟了各种类威胁场景,以综合评估弹道导弹防御系统的功能[6]。

2.2 国内研究现状

第二次世界大战后期,火炮控制与飞行控制系统的研究孕育了仿真技术,至今仿真技术已深入到我国国民经济、国防建设、自然科学、社会科学等领域,发挥着越来越大的作用[2,4-5]。我国战术导弹仿真的发展大致分为三个阶段：第一阶段20世纪90年代中期之前,是我国战术导弹仿真发展的初级阶段。在此期间建成了第一批导弹制导半实物仿真系统,包括射频制导和红外制导半实物仿真系统,主要应用于单一制导模式、简单点目标的制导控制系统半实物仿真。第二阶段1995—2010年,是我国战术导弹仿真进入快速发展阶段。一是制导半实物仿真技术趋于成熟,出现红外成像、雷达主/被动复合、射频/光学双模复合等制导半实物仿真应用系统;二是导弹武器系统攻防对抗仿真技术、体系仿真技术快速进步,为导弹武器性能/效能评估、装备顶层设计、新型号论证等发挥了重要的技术支撑作用。第三阶段是2011年至今,是我国战术导弹仿真进入成熟发展的新阶段。在信息、计算、网络等新技术推动下,智能化建模与评估新方法、高效能仿真支撑平台技术、贴近真实感的系统试验与评估、高性能高逼真探测导航制导半实物仿真等技术,为导弹武器研制提供更有效的验证和评估手段。

我国战术导弹仿真领域经过长期发展,已形成较为完善的技术体系,建成了多个可服务于战术导弹武器装备研制的仿真试验系统/平台,支撑导弹武器研制全系统、全过程的发展[15-17]。

1)典型实体/环境数学建模与物理效应模拟有效支撑应用

建立了一定规模的典型实体模型库、典型环境模型(即其效应)模型库,研制了面向应用的光学、电磁物理效应模拟器。实体模型包括几何模型、物理特性模型等。环境模型包括典型气象环境模型和自然环境模型等[12,15-17]。物理效应模拟器包括光学单元模拟器、光学辐射式及调制式多元成像模拟器[18]、多光谱成像模拟器、电磁阵列式单元模拟器、电磁阵列式成像模拟器、气动光学/气动加热等特殊物理效应和多物理场耦合效应模拟器、结构动力学环境模拟器、导弹发射系统模拟器、火控系统模拟器、导弹武器系统全任务维修训练模拟器等[19]。上述模型及模拟器已应用于战术导弹仿真系统/平台、仿真试验及仿真训练中。

近年来,我国在仿真模型校核方法方面也取得了研究成果,包括：对各类模型校核方法的研究、对模型校核过程中抽象方法的研究及近似条件选取等,仿真模型置信度越来越高,更有力地支撑了战术导弹仿真验证评估。

2)仿真系统/平台较好服务于应用

仿真系统/平台的技术研究成果已快速转化为仿真手段和能力,成功研制了适应于战术导弹仿真多种任务需求的仿真系统和平台,包括部件级和单系统级性能验证与评估半实物仿真系统、多系统级性能验证评估数字/半实物综合仿真平台和体系级效能评估数字仿真平台。目前,我国已研制的半实物仿真系统可满足多种体制的导航、制导、控制等仿真需求。一是先进光学成像制导半实物仿真技术已趋于成熟,如单波段、双波段红外半实物仿真系统、红外/可见光半实物仿真系统等已应用于导弹仿真中。二是在射频制导仿真技术领域先后研制了多套阵列辐射式射频半实物仿真系统,可满足不同探测体制仿真试验验证需要[20]。三是光学/射频复合半实物仿真技术近年来发展快速,研制的基于紧缩场的射频/红外共口径复合半实物仿真系统、多通道射频阵列/红外成像共口径复合半实物仿真系统已获得工程应用。其中,基于紧缩场的射频/红外共口径复合半实物仿真系统采用光学和电学一体化设计的方法,通过在五轴转台上共用一套光学准直系统实现射频/红外的共口径复合。

在多系统级仿真平台建设方面,已取得多项高性能仿真平台的技术成果,构建了由多个分系统组成的全系统综合仿真支撑环境和试验平台,将数字、半实物等仿真资源集成,实现全系统级性能仿真评估,为全系统兼容性、协调性、匹配性等仿真验证提供服务。

在导弹装备体系论证级决策仿真支撑平台建设中,形成了Arch Modeler,SysPrime等复杂系统体系结构设计工具和“XSimStudio[21]”“数字武器开发平台DWK”“基于组件的一体化建模与仿真系统CISE++”等体系仿真平台,构建了导弹装备体系仿真示范应用系统等。基于CNP Tools,e M-Plant等工具和软件构建了一体化联合保障装备保障业务仿真推演体系,能够对导弹武器系统任务保障效能进行分析。

3)仿真试验技术已成为支撑战术导弹全生命周期的技术手段

目前,单系统级仿真试验技术比较成熟,如制导控制半实物仿真,已广泛应用于战术导弹设计研制中,并在试验鉴定中发挥了越来越重要的作用。近年来,体系论证仿真试验技术、多系统构成的全系统性能/效能评估仿真试验技术得到越来越多的关注和重视。以提升产品环境适应性为需求,鉴定试验已将系统性能/效能仿真、体系效能评估仿真纳入其中,成为产品鉴定试验的有效补充。

为适应战术导弹“试验—鉴定”一体化发展的趋势,已在试验设计和试验方法方面开展了研究,通过研制方与使用方合作及共享信息和数据,针对战术导弹试验的小子样问题,充分利用验前信息,在仿真试验框架设计、试验环境构建、试验项目筛选化、试验样本水平确定以及试验数据融合分析等方面取得应用研究成果[22-23]。仿真试验校核与确认直接影响仿真结果的正确性和可用性,开展基于VV&A 过程,以及Bayes网、云模型、信息熵与模糊数学等方法研究,对不同系统层次的复杂仿真系统置信度开展分析,满足统计评估的基本要求[24-25]。国内研究人员运用小子样评估、多源信息融合、异总体参数评定、效能分析评估等建模与仿真方法,充分综合各阶段、各种类的评估数据,实现对战术导弹技术性能和作战使用效能的全面综合评价[26-29]。

2.3 研究现状分析

战术导弹仿真技术经过多年的发展,从原来较单一的设计验证仿真发展为论证。设计研制、鉴定评估全生命周期仿真,从单系统性能仿真发展为单系统性能仿真、多系统性能/效能综合仿真与体系对抗仿真的全系统仿真,如图3所示。基于国内外发展分析,当前战术导弹仿真技术的研究现状可归纳为以下几点：

1)新技术、新方法等在建模仿真中的应用最为迅速和广泛,已形成的仿真体系架构、较丰富的模型和模拟器储备、功能较强的性能/效能仿真系统和平台,以及较完善的仿真试验和评估方法,为战术导弹仿真奠定了较好的基础。

2)已建立的典型实体/环境模型库,与不断提高的导弹复杂环境适应性要求尚有差距,复杂场景建模仿真的逼真度需进一步提高。模型/模拟器的构建标准和评价方法尚不健全。

图3 仿真在装备全生命周期中的作用Fig.3 Function of simulation in the life cycle of missile weapon

3)已建立的仿真系统、仿真平台主要解决单系统的分段设计验证问题为主;多系统综合仿真平台的研究还需进一步深入,平台的能力、智能化水平及评估置信度都有待提升。

4)已形成的仿真试验应用,从支撑研制向支撑论证和鉴定使用的“两端”拓展。但新兴的高沉浸式强交互虚实融合仿真试验技术还处于研究阶段;高逼真仿真试验方法、高效/智能仿真试验评估方法尚需深入研究和应用验证。

3 重点发展方向分析

3.1 复杂场景建模仿真技术

随着战场环境和战术导弹系统复杂度的提升,给当前单一、孤立的建模思路带来了巨大挑战。针对所面临的“复杂”建模对象,复杂环境建模、物理效应建模等已成为研究重点。

3.1.1 复杂场景数学建模

1)复杂场景特殊效应特性建模

当前复杂电磁/光电场景的复杂度虽然有标准进行分级,但实质上还处于定性阶段,需进一步建立“复杂度”量化度量模型。复杂场景之所以复杂是由于内含的要素多且要素之间存在动态交互或耦合效应,因此需要重点研究各源之间的动态交互下耦合特性及等效场景构建方法,如研究多物理场环境互耦效应机理及测试方法、多场耦合效应下的成像目标畸变特性建模方法等。

2)实测数据反演建模

针对实测数据在仿真中的应用问题,研究静态目标红外辐射特性的测试方法、真实环境动态目标红外辐射特性跟踪测试方法、复杂场景红外辐射特性模型标准化表示方法,构建复杂场景的红外辐射特性数据库,与理论模型循环校核进行比对,基于新型红外成像模拟器响应特性,建立复杂场景红外辐射特性的仿真模型。

3.1.2 复杂场景物理效应模拟

1)高性能成像模拟

由原来简单的单点目标或多点目标、固定背景模拟逐步转为成像模拟,例如紫外成像、SAR 成像、MIMO(多输入多输出系统)成像等模拟。同时,原有的成像模拟的图像分辨率和动态范围等性能指标也将越来越高。不仅模拟传统的目标、干扰、背景等常规信息,而且要模拟特殊环境或物理效应对成像的影响,例如气动光学效应造成的波面畸变等[30]。

2)多维度目标信息模拟

多维度目标信息模拟是在现有模拟目标信息维度的基础上增加新维度(如距离维、速度维、光谱维、偏振或极化维等[31]),例如射频任意变极化、激光多普勒或微多普勒、光学偏振成像、多光谱成像等模拟。随着维度的增加,所需模拟的信息量以几何级数增加,而当前传统器件的模拟信息量有限,为了模拟新增加维度的信息,要牺牲其他某个或某些维度的信息量,从而降低了系统的分辨率。随着三维或多维目标信息物理辐射模拟技术的发展,未来多维度信息模拟的精度也将越来越高。

3)多体制复合目标模拟

多体制复合目标模拟是采用复合方法将两种或多种不同体制的目标模拟器进行复合共用或一体化设计研制[32-34],例如被动微波或毫米波与中波红外成像复合、激光雷达与可见光成像复合、毫米波/长波红外/激光半主动三模复合等。对于分口径的目标复合,在原有仿真方法和系统的基础上基本可以完成,而对于多模共口径复合,技术实现矛盾的焦点转移到复合方法和复合器件上。

3.2 仿真支撑平台技术

3.2.1 面向高逼真强实时多任务协同仿真平台

协同作战是现代化战争的主要样式。以多体协同、多飞行器编队等为主要特征的复杂装备研制,需要仿真平台具备全任务剖面的高逼真、强实时的仿真支撑能力。硬件在环是提高仿真逼真度的主要手段,对于多体协同、多飞行器编队等仿真,则需要多套硬件在环仿真系统通过实时通信网络构成一体化的协同仿真环境。该环境对协同性、实时性等要求十分苛刻。当前,需解决仿真实时控制与集成交互、组态化运行与高稳定帧时间控制、超高速实时网络通信与智能I/O 交互等难点,使仿真平台具备超高速率实时数据通讯及多种接口的长线传输与通用适配能力。

3.2.2 面向多领域融合的跨域/异构联合仿真平台

跨域/异构联合仿真以不同领域仿真技术融合研制能力为核心,能应用于全数字仿真和半实物仿真中,包含装备论证仿真、产品设计与验证仿真、生产制造仿真、服务保障仿真等方面。依靠大数据、云计算等技术,以先进的计算机技术、网络技术以及通信协议技术为基础,将具备特定功能的各类仿真资源进行集成,实现深层次多方协同、开源式资源共享、系统性场景再现,实现跨域/异构仿真资源互操作、可重用和可组合能力。

当前,战术导弹武器多系统跨域/异构联合仿真需重点关注两方面。一是实时同步与逻辑同步模式下的仿真资源重用性和可信性问题。针对异构跨越条件下的互联仿真,研究高精度时间同步技术及时间推进机制,实现不同形态的参试、受试资源灵活组合,并保持在相同的想定和试验方案下,试验结果的一致性。二是解决远程互连的适用性和安全性。对于存在实时交互要求严苛的仿真环境,研究远程分布网络数据实时传输技术,并在试验方案设计和参试与受试资源部署使用时进行合理规划和设计,将远程互联带来的误差控制在适用范围之内[27]。

3.3 仿真试验技术

典型条件下战术导弹性能验证和优化的仿真试验方法及评定方法已有较成熟的应用,面向复杂应用的边界条件下及系统全链路性能仿真试验等正成为研究重点。

3.3.1 性能仿真试验

1)边界性能仿真试验

靶试的局限性使战术导弹的边界与极限性能难以考核,制约着导弹装备的作战运用。未来可充分利用仿真的优势,在内场仿真试验室进行极限条件下的仿真试验对导弹的性能摸底探边。重点研究解决仿真有限资源条件下和有限样本下的边界性能试验设计问题,以及从试验数据中提取边界性能指标的问题。

2)全链路综合仿真试验

在对抗条件下,导弹武器系统通常具有交互性、高动态性、不确定性等特点,为了对导弹武器系统设计的正确性、协调性进行验证和优化,验证和评估导弹武器系统性能,需要实现导弹武器从系统探测、指挥发射控制、制导控制、引战配合直至命中目标的全武器系统闭环仿真试验。

3)多体协同仿真试验

随着云作战、蜂群作战、网络中心战等作战理念的研究与推进,战术导弹由单弹作战向多弹协同、集群协同作战发展。在试验室环境下,在有限的仿真计算资源、有限物理效应模拟资源条件下,仿真多目标交互环境及集群交互过程,达到场景再现、机理再现、过程再现和效果再现的目的。

3.3.2 体系效能仿真试验

能力存在于体系之中。体系对抗仿真技术在装备体系顶层设计、方案论证、推演与评估,热点问题研究和体系运用研究中成熟应用,形成了一批不同体系和用途的仿真试验系统,满足了目前相关领域对仿真的迫切需求。同时,通过这些项目的建设,各部门广泛推广了体系对抗仿真技术,使体系仿真作为一种研究导致得到认可和接受。体系效能仿真试验需在给定威胁、条件、环境和作战方案下,检验与评估体系实现特定任务目标的效果。随着战术导弹朝着多弹协同、集群协同、体系化方向发展,其体系效能仿真试验面临大样本、高维度等问题,制约着体系效能仿真试验的效率,增加了仿真成本和时间开销。因此,需要对体系效能仿真试验的过程、抽样方法、试验变量、试验数据采集等进行科学设计,在覆盖体系效能试验要求的前提下,对试验的各个环节进行优化,提高试验效率,降低试验开销。

4 后续发展思考

仿真技术将沿着“数字化、虚拟化、网络化、智能化、普适化、协同化”的方向发展。近年来,云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术与建模仿真技术进一步深度融合,使建模仿真的潜力进一步释放,提升了建模仿真技术对战术导弹仿真需求的支撑能力。

4.1 新材料、新工艺、新方法促进装备仿真的仿真器高性能、高置信度发展

4.1.1 促进物理效应模拟技术的更新换代

1)推动红外成像目标转换核心技术升级

红外成像目标模拟的核心是红外转换器。当前国内已实现工程应用的红外转换器主要分为三类：基于光调制的数字微镜阵列[18]、基于热发射的电阻阵[36]和基于光热转换的光纤面阵[37]。对于以上三类转换器,需要借助芯片的半导体工艺以及先进的光学设计仿真手段提升成像模拟的性能和应用范围。此外,运用最新技术开发新型的红外成像转换技术,例如MEMS二维振镜扫描成像、红外激光高温高动态目标模拟、光子诱导动态红外图像模拟等。

2)微波与光子结合提升射频目标模拟性能

射频目标模拟系统的工作带宽受到了传统微波器件工作带宽的限制,光的波长是微波波长的百万分之一到千分之一,其作为载波所传输的信号带宽远大于射频作为载波所加载的信号。基于微波光子方法能在光域实现微波信号产生、传输、处理和控制,有望解决射频信号的动稳定低耗传输、高纯度的微波本振信号生成、瞬时大带宽射频信号的幅相精确控制等问题,提升当前射频目标模拟的性能,为未来新体制射频目标模拟方法提供了新的可能[38]。

4.1.2 探索先进新体制新概念战术导弹仿真器

针对颠覆性概念前沿、新体制、智能新概念战术导弹,探索例如量子雷达及光量子成像模拟、关联成像模拟、X 射线脉冲星模拟、高精度地球重力场模拟、姿轨控六自由度模拟、跨介质过程模拟等新型仿真器的概念,为未来新型战术导弹武器的仿真需求储备仿真技术能力。

4.2 数字化、网络化、智能化促进装备仿真系统集成的标准化、平台化

数字、智能、网络三大领域是未来技术持续创新战略的关键要素,上述要素与仿真技术的结合,将加速真实物理世界与虚拟仿真世界的融合。催生出仿真新方法、新功能和新业态,推动仿真系统快速发展,促进装备仿真系统标准化、平台化。

1)构建面向新型联合作战的分布式综合试验环境

为应对武器装备在未来大规模联合作战条件下的试验鉴定评估需求,基于5G、物联网等先进网络技术,促进面向服务平台架构的发展,将云计算引入到建模与仿真领域中,以提高互操作性、可组合性、可重用性,降低建模与仿真的成本,使可快速部署、可互操作和可信的服务型仿真平台成为可能。集成各领域试验资源,构建面向体系、虚实结合的分布式综合试验环境,充分发挥各专业试验系统与靶场的技术与资源优势,支撑开展大规模联合作战装备试验与训练演习。

2)推动先进智能仿真技术应用

随着人工智能技术的发展,认知仿真等智能化仿真技术被应用到试验鉴定评估领域。在开展体系对抗条件下的武器装备试验鉴定评估和智能化武器装备的试验鉴定评估时,重点解决复杂体系对抗建模、网络安全对抗模拟、智能无人集群对抗模拟等仿真问题,实现体系对抗对象和智能化装备/系统认知决策过程与结果的有效模拟。