国内外反水雷装备模拟训练系统综述

杨振宇，唐君超杰

（1.海军研究院，北京 100161；2.中国船舶重工集团有限公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003）

0 引言

为了更好地熟悉和掌握武器性能、战术战法，实装演练是目前应用广泛的一种训练方法。然而，随着越来越多的高、精、尖武器装备的投入使用，实装演练费用高昂、规模受限等缺点也越发明显，特别是对于反水雷装备这种集多载体、多目标为一体的复杂系统，实装演练不仅成本高昂、准备工作复杂，并且还存在较高的安全风险。随着信息技术的发展，反水雷装备模拟训练正逐步取代实装，成为各国研究的重点。模拟训练是指利用模拟训练系统实现的模拟作战环境、作战过程和武器装备作战效应下，所进行的操作技能训练、军事训练、军事作战演习、战法研究演练等全过程。因其具有安全、经济、高效、可控、可重复、不受场地天气限制等优势，目前受到了广泛关注[1]，特别是反水雷模拟训练系统，作为海军模拟训练系统的重要组成部分，近年来成为了国内外研究的热点[2-3]。

在研究外军典型反水雷装备模拟训练系统的组成、功能、使用方式、特点规律的基础上，通过与国内现有的反水雷模拟训练系统进行对比分析，为国内反水雷装备模拟训练系统的发展提供参考和借鉴。

1 国外典型反水雷模拟训练系统分析

1.1 美国反水雷模拟训练系统

美国是世界上最早开展模拟训练研究和应用的国家之一，其技术和装备一直处于国际领先地位。美军配有MCM级反水雷舰和MHC级沿岸猎雷艇，为解决反水雷训练成本高昂的问题，AN/SSQ-94（V）反水雷模拟训练装置应运而生。该模拟训练装置可模拟 AN/SLQ-48灭雷系统、AN/SQQ-32猎雷声呐、AN/SNN-2（V）精确综合导航系统以及AN/SYQ-13（V）导航指控系统的控制台，可供MCM级和MHC级舰的作战信息中心人员单独训练或分组训练。此外，AN/SSQ-94（V）还提供了六自由度的舰艇水动力模型以真实地模拟舰艇的运动，供船员进行舰艇操纵训练；训练地点不限于舰上的作战系统控制台，可以在码头进行；在训练中还可引入不同难度的训练任务以及作战系统故障，以测试个人或分队在系统性能下降的环境下的反应；训练场景结束时，系统还会提供总成绩和任务总结，以便进行复盘分析[4]。

1.2 欧洲反水雷模拟训练系统

欧洲各国的模拟训练系统数据格式规范、模型可移植性高、系统接口技术统一、软件模型易于扩展，各军兵种模拟训练系统兼容性、互操作性较强。

1.2.1 法国 ECA公司的无人反水雷系统模拟器（UMSS）

法国 ECA公司的无人反水雷系统模拟器（UMSS），其目的是比较不同反水雷装备（猎雷舰、无人反水雷系统）在不同作战模式下（如两栖攻击、港口保护、隐蔽作战等）清除水雷的时间或清除效果等。通过使用该模拟器，ECA公司可以调整无人反水雷信息系统（UMIS）的研发方向。此外，通过在 UMIS中集成 UMSS，ECA公司可以为客户提供有效的反水雷作战规划辅助工具，能根据任务区域的实际情况（如天气、海流等）快速调整应对策略。

1.2.2 比利时-荷兰厄格明水雷战学校的水雷战模拟装置（MWSIM）

水雷战模拟装置（MWSIM）于1994年2月3日在比利时-荷兰厄格明水雷战学校举行落成仪式，该模拟设备包括1个教官室、9个小室（3个用于猎雷，6个用于扫雷）和 1个任务汇报室。9个小室具备与大多数型号的反水雷舰艇上配备的装置相同的设备，并配备有通用的检测设备工作站。MWSIM设计的目的是对北约各国的各级工作人员包括指挥官和水雷战参谋人员进行水雷战的基础和复习训练、演习和战术训练以及作战步骤的训练。由于北约各国海军的水雷战舰艇都装备有独特的传感器和战术装置，因此该模拟装置的关键在于无论是对于舰艇还是传感器，都应由数据库驱动，并且学员控制台应该是通用设计的，以便能有效地摸拟北约各国海军中现有的各种声呐、雷达和导航控制台。根据目前的设置，该模拟装置已可以模拟“的黎波利”型、“圣当”级、“复仇者”级、“勒里希”级和“顿”级等的猎扫雷舰艇[5]。

1.2.3 伯明翰大学的反水雷模拟系统（MCMSIM）

MCMSIM 的目的是用于训练海军反水雷潜水员。MCMSIM 的开发使用了一种开源的三维建模及动画工具和游戏引擎Blender码，其软件界面同时还支持同期的三维建模与模拟工具/游戏开发工具。Blender游戏引擎利用Bullet实时物理引擎进行刚体及软体模拟碰撞检测，该系统还应用了虚拟现实技术。利用Blender游戏引擎和虚拟现实技术，MCMSIM 不仅能提供与现实海底世界接近的逼真训练体验，还可显示受训人员的表现记录，包括模拟总时长、发现每个目标的时间、正确和不正确目标数量、丢失目标、发现目标百分比等，从而能够向参与人员提供更好的反馈。

1.3 外军反水雷模拟训练系统特点

1.3.1 注重反水雷模拟训练系统联合训练

外军重视反水雷模拟训练系统的顶层规划和体系化的系统建设工作，使训练范围能够覆盖从技能训练到指挥与控制训练，从单个扫雷兵训练到扫雷舰整体、扫雷舰联合训练。此外，通过制定模拟训练系统数据、模型、接口、软件研制的开发规范，实现大规模试训一体化仿真支撑平台。最终，依托分布式交互联网模拟技术，把分散在不同地点的模拟器、实装设备及有关人员联系起来，在人工合成的电子环境中形成一个在时间和空间上相互耦合、同时共享的虚拟作战环境，从而实现扫雷舰队联合训练，甚至反水雷战的跨域多军兵种联合训练。

1.3.2 注重反水雷模拟训练系统的逼真度

一直以来，外军致力于虚拟现实技术的研究，并尝试将其应用于反水雷训练系统，以应对日益复杂的水雷战形势。此外，外军还通过大力发展嵌入式模拟训练技术，将模拟训练与实装训练相结合，将模拟训练功能嵌入到真实反水雷武器平台中，利用真实反水雷武器系统如反水雷操控台、水雷引信等进行训练，从而提高训练的逼真度。

1.4 外军反水雷模拟训练系统面临的问题

1.4.1 综合战场模拟技术有待加强

目前外军的反水雷模拟训练系统中少有对战场环境的精细建模。然而，随着信息化技术的发展，战场环境变得越来越复杂。具体到水雷战中，声、磁、电等环境干扰越来越大，将严重影响反水雷武器的工作。未考虑环境干扰的反水雷模拟训练系统跟实际的水雷战有着较为明显的差距。因此，在反水雷模拟训练系统中，建立复杂战场环境模型是必然的趋势。

1.4.2 模拟训练评估技术有待完善

虽然目前外军的反水雷模拟训练系统中，已有一些针对训练结果的总结，但仍未形成系统的分析评估体系。完整的分析评估体系应包括分析库的建立，对重大事件、状态改变分析。在反水雷模拟训练系统中，重大事件主要是指水雷爆炸，要对引起水雷爆炸的电、磁、声各场，以及扫雷舰此时的状态（包括相对水雷的距离、方位，和水雷爆炸对其影响等）进行分析，最后给出详细的分析评估报告。

2 国内反水雷装备模拟训练系统发展启示

2.1 国内反水雷模拟训练系统分析

华中科技大学与国防科技大学于2002年联合推出了水雷反水雷武器仿真对抗软件[6]。该软件是基于国防科技大学DIS-LINK开发的分布交互式仿真软件。其中，实物包括水雷组合引信、磁场模拟器、声场电信号模拟器、水压场模拟器、全磁场扫雷模拟器和声振动测量仪；仿真模拟包括扫雷舰、猎雷舰、扫雷具、各型水雷、物理场（声、磁、水压场）和有关战术软件。该软件建立了水雷武器和反水雷武器的仿真模型，并加载到分布交互式仿真系统中进行对抗，实现了水雷非触发引信和非接触扫雷武器试验的仿真，以及水雷战（包括布雷作战和反水雷作战）仿真试验。

文献[7]中针对非接触式扫雷仿真技术进行了研究，并建立了半实物对抗仿真系统。该仿真系统由水雷引信供电电源、水雷电子引信系统、目标背景（扫雷信号）实时生成系统、多路信号衰减装置、仿真监控机管理软件模块、接口装置以及引信动作及效能评估软件组成。通过建立舰船辐射噪声模型、舰船水压场信号、舰船磁场信号等目标舰船物理场信号以及声扫雷信号、磁扫雷信号等反水雷模型，可实现以下功能：仿真模拟现代智能水雷打击目标的水声物理场特性，检验并考核水雷对目标的探测及打击能力；模拟扫雷兵器产生的水声物理场，并将之耦合进行水雷引信，考核扫雷兵器对水雷的扫除性能，以及水雷的抗扫能力。

此外，水雷战还深受海洋环境影响，海军蚌埠士官学校对此进行了研究，提出了水雷战场环境仿真系统[8]。该仿真系统包括水深、潮汐仿真，海流要素仿真，海浪、噪声要素仿真，海洋温度、盐密度仿真，海水透明度仿真，海洋生物群仿真，海洋地质地形仿真。该仿真系统能为外部提供两种环境服务：一是通过环境调控与分发软件向相关模拟训练器、综合导控评估系统周期发送环境仿真数据，按需向综合导控或模拟训练器发送视景生成支持数据；二是通过数据管理为相关综合导控台与模拟训练器提供数据查询。

2.2 国内反水雷模拟训练系统发展启示

综上所述，反水雷模拟训练系统涉及水雷武器引信模型、反水雷武器物理场模型以及海洋环境模型等，是一种较为复杂的模拟训练系统。国内的反水雷模拟训练系统主要以研究性课题成果进行推广应用，虽然在反水雷训练中发挥了一定的作用，但与外军相比，仍然存在缺少系统规划、系统逼真度不足、编队功能欠缺等问题。基于目前反水雷模拟训练系统的现状及需求，结合外军反水雷模拟训练系统的特点，分析国内反水雷模拟训练系统亟需解决的技术，并总结如下。

2.2.1 加强反水雷模拟训练系统顶层规划

一方面，通过制定训练系统配套方案和研制计划，制定已有模拟训练系统改造升级计划和方案，并在此基础上开展模拟训练技术体系梳理工作，明确模拟训练技术体系架构、技术方向，促进模拟训练技术体系的快速建立，加强军用模拟训练体系顶层规划与设计。另一方面，建立反水雷模拟训练系统标准规范体系，系统地制定各类反水雷模拟训练系统研制开发规范，包括软件、模型、接口等开发规范，为各类反水雷模拟训练系统集成，实现“分布式”多兵种联合训练奠定基础。

其中涉及的关键技术包括以下2种。

1）系统标准化技术：做到统一规范数据类型和技术框架，加强各类模型、数据库的开放性和扩展性，做好各类数据库数据的收集工作，从而实现反水雷模拟训练系统的系列化、通用化和标准化。

2）分布式仿真技术：运用分布式网络系统，把分散在不同地点的软件、硬件设备及有关人员联系起来，从而减少部队调动、降低训练费用。

2.2.2 加强反水雷模拟训练系统逼真度

加强虚拟现实技术的研究，并将其应用于反水雷模拟训练系统中，提高反水雷模拟训练系统的逼真度。此外，通过发展反水雷模拟训练的嵌入式技术，重点解决嵌入式训练与操作控制之间的安全切换、嵌入式复杂可视化战场设计、嵌入式评估等问题，将真实反水雷武器系统如反水雷操控台、水雷引信等与模拟训练相结合，提高模拟训练系统的逼真度。目前水雷战中，海洋环境对反水雷武器装备作战效能影响越来越大，因此，建立虚拟战场环境和复杂干扰环境（如电、磁、声、热等干扰）背景下的模拟训练系统也成为一种重要发展趋势。

其中涉及的关键技术包括以下几种。

1）虚拟现实技术：一方面，发展新一轮的更高逼真度的虚拟现实技术系统；另一方面，虚拟现实技术的针对性和适用性更强，安全性和经济性更好，渗透到反水雷模拟训练系统的各层次、各阶段、各环节中。

2）嵌入式技术：利用嵌入式模拟训练技术，将模拟训练与实况训练相结合，将反水雷操控台、水雷引信等武器装备实物应用于反水雷模拟训练系统中，从而提高训练的逼真度，减少训练投入及训练场地依赖度。

3）综合战场模拟技术：考虑战场环境因素的影响，对电、磁、声等干扰因素进行建模，使反水雷模拟训练系统的仿真环境更接近于现实战场环境。

3 结束语

本文首先介绍了美国的AN/SSQ-94（V）反水雷模拟训练系统、法国ECA公司的无人反水雷系统模拟器、比利时-荷兰厄格明水雷战学校的水雷战模拟装置以及伯明翰大学的反水雷模拟系统。基于上述反水雷模拟训练系统，总结外军反水雷模拟训练系统的特点为注重联合训练与逼真度，同时指出其主要问题包括战场环境模拟技术及模拟训练评估技术等需要加强。通过与国内已有的几种反水雷模拟训练系统进行分析对比，得到国内反水雷模拟训练系统建设发展启示，主要包括加强反水雷模拟训练系统顶层规划以及加强反水雷模拟训练的逼真度2方面，也从中指出国内反水雷模拟训练系统亟需解决的关键技术，包括系统标准化技术、分布式仿真技术、虚拟现实技术、嵌入式技术以及综合战场模拟技术。