导弹分队战术指挥训练模拟系统技术框架构建∗

王 康 高桂清 张晶晶 秦园丽 孟二龙

（1.火箭军工程大学 西安 710025）（2.96761部队 灵宝 742500）

1 引言

导弹分队战术指挥训练模拟系统是模拟训练器材的重要组成部分，能够根据部队实际作战编组、作战区域战场环境、实际武器装备及特定作战对手等条件，在计算机技术、虚拟现实技术、军事建模与仿真技术、先进人机交互技术的支撑下，为各级指挥员提供“战训一致”的指挥能力训练环境，是部队开展战术指挥实战化训练的重要途径[1～3]。利用指挥训练模拟系统开展训练，能够有效化解部队战术指挥训练武器装备动用频繁、物资消耗大、暴露症候明显、受天气及场地条件限制等弊端，解决指挥训练条件欠缺、指挥能力检验手段匮乏的实际困难，使得各级指挥机构常态化组织开展战术训练成为可能，切实增强官兵实战感，达到熟悉战斗方案、查找问题不足、提升指挥技能的目的，持续推动部队战斗力快速提升[4]。由于模拟训练系统具有安全、经济、可控、可重复、不受气候条件限制等特点，在国外也受到广泛重视，已经成为各国指挥员培养及部队战斗力建设的重要途径[5]。

导弹分队战术指挥训练模拟系统技术框架构建是在完成需求分析后、开展系统搭建前所必须开展的工作，目的是结合用户需求、从相关技术的角度出发，为系统进行框架的搭建，便于开发人员进行后续开发，确保后续各项工作的进程和质量。

2 系统构建的思路及要求

导弹分队战术指挥模拟训练系统是一个较为庞大的人机交互系统，在构建过程中应首先明确系统构建的思路及原则，并以此为依据开展系统技术构建。

2.1 系统构建的思路

以相关军事法规与标准规范、平台建设技术规范、模型开发与集成标准等行业标准为依据，采用系统化、模块化、集约化的方法，广泛采用军事建模、作战仿真、人机交互等领域先进、成熟技术，采用模型驱动（Model Drive Architecture，MDA）框架的体系构建方法，构建以数字仿真模型为支撑，仿真对象的行为特征和组织结构关系的高度抽象、分解、可重用性和高拓展性为主要特征，集成模型开发、仿真推演运行、态势展示、数据分析与评估等功能于一体的战术指挥训练模拟系统[6～7]。

2.2 系统构建的基本要求

1）功能性要求。功能性是系统最核心的要求，是战术指挥训练最主要的需求。在系统构建过程中，必须以功能性需求实现为核心，以功能牵引系统构建，以功能是否实现作为系统评判的主要依据，确保系统的可用性。

2）系统性要求。系统性体现的是系统设计的全面性，要求系统在层次上合理、在模块上全面、在结构上稳定、在联结上可靠，具备完整的软、硬件形态。通过对组件的规范化设计，提高系统高效运行、组件调用、数据交互等运行效率，以便于维护及管理。加强过程质量监管审查，避免因设计问题影响经费预算及研发进度。

3）稳定性要求。稳定性是指系统按照要求技术指标正常运行的能力，主要衡量指标为平均修复时间（MTTR）。设计人员应充分考虑部队技术力量相对薄弱的实际，将系统稳定性作为系统设计的重要因素，充分考虑系统在运行过程中冗余数据、过程数据的处理问题以及系统硬件布设、散热、防灰尘、抗震等现实问题，避免系统运行无故崩溃，因而影响训练活动的正常开展。

4）交互性要求。战术指挥训练模拟系统作为实战化的训练手段，其训练过程就是指挥员作为训练主体与系统进行深度交互的过程。为提高训练效果，应重点围绕操作的交互性、感知的交互性以及营造更加贴近实战的分为等方面提升人机交互体验，营造更加真实的氛围，提升训练的质量效益。

3 系统整体技术构建

根据装备需求清单，结合系统构建要求，以平台建设技术规范、插件开发与集成标准、模型开发与集成标准、实验运行管理规范等标准规范为依据，通过构建以数据库、模型库、规则库为核心的资源层，在以太网、反射内存网等构成的物理链路层的支撑下，通过训练筹划工具箱、模型管理工具箱、仿真推演工具箱等工具层，实现指挥要素训练、合成指挥训练、作战实验等应用[8～11]。如图1所示，系统技术框架自下至上可分为资源层、通信链路层、服务层、工具层及应用层。

应用层从不同层面描述系统所具备的应用能力，用户能够利用系统开展指挥要素训练、合成指挥训练、作战试验等应用。其中，指挥要素训练主要包括基本指挥技能训练、作战分析筹划训练、战备等级转换训练等。合成指挥训练包括全流程指挥训练、单科目战术指挥训练、专项战法指挥训练等。作战试验包括战法演练、指挥能力评定、作战方案评估等。

图1 元战术指挥训练模拟系统体系结构图

工具层由若干开发、设计、控制、演示、分析、评估等功能工具箱组成，为系统指挥训练提供从训练准备、实施以及结果评估等全周期支撑，具备作战筹划、模型管理、仿真推演、训练导调、综合显示、指挥作业、战法研究、分析评估等工具。

通信链路层为系统运行提供通信链路及传输接口，构建连接系统内部、系统与外部接入模块的拓扑网络，主要包括以太网、反射内存网、实时网等网络形式。

资源层主要由数据、模型、规则三部分构成。其中，数据主要包括军事规则数据、编制数据、环境数据、武器性能数据、评估指标采集数据及各类过程数据，模型包括实体模型、动作模型、任务模型、交互模型等、评估模型等，规则主要为裁决规则。通过对资源的调用，实现系统的正常运行。指挥模拟训练系统所涉及的模型资源、数据资源及规则资源构成越来越复杂、体量越来越庞大，为有效利用已有资源、提升开发和管理效率，通过模型库、数据库、规则库对其进行有效管理。

4 系统工具层框架搭建

导弹分队战术指挥训练模拟系统工具层围绕系统功能实现，以工具箱的形式，对从训练计划安排、训练前期准备、训练过程实施到事后评估等模拟训练过程全生命周期提供支持。

工具层主要包括训练筹划、模型管理、仿真推演支撑、训练导调、指挥作业、综合显示、分析评估、作战试验等工具箱，其结构如图2所示。

4.1 训练筹划工具箱

主要任务为辅助组训者完成对训练想定、训练计划、导控方案、评估方案的制定及管理，其主要构成包括训练想定编辑工具、训练计划制定子工具、导控计划制定子工具及评估计划制定子工具。

4.2 模型管理工具箱

由模型设计子工具和模型装配子工具组成。其中，模型设计子工具以模型项目管理、模型管理、模型构建、辅助建模功能为核心，实现“需求分析—模型构建—模型测试—模型入库”的模型组件及系统组件模型全流程开发。模型装配子工具以组件模型配置、实体模板组装及相关辅助功能为主，以xml、xmodel格式实现武器装备组件模板、行为逻辑组件模板、实体组件模板的维护、装配、二次分类及管理。

4.3 仿真推演支持工具箱

由仿真推演工具、时统工具及分布式交互中间件组成，实现围绕特定背景想定的模拟指挥训练。

图2 工具层结构图

4.4 训练与导调工具箱

由仿真想定编辑工具、导调与进程控制工具、兵力指挥工具及数据采集回放工具组成，实现训练科目的调用及临时设定、训练进程的多样化控制、战场态势及环境的临机调整、态势图直接干预等功能。

4.5 指挥作业工具箱

为参训人员提供战术指挥作业常用工具，可看做是抽象化的参谋作业箱。其中，文书传递工具用于接收、下达各类作战命令、指示、通报及请示、报告等常用作战文书。作战文书拟制工具内置模板，实现相应作战文书拟制、导入导出等功能。要图标绘工具支持数字地图、军队标号库的导入及管理，实现部署图、战场态势图、决心建议图等的标绘。战术计算工具主要提供编队机动速度、目标打击用弹量、物资消耗等辅助概略计算工具。

4.6 综合显示工具箱

由模式控制工具、二/三维地图显示与控制工具、信息综合查询与分析工具三部分构成，主要用以实现作战区域相关要素的二/三维显示。其中，模式控制工具由分布式实时态势显示及离线回放态势显示子工具构成，通过接受终端回传数据或调用离线文件，实现相应态势显示。二/三维地图显示与控制工具实现地图加载、二/三维地图显示、操控及显示配置、插件管理等功能。信息综合查询与分析工具主要实现综合查询及地形量算及分析等功能。

4.7 分析评估工具箱

主要为作战方案提供评估工具。其中，数据预处理工具负责利用拟合算法、估计算法、检验算法等算法对仿真数据进行处理并导入；评估方案工具通过对指标体系设计、评估流程设定、算法选择等，完成评估方案的制定，以满足评估任务重复使用的需求；评估任务工具通过调用已有的评估方案完成单次任务评估；指标体系设计工具及指标计算流程设计工具分别指标体系及指标计算流程进行设计，或将其以模板的形式进行固化，以满足评估方案的设计需要；评估展现工具主要实现指标体系、指标评估结果的多样化显示；插件配置工具为分析评估工具箱功能拓展及兼容性提供支持。

4.8 作战实验工具箱

主要对作战方案和作战计划通过作战实验的方式进行设计和检验，目的是找出战法中的薄弱环节，不断优化完善作战方案，其结构如图2所示，主要由实验设计工具及实验管理工具两个子工具构成。其中，实验设计工具主要实现实验方案设计，通过实验规划、实验管理及实验分析三大模块实现。实验管理工具通过对运行策略的管理，掌握任务执行情况，获取相应的数据，建立多样本数据分析来源。核心功能为根据实际需求，通过对运行方案调整实现运行想定规划，如运行单一方案单一样本、单一方案多重样本、多重方案多重样本等模式配置等；上传、下载等任务管理以及云端节点管理；通过环境仿真数据提供运行环境支撑。

5 资源层搭建

导弹分队战术指挥训练模拟系统资源层主要由模型库系统、数据库系统及规则库系统构成。

5.1 模型库

模型库主要由模型库管理系统、模型库目录和模型集合组成[12]，其结构如图3所示。

其中，模型库管理工具与系统工具层模型管理工具箱相连接，用户通过模型库管理系统实现对模型库目录的调阅、模型信息查询及调用，与模型管理工具箱共同完成对模型的设计及管理。

模型目录以列表的形式用于存储模型库中模型向对应的各类信息，如模型名称、模型类别、模型能力等，建模人员或系统管理员通过目录查询方式获取相应模型各类参数。以指挥车为例，建立如表1所示模型库目录。

图3 模型库结构图

表1 模型库目录表

模型集合负责对入库的模型按照“文件存储+数据存储”的方式，按照多层树形结构进行存放。在模型库中，使用巴克斯特范式BNF（Backus-Nau⁃rForm）形式化定义对模型进行描述：

5.2 数据库

系统数据库由数据库软件管理系统（DBMS）及数据存储数据库（DB）构成[12]，如图4所示。其中，数据库软件管理系统（DBMS）是指建立、操作和维护数据的通用管理软件，是技术人员进行数据访问和管理的必要路径。数据采集模块具体包括采集管理、数据管理、日志管理和通信环境管理等内容，为数据库功能实现的核心。为了使得数据库正常运行，同时设置数据库管理和辅助功能项。数据存储数据库（DB）按照一定规则对动态基础数据、动态过程数据以及模型应用数据进行组织、存储，具有较小冗余度和较高数据独立性，供数据库软件管理系统（DBMS）进行数据导入、访问、修改等，为服务层运行提供支撑。

图4 数据库结构图

5.3 规则库

规则库结构与模型库结构类似，由规则库管理系统、规则库目录和规则集合组成。其结构如图5所示。其中，规则库管理系统实现对规则库目录的调阅、规则信息查询、及设计、管理，服务层通过规则库管理系统对规则进行调用。模型目录以列表的形式显示各类规则信息及明细。模型集合负责对入库的规则按照一定的规则和结构继续存储。

图5 规则库系统结构图

6 结语

利用模拟训练器材进行训练已经成为当前世界范围内的通用做法。本文紧密结合部队训练需求，对系统整体技术框架搭建、各层级功能模块等方面进行了设计，成果能够直接用于指挥训练模拟系统开发。但由于近年来部队建设发展变化显著，军事建模与仿真、人机交互等相关技术发展日新月异，本文所设计的框架可能会具有一定的历史局限性，因此系统开发人员应结合实际情况进行微调和优化。