面向大规模常态化体系对抗模拟训练的综合演练管理系统研究与实现

朱 涛,黄绍君,范 蓉,孙韶杰

(中国人民解放军95840部队,北京 100195)

一体化联合训练已成为我军练军备战的重要内容和方式方法。依托网络信息系统，整合主要作战要素的模拟系统和装备，建设多兵(机)种体系对抗模拟训练系统是推动军事训练创新发展的使命课题。

TXDK系统是一个信息融合的网络化训练平台,可实现人在回路的平台对抗、系统对抗、体系对抗，具有联合训练、战场仿真、网络服务、考核评估、态势显示、综合演练管理等功能。其中，综合演练管理系统是该系统的关键组成部分之一,确保了模拟训练的各个环节按照预定的作战设想和作战进程高效的运行,是顺利完成训练任务的重要技术支撑。

TXDK系统的建设应用,实现了模拟训练由单武器平台训练向多武器平台联训、由单一兵种训练向多兵种协同训练的拓展,从方法和手段上促进了军事训练模式的转变;将人员与装备、指挥决策与作战行动完全融入共同的虚拟时空和战场态势中,在近似实战的环境里自主决策、自由对抗,为提升部队信息化条件下体系作战能力开辟了新的途径;另一个方面,该系统的建设应用也对模拟训练装备的建设状况进行实际检验,探索了基地、模拟、网络化训练手段的综合运用,促进了模拟训练体系的建设发展。

1 综合演练管理系统体系架构设计

1.1 系统功能需求分析

要顺利保障多兵(机)种体系对抗模拟训练的正常实施,综合演练管理系统起着十分重要的作用。它平时对系统中的各型模拟训练装备进行日常维护管理,在训练实施前根据演习规则以及由红蓝对抗双方制定并经导演部批准的训练方案生成对应的仿真想定,在训练初始化过程中加载仿真想定,构设训练初始态势,随着训练开始与推进,根据指挥员指令进行临机导调指挥控制;同时对TXDK系统的运行状态进行全方位、全过程监控与管理。

对于分布式模拟训练系统运行控制与管理问题,国内已经开展了较为深入的研究,国防科技大学提出分层递阶管理模式,装甲兵工程学院在其基础上提出“四加三”管理模式[1],其中“四”是指以演练推进的时间顺序的四段式,“三”是指管理的三个层次。在实施过程中以时间为依据的四段式管理为主,以指挥拓扑的三层次为辅。对想定设计方面，各方也深入分析了功能需求、想定描述及实现的常用技术方法[2-4],并实现了与多种仿真系统相配套的各类演练管理(导调控制)系统[5-6]。

本文针对TXDK系统大规模常态化组训的要求及特点,在充分总结多期体系对抗实际训练使用经验教训的基础上，结合上述研究成果,对综合演练管理系统架构进行了调整及优化组合,将原有的训练数据记录与回放功能调整至综合评估系统中。现有的综合演练管理系统主要完成系统运行配置方案生成、维护与检测、运行管理等任务,具体由综合信息管理子系统和演练控制子系统组成。下面分别对两个子系统进行详细分析。

综合信息管理子系统主要负责生成对抗训练想定以及模拟训练装备、基础数据及配置信息等方面管理与维护。具体功能需求如下:

1)体系对抗训练想定生成与部署功能。根据演练规则、导演部及参训部队给出的对抗任务方案,准确、便捷地生成仿真想定以及各个子系统所需配置信息,并将这些信息合理地部署到位,从源头上保证各个子系统配置信息的完整性、一致性,从技术状态上保证整个体系对抗模拟训练按预定的方案计划正常开展。

2)模拟训练装备状态监控功能。通过构建技术保障网络通道,实时监控公共网络平台中各模拟训练装备的实体状态数据、弹丸数据、碰撞数据、雷达数据、干扰数据等各类数据,并对其做出判断,若数据异常会进行告警,提示管理人员对此情况关注及进一步处理。

3)模拟训练装备远程管理功能。通过技术保障网络通道,提供界面友好、操作便捷的技术手段,对参训的各类模拟训练装备进行集中统一管理，并在训练过程中对各个子系统的运行状态进行实时监控,能够根据需要进行调整,保证模拟训练装备在训练过程中处于正常的工作状态,发挥其预定功能。同时在日常的设备维护保障中,对模拟训练装备进行技术状态升级、故障诊断与维护保养。

4)重要事件管理。提供TXDK系统日志服务功能,能够对TXDK系统重大事件(如训练开始与结束、参训装备故障等)以及综合信息管理内部系统产生的事件信息进行显示、筛选、过滤。相关人员能够实时掌握系统整体运行状态以及在制定仿真想定过程、维护部署过程、监控过程中的各类关键事件,进而辅助管理和维护人员完成整个体系对抗模拟训练系统的技术保障工作。

演练控制子系统对TXDK系统实施全面的运行管理,主要用于保证系统能够依据仿真想定,顺利实施与完成训练任务。主要包括加载系统仿真想定、系统初始化及演练过程控制等功能。具体功能需求如下:

1)加载并处理系统仿真想定,通过网络将想定数据发送到各个仿真节点,初始化战场态势;

2)发送演练开始、冻结、解冻、结束等过程控制命令,控制演练按计划推进;

3)接收并显示仿真实体的各种属性状态数据以及初始化、过程控制等命令的响应数据;

4)能够根据临机导调的需要实现实时修改实体属性状态、调整部署位置、增加删除兵力等功能。

1.2 系统组织结构与工作流程

综合信息管理子系统的组织结构如图1所示。其主要组成模块包括:

图1 综合信息管理子系统的组织结构示意图

1)体系对抗训练想定生成与部署功能模块,主要完成参训模拟训练装备定义与代号统一分配、空域及阵地设置、各方参训兵力战斗编成、兵力部署及兵力出动计划、打击目标设置、细分的子任务与战术设置及规划等;

2)模拟训练装备状态监控功能模块,主要监控模拟训练装备发出的飞行数据、弹丸数据、碰撞数据、雷达数据、干扰数据等;

3)模拟训练装备远程管理模块,主要完成各种类型的模拟装备的开关机、系统维护与升级、故障检测等工作;

4)重要事件管理功能模块,对系统预定义的重要事件以日志、告警方式进行管理及呈现。

演练控制子系统在具体实现时分为演练过程控制和演练导调两个模块,系统在实际训练中的工作流程如图2所示。

图2 演练控制子系统工作流程图

演练过程控制模块主要包括以下功能:选择正确的仿真想定脚本,统一发布演练时间与气象条件,然后运用初始化、复位、启动、结束、冻结、解冻、集合等演练过程控制命令对训练过程进行全过程控制。既能够对单个仿真实体进行精细控制,也可以实现对系统进行整体控制。

演练导调模块能够在线修改仿真实体状态,主要包括重装弹、重装油、停止耗油、修改装挂方案、修改角色、重定位等方面，同时也对各个参训模拟训练装备发送的数据进行解析,获得其属性状态数据用于监视;为指控班子开展临机导调和保证仿真实体处于正确的工作状态提供技术支撑。

2 大规模常态化组训中重难点问题分析

TXDK系统现在已经将分布在各地的各兵种模拟训练系统及装备联为一体,共同构成统一的网络化模拟训练平台,并积极向一体化实兵虚拟构造联合仿真(JLVC)[7]这一更高层次目标演变与发展。这种大规模异地异构仿真平台实时组网训练的形式,由于入网仿真节点类型与数量多、地域广、各系统间指控及交互关系复杂,在面临一般分布式系统常见的时空一致性、异地网络延迟补偿、交互性、异构系统连接等方面问题的同时,训练组织与管理方面也面临着较大困难。基于系统的职能定位,必须采用多种手段从技术层面上解决所面临的大规模兵力对抗管理与部署、实战化复杂环境设置、多样化训练内容快速准备与实施等复杂问题。

2.1 训练仿真数据准备的规范化

TXDK系统采取了平台与应用分离、模型与数据分离等技术框架，提高了仿真应用的灵活性和适应性。在实际组训时,需要根据训练任务的具体要求开展训练仿真数据准备工作。由于该项工作涉及的内容众多、数据量大、类型与关系复杂,数据准备的速度及质量成为制约模拟训练开展的瓶颈之一。训练仿真数据准备包括基础数据准备(主要包括军事基础知识与规则、数据协议标准、武器装备性能数据、仿真系统基础数据、基础战场环境数据等方面内容)和训练想定数据准备(主要任务是依据军事想定生成能够驱动模拟训练系统运行的仿真想定)等多项内容。下面对其中最为关键的数据协议标准、训练想定两个方面进行分析与规范。

数据协议标准是训练仿真数据准备的基础性工作,是提高系统可靠性、安全性、易集成性以及对作战需求的适应性的关键环节。现有的模拟训练装备入网时依据的协议标准涉及仿真实体状态、交互信息以及演练管理等方面的内容,基本满足了现有的训练需要。与此同时，该标准也在进一步发展和完善,正在积极研究与推进虚拟模拟(Virtual Simulation)与实装嵌入式训练(live)以及推演模拟(Constructive Simulation)之间的相关信息交互标准与方法。

另一方面,在开展大规模常态化训练时,还需要关注与完善各个分系统参加模拟体系对抗时需要的相关训练信息内容、信息格式及传递路线。为了更加高效地组织训练实施,在充分总结多期模拟对抗成果的基础上,开展训练想定规范化相关工作,其目的是采用明确统一的标准、清晰完整的描述、生成训练想定的相应内容,满足训练需要并突出军兵种特点,最终为训练实施提供正确的初始条件。

训练想定的主要内容分为演练规则、军事想定和仿真想定三个方面。其中，演练规则是参训各方按流程开展训练工作的基本依据,同时也是评估、检验训练效果的权威指南。将演练分为若干阶段,在每个阶段有详细的工作流程及具体的工作内容安排。具体军事想定分为企图立案、基本想定、补充想定三个部分。企图立案是对训练课题的目的、手段和任务的总体构想。其内容主要包括指导思想和目的、敌我双方企图、战斗编成、作战发展情况设想等。基本想定详细描述了作战双方基本情况、作战准备和作战过程,是想定的主要内容。基本想定的内容主要包括基本情况、局部情况、要求执行事项、参考资料和附件等。补充想定是基本想定的补充和继续,是为某一训练问题提供的情况和条件。仿真想定主要功能是为仿真系统的运行提供相关初始数据和作战行动计划与脚本。其主要内容有:战斗编成设置、兵力部署、作战任务信息、兵力出动计划与行动规划、打击目标数据、战场环境设置等。

需要注意的是，在军事想定转化为仿真想定的过程中，需要结合军兵种以及仿真系统的特点,灵活运用。比如在军事想定中只是笼统地设定，但在仿真想定中必须在军事想定的基础上进一步细化、数字化。

另外，根据仿真系统的特点还可以实现对模拟兵力的重复使用并指定其再生位置,这样就可以用较小模拟兵力规模解决军事想定中设定的增援加强、多波次密集攻击等问题。

在具体的训练仿真数据准备工程实践中,可以运用操作友好的可视化界面以及自动化数据校核手段,将相应的数据分门别类地存储在数据库中,各个系统通过统一的数据库取得自身所需的相关信息。这样就可以保证仿真数据的权威性、完整性、一致性,同时也避免了大量重复烦琐无效的工作。

2.2 多波次训练计划的敏捷实施

在实际模拟体系对抗训练中,通常在很短的时间内要组织多个不同波次的训练,每个波次面向不同训练课题。这充分体现了模拟训练便于组训、不受各种自然条件限制、高效逼真、经济安全等特点,但同时也对系统的敏捷实施能力提出了更高的要求。每次从得到训练计划到正式开始训练中间的间隔很短,并且计划中还包含多个波次不同的训练内容,留给完成由军事想定转化为系统仿真想定以及部署训练初始战场态势的时间很短,标准要求高,任务繁重。

为了满足这样的刚性训练需求,采取以下手段与流程进行处理:

1)综合信息管理子系统能够在多个席位同时运行系统的不同实例,对于每次训练方案中的各个波次根据演练日期和波次号进行区分,按照预先的分工协同工作,在各自的席位上同时将各专业的相关训练想定数据在数据库中创建,并由系统自动完成校核、分类、汇总等方面工作;

2)根据数据库中的想定数据,自动生成各个模拟训练子系统所需的各种基础配置文件并分发与配置到位;

3)演练控制子系统也能够同时运行多个实例,根据红、蓝、白角色分组，以及各专业分工，根据数据库的相关数据生成每个波次子系统自身的仿真想定。在每个波次训练实施前,导演部总控载入整个系统仿真想定并发布命令初始化各个模拟训练子系统,模拟训练子系统响应初始化命令,自动更新状态配置,开展本级系统的初始工作,最终完成整个系统的初始化过程,从而完成训练前的初始态势设置。

为了能够顺畅地完成以上流程,在具体工程实现时还需要关注操作软件的便捷性、界面友好性、易用性、安全性、容错性等方面因素,并且根据实际使用要求,不断持续改进。

2.3 演练进程的综合控制策略与方法

综合演练管理系统是确保训练的各个环节按照预定的作战设想和作战进程高效开展的关键节点之一,对于训练初始态势能否顺利部署,训练过程能否按计划正常推进,指挥员的临机导调能否有效实施等有关训练全局性问题,必须进行有效的综合管理和控制。从实际组训的经验来看，其中的核心是系统健壮性和指控指令可靠性控制。下面具体进行分析。

由于TXKD系统的复杂性,并且该系统还正在不断地发展,有更多类型、数量的实装、模拟训练装备不断入网。虽然各类模拟训练装备在入网时已经按照入网标准进行了各项调试与测试,但往往存在测试不完全、不充分的情况。这是由于模拟训练装备(尤其是新研制的、异地的)在自身调试时无法真正构建联网训练时的真实环境;另一方面是，由于模拟仿真对象(典型的如各型飞机、雷达、地面防空兵)本身的复杂性,其本身就是由多个子系统多个模块组成,交互关系复杂,在其内部也有可能存在相应问题。综合以上因素就造成新入网或功能升级改造的模拟训练装备的可靠性较低,再加上异地网络传输数据的不确定性,在正式模拟体系对抗训练时往往会出现数据传输异常或某个模拟装备子系统不能正常工作的情况。

面临这样的复杂情况,以及系统健壮性、可靠性的硬性要求,采取以下方法进行处理:

1)全面有效的容错机制。一方面采用精心设计的过滤算法和全面、严格的合格性检查算法,对收到的各类数据(主要包括飞机数据、弹丸数据、碰撞数据、电磁数据、目标数据等)进行处理,防止非法数据进入综合演练管理系统内部;另一方面对于系统内部的关键子系统、核心控制模块也有防错及异常处理机制,在系统自身内部做好相应的预防、防护措施。

2)系统热备份及自恢复。采用红蓝白多方分组,在每个分组内又按照席位分工同时运行多个程序实例,建立多重保证、相互备份手段,在很大程度上降低了系统管理失控的风险。另一方面不断加强系统自身快速恢复能力建设。具体来讲，就是一旦系统工作不正常,能够快速通过多种手段将系统恢复到正常工作状态,并且不会对训练的进程及结果产生影响。总之坚决杜绝因为个别模拟训练装备不正常工作,引起综合演练管理系统崩溃进而造成无法正常开展训练任务的情况发生。

3)指控指令可靠性控制。对关键指挥控制指令的可靠性、有效性通过以下手段进行保证:首先，对发送的控制指令进行严格的正确性检查,保证控制指令自身正确性,其次，用多次发送数据帧的方法确保指令的可达性,最后，通过多重手段验证模拟训练装备是否真正响应指令以及其自身的属性状态是否进行相应的改变。例如，可以通过查看模拟训练装备回传的各类数据、观察二、三维态势,直接询问现场保障人员等方法验证指令是否真正起到相应的作用。总之,通过综合使用多种手段确保达到训练态势整体可控、能够及时落实指挥员临机处置命令的最终效果。

3 结束语

根据多年常态化的训练组织与管理实践经验,综合演练管理系统不断升级改进,现已形成了一套完整的大规模、常态化组训及管理解决方案。对模拟训练前的仿真准备、训练初始态势构设、训练实施过程中的管理与监控等系统仿真运行全过程均提供有力的技术手段保证。 在系统的实际使用过程中,相关训练组织与管理人员及技术保障人员一致反映该系统稳定可靠、功能完备、灵活高效,为模拟训练的组织与实施提供了有力的技术支撑手段。以该系统为组训和管理手段的实战化、体系化模拟训练的开展,充分发挥了模拟训练价值与优势,为部队战斗力成长开辟了新的途径,可产生较大的军事效益和经济价值。