合成部队装备集成训练仿真系统体系架构设计

黄义松，赵德勇，吕 帅

(陆军工程大学石家庄校区，河北 石家庄 050003)

为适应未来联合作战的要求，随着我军信息化进程的不断加快，信息化建设已经初步成型，指挥信息系统在部队的日常训练和综合演练中发挥了极为重要的作用。但是从其功能要素来看，当前的训练仿真系统主要是针对各级指挥员和指挥要素进行筹划决策及对所属力量实施指挥控制的训练，或各类专业技能的单独训练，缺少能将其统筹在一起实现指挥和专业技能同时训练的训练仿真系统。特别是在合成部队已成为陆军作战的主体，具有专业构成复杂，装备型号多样，指挥要素多元，装备保障任务艰巨等特点的情况下，各专业技能训练不能覆盖合成部队全系统全要素，将无法达成训战一致和模拟实现作战全过程的目的。因此，要以现有的指挥信息系统为基础，研制出能够与合成部队实际相适应的训练仿真系统，以作战指挥为框架支撑，各专业训练为内容填充，实现指挥控制与各专业要素紧密嵌合，使各层级人员都能够参与、熟悉作战流程和战场环境，达成指挥与专业技能同时训练的目的，为合成部队集成训练提供一个贴近实战的训练系统。

1 装备集成训练仿真系统

从组成要素上分析，有广义的装备集成训练仿真系统与狭义的装备集成训练仿真系统。广义的装备集成训练仿真系统指的是由组训人员、受训人员、训练方法、训练内容以及训练环境这五个主要要素组成的有机整体，狭义的装备集成训练仿真系统则指的是能够模仿武器装备性能、战场环境以及作战行动，以供支撑部队、分队以及人员开展作战模拟训练所需要的各种训练设备、器材以及物资的总和。

狭义的仿真训练系统又可以分为半实物仿真训练系统、采用多媒体技术的仿真训练系统以及虚拟仿真训练系统。半实物模拟可以叫作硬件在回路的仿真，采用半实物仿真训练系统可以更贴近实际情况，模拟实装操作，使受训者更为直观地感受装备的运行模式，从而产生良好的训练效果。但其所需配置的场地要求较大，研发、配置以及维护的成本较高，常用于装备操作训练和功能演示；以多媒体技术为主的仿真训练系统常用于概念分析、内容讲解以及原理辅导等一些教学授课方面，交互性、真实性和可操作性较差，不能代替实际的训练；虚拟仿真训练系统是将虚拟现实技术与以计算机为核心的仿真技术有机结合起来，是虚拟仿真技术在军事训练领域的应用，通过计算机仿真技术、虚拟现实技术，制作一个和真实情况相仿的操作系统，并产生与之相匹配的作战环境，受训人员通过VR头盔、传感器、鼠标、键盘等外接设备与模拟系统进行交互。

本文中的装备集成训练仿真系统指的是基于支持JLVC分布式仿真技术(HLA、DIS等)，以作战模型、作战环境、作战背景、作战要素、作战过程以及组织指挥为依据核心，将分布在不同训练场的实装训练系统、半实物模拟训练系统、虚拟仿真训练系统以及构造仿真训练系统相结合，建立横向覆盖指挥控制、情报侦察、火力打击、机动突击、后装保障等装备全业务，形成“指挥机构筹划决策—行动分队装备运用—武器装备操作使用”，即从指挥机构端到分队行动层再到武器系统层的一体化装备集成训练仿真系统。系统组成框图如图1所示。

图1 装备集成训练系统组成框图

2 合成部队装备集成训练仿真系统需求分析及系统组织结构

2.1 合成部队装备集成训练仿真系统需求分析

合成部队装备集成训练仿真系统需求分析应该紧紧围绕未来作战过程中合成部队的使命任务，以合成部队典型的作战行动样式和武器装备作战运用的流程为设计依据，准确把握合成部队战术行动的阶段性特征和多样化特点，凸显指挥手段多样性、层次性、灵活性的特征，凸显作战单元的主体地位，并以此确定系统功能、组织结构及实现架构。

合成部队装备集成训练仿真系统受训对象为合成部队指挥员、指挥机构以及各类装备运用人员，主要用于进行指挥所编组训练、作战筹划训练、指挥技能训练、装备操作使用训练、战术行动中的装备运用训练、后装综合保障训练等，应具备单兵单装操作训练和综合集成训练两种训练模式。

合成部队装备集成训练仿真系统的模拟训练过程可分为训练准备、训练实施、训练考核评估三个阶段。训练准备阶段模拟系统的核心业务包括训练基础数据准备和训练课目准备；训练实施阶段模拟系统的核心内容主要基于指挥信息系统，进行操作技能、专业要素和综合演练三方面的训练。为了确保达到良好的训练效果，训练实施阶段加入训练内容设置、训练进程控制、训练过程干预、与全系统信息互联互通等功能。考核评估阶段软件系统的核心业务包括指挥机关与分队训练考核评估指标体系建立、训练数据实时采集、考核评估模型的运行以及对训练结果的分析与建议。

2.2 系统功能设计

合成部队装备集成训练仿真系统功能应从实战化角度出发，达到“训战一致”的要求，应同时具备单兵单装操作训练功能和综合集成训练功能、作战训练功能和指挥决策功能、作战分队训练功能和机关参谋人员训练功能,可大概分为指挥要素训练功能、装备运用要素训练功能以及考核评估功能三类。指挥要素训练功能:围绕指挥人员和机关参谋指挥技能、基本技能、作战流程、岗位需求进行训练，提高指挥员组织指挥能力和参谋人员业务技能水平;装备运用要素训练功能:根据合成部队装备操作训练内容、装备保障训练内容、装备战术训练内容、装备体系作战要求，应具备操作技能训练、专业要素训练、系统联动训练的全任务模拟训练，实现“单装能训练、系统能联动”，既能够完成单装设备操作训练(各专业武器装备、指挥通信装备、指挥信息系统软件等)、装备要素训练(专业要素训练、分队战术训练等)，又能开展基于一定战术背景下的装备运用综合模拟演练;考核评估功能：对指挥人员的指挥技能、决策方案、临机应变能力，装备操作使用人员的装备操作技能、操作水平、熟练程度，装备保障人员的装备维修、弹药保障等保障能力进行测评，指导组训人员进一步优化训练方案，调整训练模式，参训人员进一步熟悉操作流程，提高训练水平。

2.3 系统组织结构

按照合成部队装备集成训练仿真系统训练功能需求和相应功能支撑需要，对系统进行分解，可细化为基础数据管理系统、训练课目管理系统、联控系统、导调系统、虚兵系统、态势显示系统、考核评估系统、指挥训练系统、各类装备要素训练分系统、分布交互平台。

基础数据管理系统是整个装备集成训练仿真系统的基础，为整个装备集成训练仿真系统提供相关武器装备、部队编制、标准规范、指标空间等所需的基础数据，为系统提供数据库支持，为各系统间的数据交换提供媒介。

基础数据管理系统分为部队编制数据管理、模型字典数据管理、作业字典数据管理和参训人员信息管理四部分。它的主要任务是将采集到的各种基础数据通过界面输入，保存到数据库中进行统一管理。基础数据管理系统管理的数据类型如图2所示。

图2 基础数据管理系统数据类型组成图

训练课目管理系统针对合成部队训练大纲中的训练内容，将联动训练中完整的训练流程，按照关键环节划分而成的训练功能以及按照技能训练划分的典型的训练功能，进行数据格式化存储，生成多个训练课目，同时通过技术手段，从基础数据管理系统中读取并根据组训人员的要求匹配生成相应的作战地域、电磁环境、气象水文等作战环境，红蓝双方的作战编成、配置地域、作战任务等，便捷地完成课目训练开始前导控系统和课目数据的准备工作。

课目文档内容包括建立其所需的基本情况、战场环境、特定指令、指挥体系、推演兵力、要图和导调文书等内容；基本情况中包含训练背景、训练介绍、训练资料、导调文书、要图、训练条件、参考答案等，战场环境包括地理环境、气象环境、电磁环境等；特定指令中包含处理训练的全部类型的典型指令，包括典型维修、典型弹药保障、典型器材保障指令等；指挥体系建立是业务开展的前提，包括指挥机构开设、席位编制、部门编制，以及部门下推演兵力的作战编组和部署等功能处理。具体如图3所示。

联控系统主要是依据训练课目管理系统所提供的训练课目以及相应训练背景，调控指挥训练系统和各类装备训练分系统的业务进程，负责训练过程的控制、接收各类装备训练分系统的报告。联控系统主要包括训练部署、训练初始化和训练控制协同等模块，系统组成如图4所示。

图3 训练课目文档结构

图4 联控系统功能组成图

导调系统主要功能是辅助组训人员按照作战想定制定相关的导调计划，同时对训练过程实施监控并且根据对抗过程中红蓝双方的实时状态、作战进程以及要达成的预期训练效益等因素进行干预，及时下达调控指令，实施导调工作，确保训练的正常有序完成。其主要运用于模拟训练的组织准备阶段和实施阶段。在训练组织阶段，组训者利用训练导调方案管理模块制定训练导调计划，包括训练内容、参训人员、时间安排以及训练过程中导调人员的职责描述，是指导受训人员、仿真环境、导调人员共同完成一次训练任务的依据；在训练实施阶段，组训者使用训练导调模块，依据训练导调计划管理模块生成的训练导调计划，引导训练按照计划进行控制。

虚兵系统主要是以CGF(聚合级计算机生成兵力)的方式为装备集成训练仿真系统提供必要且真实的对抗兵力及条件，对合成部队部分力量和对抗过程中蓝方的作战力量进行仿真，模拟各类装备的动作、状态以及能力，同时提供兵力装备控制节点，供导调系统和指挥人员按照作战想定、演练流程方案进行指挥控制计算机生成的虚拟兵力执行作战行动，并且反馈作战过程以及作战结果的数据信息。

虚兵系统功能模块包括实体模型、任务模型和行为模型三大类。实体模型为兵力建模，包括作战力量仿真建模和保障单元仿真建模两类；任务模型是任务执行的载体，包括疏开模型、展开模型、开辟通路模型、攻击模型、伏击模型、抗击反冲击模型、火力急袭模型、破坏射击模型、前出修理模型、器材供应模型、部件后送模型、定点维修模型、部件遣送模型、弹药供应模型、机动归建模型和终止指令模型等。行为模型是实体模型能够完成的最小的功能步骤，包括机动模型、维修模型、装载模型、卸载模型、火力威胁模型、气象环境模型、定点维修模型以及等待模型等,如图5所示。

图5 虚兵系统功能功能模块图

态势显示系统主要用于采集、处理各级仿真实体的状态信息，统计、显示战果战损信息，辅助组训者和受训者及时准确掌握战场整体情况。该系统主要显示作战环境、实体军标、实体信息、行动态势等，供施训人员和受训人员了解装备运用效果，以便做出相应的干预和决策。该系统把作战态势、装备保障力量的行动、装备保障行动结果真实地反映在特定物理媒介上，供施训人员和受训人员了解装备保障指挥效果，以便做出相应的干预和决策。主要内容包括作战环境、实体军标、实体信息、行动态势等。

考核评估系统在业务功能上可划分为训练准备阶段、训练实施阶段和考核评估阶段三个阶段。训练准备阶段：依据训练大纲、上级指示和训练目标等确定训练科目、训练标准，针对每一个训练科目建立考核评估指标体系，并建立评估模型；训练实施阶段：依据训练任务内容，训练执行的全过程，采集训练过程数据，对训练过程数据进行评估；考核评估阶段：主要对受训者训练成绩及装备运用能力进行评价和估量，检查受训者装备保障训练情况，衡量训练效果，以确定训练计划和训练目标的完成程度，并提出存在的不足，为训练决策、训练管理提供支撑，进而促进装备保障能力的整体提升。装备集成训练考核评估的具体流程步骤如图6所示。

图6 装备集成训练考核评估流程图

指挥训练系统主要由合成部队不同层级的指挥信息系统自下而上构成一个整体，以战场信息接收功能、战场态势分析功能、智能辅助决策功能以及命令发送功能为核心，具备信息网络接入、安全保密、作战支援保障等功能，实现指挥员以及指挥机构按照作战意图和作战想定完成指挥训练的任务。指挥训练系统可与各类装备要素训练分系统、虚兵系统、联控系统、导调系统等其他系统联合开展装备集成训练，也可独立运行，组织开展指挥控制专项训练。

各类装备训练分系统主要由合成部队作战中所运用的各类型装备训练分系统组成，有装甲车训练分系统、步战车训练分系统、反坦克装备训练分系统、防空装备训练分系统、火炮装备训练分系统、修理装备训练分系统、工程装备训练分系统等。各分系统可独立运行，开展各类装备专项训练，也可与其他系统联通进行装备集成训练。

分布交互平台主要由异构系统互操作接口模块和基础网络设施组成，实现指挥训练系统、各类装备要素训练分系统、虚兵系统、导调系统、联控系统等节点之间的网络连接，为实兵训练、虚拟训练和构造仿真提供基础技术支撑、统一的通信协议以及一致的消息格式标准，实现实兵训练、虚拟训练和构造仿真之间的互联互通互操作，达成时间同步和空间一致性的要求。异构系统互操作接口主要由数据采集、信息发送、协议转换以及数据桥接模块组成。

3 合成部队装备集成训练仿真系统技术体系

3.1 合成部队装备集成训练仿真系统横向技术体系结构

系统技术体系是从技术实现的角度，对装备集成训练仿真系统建设中所涉及的相关技术进行系统性的描述，并从中确定关键技术点和各子系统的主要功能模块。从合成部队装备集成训练组织实施的角度看，主要包括训练准备、训练实施和训练考核评估三个阶段。各训练阶段包括的具体系统及主要功能模块，即合成部队装备集成训练仿真系统横向技术体系结构如图7所示。

图7 装备集成训练仿真系统软件横向技术体系结构图

3.2 合成部队装备集成训练仿真系统纵向技术体系结构

合成部队装备集成训练仿真系统纵向技术构成如图8所示，主要划分成四个层面：应用层、模型层、数据层、支撑层。应用层是直接面向装备集成训练的受训对象，可根据不同的训练需求，调用相应的模型，实现各系统功能，主要负责过程控制、导调干预、指挥业务处理、装备运用仿真、作战行动仿真、装备保障行动仿真、态势显示等；模型层是实现应用系统功能的组成部件，用于阐述与装备集成训练相关的各个业务之间的逻辑关系以及装备实际运行的规则机制，其主要内容是与装备运用指挥、各类装备分队战术行动相关的业务模型和物理模型；数据层由装备集成训练仿真相关的数据库所组成，包括装备数据库、兵力数据库、弹药数据库、规则数据库等，以集中存储的方式来存储和管理装备集成训练前、中、后相关的训练数据；支撑层处于最底层，包括信息系统公共平台、半实物模拟训练环境、基础网络设施、各类服务器、异构系统互操作接口模块等，实现各装备训练系统和指挥训练系统之间的互联、互通、互操作，是装备集成训练仿真系统运行的基础设施支撑环境。

图8 装备保障训练仿真系统软件纵向技术体系结构图

4 结束语

合成部队装备集成训练仿真系统所涉及的专业构成复杂，装备类型多样，指挥要素多元，装备保障任务灵活，设计过程中需要考虑的因素较多，因此符合合成部队装备集成训练需求的系统功能。完善的系统组织结构、较为全面的技术体系结构是系统建设前置要求。本文通过对合成部队装备集成训练仿真系统进行需求分析，设计了3类主要系统功能，较为合理地搭建了系统组织结构，从技术实现的角度对系统建设中所涉及的技术进行了比较细致的描述，有助于实现合成部队装备训练的综合集成，提高训练效费比，为合成部队装备集成训练仿真系统的开发和建设提供了依据和方向，也可为其他集成训练系统设计提供参考。