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科学技术论文

仿真技术在水面舰艇作战试验中应用的思考

时间:2019年03月01日 所属分类:科学技术论文 点击次数:

摘要:仿真技术是水面舰艇作战试验中必不可少的重要技术,美军对?#24605;?#20026;重视,出台了一系列指导性文件来规范如何将仿真技术应用于作战试验。在介绍美军作战试验经验的基础上,研讨了仿真技术应用于水面舰艇作战试验时需要关注的几个焦点技术,并对技术的特点

  摘要:仿真技术是水面舰艇作战试验中必不可少的重要技术,美军对?#24605;?#20026;重视,出台了一系列指导性文件来规范如何将仿真技术应用于作战试验。在介绍美军作战试验经验的基础上,研讨了仿真技术应用于水面舰艇作战试验时需要关注的几个焦点技术,并对技术的特点、应用模式、原理和方法进行了分析,最后提出了仿真技术应用于水面舰艇作战试验的初步思路。

  关键词:仿真技术,水面舰艇,作战试验

国防科技

  0引言

  作战试验要求将武器装置于接近真实的战场环境中进行作战使用性能和作战适应性的考核[1]。外场试验环境的构造设置受装备、场地、经费、保密等因素的影响,很难全面模拟武器装备可能面临的战场环境,而内场仿真在这方面具有较大优势,可以通过研究对抗兵力的构成、装备性能和作战样式,建立仿真模型,进而形成可与之对抗的虚拟兵力,通过内外场互连的试验方式,由内场仿真为外场?#23548;?#21442;试装备提供作战对象,进行联合试验;或者在外场试验的基础上开展内场独立实施的补充试验。

  从宏观角度讲,在具体的作战试验中,仿真试验方法在试验前分析阶段,可以利用经过验证的模型与仿真系统来帮助设计试验场景、建立试验环境和预测试验结果;在试验和数据管理阶段,利用历史试验数据的建模与仿真代替对当前被试武器装备的?#23548;?#35797;验来弥补历史数据的不足;在试验后综合与鉴定阶段,利用模型与仿真来处理试验数据,并利用从试验中所获得的数据对武器装备进行综合鉴定。

  1仿真技术在美军作战试验中的应用现状

  美军积极鼓励将建模仿真作为作战试验鉴定活动的关键工具,构建作战试验仿真环境,开展全系统模拟,节约外场试验?#23548;?#21644;费用,提高试验鉴定置信度,并在此方面形成了健全的组织机构和规范化的指南文件。美海军作战试验与鉴定司令指示《建模与仿真在作战试验中的应用》,就建模与仿真在作战试验中的作用和应用问题进行了规范:?#33539;?#20102;如何用建模与仿真来补充研制试验场景的不足;?#33539;?#20102;由谁来执行建模与仿真验证、核实以及鉴定;?#33539;?#20102;可用来补充作战试验与鉴定不足的信息源(例如,研制试验、相关系统的试验、建模、仿真);描述了关键模型以及它们预期的用途;给出了将用建模与仿真来满足的作战试验目标;?#33539;?#20102;所需的数据和计划进行的鉴定工作[2]。

  同时,美海军在颁布了《在作战试验中应用建模与仿真》;美空军强调《应用建模与仿真技术开展作战试验》;美国防部发布了《仿真试验过程指南》[3,4]。美军之所以能在作战试验中充分应用建模与仿真,核心是其积累的强大的建模与仿真能力,主要表现在:(1)模型?#35797;?#25968;量大、类?#25237;?(2)战场环境仿真要素全、表示规范、标准全面;(3)支持仿真试验的基础设施比较完备;(4)模型数据可信度高;(5)管理规范,支持全寿命期的作战试验。充分借鉴美军建模与仿真技术在作战试验中的应用经验,加?#32771;?#31639;机建模与仿真能力建设,形成对作战试验的支撑能力,对水面舰艇作战试验具有重要意义。

  2仿真技术应用于水面舰艇作战试验需要关注的几个焦点

  2.1作战试验方案仿真推演技术

  水面舰艇作战试验涉及兵力多、对抗性强,试验保障设备多、数据采集要求高等特点,需要在试验筹划阶段进行细致分析、统筹考虑和综合设计,建议构建试验设计支持系统,基于仿真模型,运用仿真推演方法,为作战试验的开展提供有效的工具支撑,服务于试验想定规划、兵力构设、评估体系、数据采集要素、评估指标和实施方案协同动作?#26085;?#20010;筹划阶段,提高作战试验方案设计的统筹性和科学性。

  服务的主要方式一是对试验设?#24179;?#34892;合理性检查,二是动态展示设计的试验过程。检查方案合理性的目的是找出试验设计失误,而所有设计失误都可以分为“不能”和“不该”两类。“不能”类设计失误的共同特点是在试验过程中参试兵力某时刻状态“不能”与设计中保持一致;“不该”类设计失误则更多是安全、保密等非技术因素,这类失误共同特点是设计中参试兵力某时刻状态“不该”出现。试验过程动态展示的目的是便于试验设计人员对试验方案进行研讨优化。

  因而,要实现试验方案合理性检查和试验过程动态展示,首先要根据试验方案推演得到试验过程中?#25105;?#26102;刻参试兵力的状态参数即推演数据。在此基础上,对这些状态参数按照试验进程进行动态展示,根据?#25105;?#26102;刻状态参数检查方案合理性。

  2.2舰艇作战系统建模与仿真技术

  作战试验贯穿于装备的全寿命周期,从立项论证开展,通过建模与仿真技术,?#26377;?#24615;开展针对舰艇作战能力的内场仿真评估工作,不?#32454;?#26032;、迭代、校验作战系统模型,形成不同阶段对舰艇作战效能进行评估的支撑能力。舰艇作战系统建模与仿真主要围绕在舰艇作战系统仿真试验和作战试验应用来进行,建模与仿真的层次在工程级和交战级。工程级主要使用组件级的模型,考察单个?#32771;?#25110;子系统的技术性能是否符合设计意图。交战级主要使用武器系统级的模型,用于模拟在某个仿真的剧情下某个武器综合系统与单个或多个敌方威胁交战,评价武器系统的作战效能,包括与之相关的战术和条令。

  国外的FLAMES软件等成熟软件主要针对于这两个层次,具有较大的借鉴价值。全面保障舰艇作战系统仿真试验和作战试验应用,需要首先建立仿真模型谱系,而后逐?#25945;?#20805;该谱系,最终形成仿真模型库。在水面舰艇作战试验中,仿真模型主要用于与海军?#23548;?#27494;器装备、靶场测控装备以及物理效应模拟器配合,形成虚拟战场、虚实合成战场。在虚拟战场中,所有影响作战过程与结果的因素均由仿真模型体现,仿真模型需求覆盖虚实合成战场仿真模型需求,可按照构建虚拟战场进行分析靶场仿真模型需求。

  考察水面舰艇作战过程,可以发现影响作战过程与结果的因素主要包括:(1)作战、试验、训练时的天气、海况、地形、地貌、地物等自然环境以及电磁环境;(2)?#23567;?#25105;、中立三方的飞机、水面舰艇、潜艇、车辆、卫星等装备搭载平台;(3)?#23567;?#25105;、中立三方的?#29366;鎩?#30005;子对抗设备、导弹、火炮等装备;(4)?#23567;?#25105;、中立三方的各级指挥员和装备操作员。靶场需要针对这些因素建设相关仿真模型。另外,考虑到试验方案的推演和需求,还需要对靶场各类试验训练专用平台、专用装备以及靶场指挥员、装备操作员进行建模。舰艇作战系统模型构建涉及的专业多,难度大,周期长,见效慢。

  但是一旦建成,对于后续试验模式的转型和作战效能的仿真评估将具有重要意义。后续可依托各项保障条件建设,选择合适的仿真平台,综合集成不同装备研制单位的专业优势仿真?#35797;矗?#28145;化仿真技术在试验鉴定工作中的作用,支持舰艇平台级作战效能的评估,同时可为舰艇编队区域防空作战效能评估研究提供数据支撑。

  例如,在舰艇自防御效能评估中,可采用功能级与信号级相结合的数字仿真模型与作战应用软件集成,建立全系统、全要素的交战环节,构建全数字仿真综合试验环境;采用多参数、大样本的方法,重点检查系统顶层和作战应用软件中对于单武器使用?#38469;?#22810;武器系统交战规则、决策规则等的设定是否合理;采集试验数据,统计分析,评估试验结果。验证软硬武器协同使用决策功能,综合决策规则设计,主要性能指标设计,重点检验边界条件。

  2.3基于LVC虚实结合的联合试验技术

  深化LVC技术在舰艇作战系统试验中的应用研究,综合集成靶场现有试训?#35797;矗?#26500;建靶场内外融合、虚实结合且覆盖探测、决策、交战和评估各个环节的联合试验环境,评估作战系统的作战效能指标[5,6]。目前对联合试验概念还没有一个准确的描述。从试验目的角度对其进行界定,联合试验就是检验信息化武器装备体系在联合作战条件下作战效能的试验活动。联合试验强调武器系统?#21830;?#31995;的对抗试验和近似联合作战环境下的试验。

  体?#30340;?#25152;有武器实?#23433;?#19982;联合试验,极大地增加了试验成本和试验的不?#33539;?#24615;,因此,除了被试武器系统,其他实装可以通过M&S技术以虚拟形式加入到被试武器系统试验环境中;联合试验环境的构建是开展信息化武器系统试验,准确检验其作战效能基础。

  在联合试验理论框架下,试验环境需具备如下特点:(1)为被试信息化武器系?#31243;?#20379;完备的作战系统。信息化武器系统包括多种类型,其应用条件和作用不同,可以通过模拟训练器、CGF等仿真技术形成一个完备的装备体系;(2)为被试装备提供逼真的试验环境,包括各种地形条件、气候条件和电磁场条件等;(3)为被试装备提供逼真的对抗兵力。现有的物理靶场是根据武器装备技术性能测试的需求而?#33539;?#30340;特定物理环境和空间,不具备联合试验环境的特点,不能为信息化武器系统试验提供逼真的试验环境。

  重新建立符合信息化武器装备体系试验的靶场可以解决水面舰艇作战试验的条件构设问题,但是这样既耗时又耗财。美军在联合试验靶场建设方面提供了很好的借鉴,即充分利用现有的靶场试验设施,引入M&S技术,通过多种?#35797;?#30340;重用、组合、互操作构建一个满足联合试验的试验环境。

  2.4舰艇作战试验评估技术

  一般说来,系?#31216;?#20272;指的是评估主体对系统在规定的环境和?#38469;?#26465;件下,完成规定的作战指挥、情报处理等功能(一般表现为战术使用要求)的程度的度量过程,评估的主要内容是系统的能力。通常主要包括以下环节[7]:(1)明确评估目标和内容,定出系统边界;(2)选用仿真评估方法;(3)?#33539;?#36866;合仿真评估的指标体系及评估模型;(4)构建系统仿真评估环境;(5)设计系统仿真评估试验方案;(6)开展仿真试验;(7)利用仿真试验数据获得仿真评估结果;(8)分析和评价仿真评估结果。

  其中,最为关键的是第一部分,后续都是在此基础上展开的。一般?#27492;擔?#23545;系统的试验和评?#34013;?#20174;静态描述?#25237;?#24577;分析着眼,静态评估主要侧重对系统功能检查和性能检验,即对水面舰艇系统本身的属性特征的评估;动态评估侧重对系统作战效能评估,重在反应系统完成作战任务的程?#21462;?#20854;中,水面舰艇作战效能评估主要包括水面舰艇单舰作战效能评估、舰艇作战适用性及其在舰艇编组作战的体系贡献率三个方面。

  水面舰艇单舰作战效能是指水面舰艇在近似实战的环境中,由典型的作战人员使用完成特定试验内容的程度,影响因素包括作战人员的技术水平、舰艇使用战术、作战环境?#21462;?#33328;艇作战适用性是指在考虑到可靠性、可用性、维修性、人机工程、障性、运输性、安全性等因素下[8],水面舰艇能够令人满意地投入作战使用的程?#21462;?#33328;艇编组作战的体系贡献率是指在完成水面舰艇单舰单元试验和体系试验的基础上,考虑面向特定战术、战役应用目的的情况中水面舰艇在编组完成预定作战任务或作战使命的程?#21462;?/p>

  与静态试验所具有的评估的环境、条件明确,评估指标和内容方便可测,评估方法选取具体不同,水面舰艇动态试验中存在着太多的不?#33539;?#24615;,舰艇作战效能、作战适用性和体系贡献?#35782;?#26159;动态变化的,都不是静态?#33539;?#20540;,它们都随战场环境和作战任务的变化而变化,因此,需要根据不同的试验需要和应用目标进行动态分析,设计科学的试验方案,?#33539;?#35780;估的层次和指向,在此基础上,?#33539;?#38656;评估的指标、评估方法并最终形成评估模型。

  3结论

  水面舰艇作战试验是一项庞大而复杂的系统工程,需要先进技术手段的有效支持。仿真技术从开始筹划到形成试验结论的各个阶段,都能发挥重要作用。本文只是提出了在水面舰艇作战试验中应用仿真技术的总体思路,具体细节还需进一步研究。

  参考文献:

  [1]洛刚,?#24515;齲?#32993;晓枫,等.国家靶场开展装备作战试验问题研究[J].装备学院学报,2013,24(1);114-118.

  [2]?#32422;?#24191;,柯宏发,康丽华,等.武器装备作战试验发展与研究现状分析[J].装备学院学报,2015,26(4):113-119.

  [3]徐松林.王海哲.美军武器装备作战试验与鉴定管理体系[J].国防科技,2015,36(8):42-47.

  [4]总装备部科技信息研究中心.美军武器装备试验鉴定的规划与管理研究[R],2007.

  [5]王凯,赵定海,闫耀东,等.武器装备作战试验[M].?#26412;?#22269;防工业出版社,2012.

  [6]武小悦,刘琦.装备试验与评价[M].?#26412;?#22269;防工业出版社,2008.

  [7]毛少杰,局真奇,李玉萍,等.C4ISR系统仿真实验技术[M].?#26412;?#20891;事科学出版社,2011.

  [8]罗小明,池建军,周跃.装备作战试验概念设计框架[J].装甲兵工程学院学报,2012,26(4):5-10.

  相关科技类刊物推荐:国防科技(双月刊)创刊于1978年,是国防科技大学主办的科技军事类综合性学术期刊,杂志兼承国防和军队现代化建设法服务的宗旨,对世界国防科技、先进武器装备跟踪、研究。读者为科技、军事领域教学科研人员、国家军队人员。

  

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