2023年军用LVC仿真技术的发展研究.docx

优质文档 军用LVC仿真技术的开展研究 冯琦琦 蔡卓函 先大蓉 ：装备试验和人员训练是军队战斗力形成过程中的两个重要环节，军用LVC仿真技术可以促进二者的有机结合，加速战斗力的生成。首先介绍了国外LVC技术的产生和开展，分析了不同时期不同技术体系的结构特点，并对国内开展军用LVC技术的情况进行了汇总;然后详细介绍了以联合任务环境试验能力、陆军合成训练环境、“红旗军演〞、“虚拟旗军演〞为代表的LVC典型应用，具体呈现了LVC技术在军用领域的优越性;最后预测了未来军用LVC仿真技术的开展趋势，这对我国开展军用LVC技术的研究和应用提供了参考。 Abstract： Equipment testing and personnel training are two important links in the formation of military combat effectiveness. Military LVC simulation technology can promote the organic combination of the two and accelerate the generation of combat effectiveness. Firstly， this paper introduced the production and development of foreign LVC technology， analyzed the structural characteristics of different technology systems in different periods， and summarized the domestic development of military LVC technology; then introduced the typical applications of LVC represented by the joint mission environment test capabilities， the army synthetic training environment， "Red Flag Military Exercise" and "Virtual Flag Military Exercise" in detail， which shows the superiority of LVC technology in the military field. Finally， it predicted the development trend of military LVC simulation technology in the future to provide reference for the research and application of technology. 关键词：军用仿真;逻辑靶场;中间件;试验训练 Key words： military simulation;logical range;middleware;text and training 中图分类号：TP391.9                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2023）27-0176-04 0  引言 LVC仿真是分布交互仿真的一种，它能够通过计算机网络将分散的实况仿真（Live Simulation）、虚拟仿真（Virtual Simulation）和构造仿真（Constructive Simulation）联为一个可相互作用的综合仿真环境[1]。实况仿真通常包括真实作战平台、真实任务系统和参训人员。虛拟仿真通常包括人在回路仿真模拟器和计算机生成兵力[2]，即平常意义上的仿真。构造仿真通常包括计算机生成的作战平台、系统、人员实体和组织单位的行为能力等[3]。 近年来，因LVC在军事领域的独特优势，得到各国的高度重视。一方面，LVC训练增强了传统军事演习的实战性。其生成的作战规模和复杂场景，可以不受实际人员、装备和场地数量的限制，实现联合作战条件下的指挥协同、体系对抗和跨域联动等功能。另一方面，LVC试验提高了传统装备检验的可靠性。其构建的虚实结合的逻辑靶场，可以降低纯实装试验带来的不确定性风险，同时节省了工程经费和人员采办时间，实现各类资源间的共享、重用、互操作，到达检验武器系统整体性能的目的。总之，LVC可以让参训部队融入到武器装备的试验鉴定中，也可以让试验人员融入到参训部队的协同作战中，完成二者相结合的任务[4]。 1  军用LVC的开展历程 美国是最早在军事领域开展并运用LVC仿真技术的，经过几十年的不断更新，现已成为拥有世界上最先进技术和最多成果的国家。我国虽然在LVC领域起步较晚，但随着仿真应用需求的骤然增长，很多科研单位和企业也加紧了对LVC技术研究与开拓的步伐，并取得了一定成效。 1.1 国外进展 20世纪70年代初，单一武器系统仿真已不能满足部队高级战术训练任务的需求，军用LVC仿真技术急需面临从独立运营模式向联网交互模式的转型。美军率先开展并逐渐形成了一系列的仿真协议和标准，包括SIMNET、DIS、ALSP、HLA、TENA等[5]。表1为LVC各项协议标准综合比照的情况。 SIMNET方案是将异地的坦克和装甲车仿真器用计算机网络连接起来，实施队组级的协同作战任务。DIS在SIMNET成功的根底上，完成了异构仿真器的互联互通互操作。ALSP成功解决了美国陆军兵团作战仿真和空军空战仿真的聚合问题，较好地实现了构造仿真的分布式运行。HLA技术标准相对成熟标准，旨在实现整个国防领域范围内不同系统的互操作，增强大规模仿真系统的集成能力[7]。TENA可以应用于实装参与的硬实时仿真环境，解决了与已有异构系统兼容和资源互操作的问题。从国外LVC的开展趋势来看，TENA被公认为军用建模与仿真领域最先进的技术。 1.2 国内研究 近年来，我国也在积极探索分布式LVC仿真技术，目前国内的试训研究主要集中在HLA和TENA两方面，同时致力于自主研发局部中间件产品。西北工业大学针对我国军工领域虚拟试验的现状，提出了一个层次化的分布式虚拟试验系统运行支撑体系结构（Distributed Virtual Architecture，DVTA），并设计了DVTA中间件[8];哈尔滨工业大学自动化测试与控制研究所在借鉴HLA/TENA根底上，提出了用于仿真、试验及训练等领域的体系结构，开发了相应的软件支撑平台HIT-TENA旨在提高靶场试验训练的通用性[9];西安电子科技大学针对我国靶场分布式虚拟试验系统建设现状与需求，借鉴TENA体系结构根底开发了靶场虚拟试验验证系统（Virtual Test and evaluation enabling Architecture，VTTA）[10];国防科技大学在总结归纳LVC仿真技术特点及相关体系结构的根底上，针对武器装备联合仿真试验提出了以应用效劳层、运行支撑层、仿真代理层和物理实体层构成的四层仿真体系结构和 “中间件+代理〞的一体化集成方案[11];北京仿真中心正在研制支持LVC互操作的分布式联合仿真支撑平台（Distributed Joint simulation platform，JOSIM），力求为用户提供联合仿真前、事中、事后的仿真数据分析与评估支撑[12];陆军装甲兵学院和中国运载火箭研究院联合开发的试验训练一体化仿真支撑平台（Test and Training Integrated Simulation Architecture， TISA）不仅能够很好地解决试验训练的LVC逻辑靶场异构集成问题，而且还提出了异地靶场集成的解决方案。图1为TISA的体系结构。 2  军用LVC的典型应用 以美国为代表的西方国家高度重视LVC的应用，主要表达在分布式试验能力和部队训练两个方面。美军的联合任务环境试验能力（Joint Mission Environment Test Capacity，JMETC）基于TENA构建初始元模型，为内外靶场提供关键性能参数的演示验证和体系装备的联合试验仿真能力。陆军合成训练环境（Synthetic Training Environment，STE），作为未来美国陆军军事训练概念和开展的核心方向，成为推动军事训练转型和提高军事训练水平的有力抓手。此外，还有“严峻挑战2022〞、3CE仿真环境特征评估试验、“红旗军演（Red Flag）〞系列和“虚拟旗军演（Virtual Flag）〞等的成功，为我国靶场建设和应对未来一体化联合试验训练提供了重要的借鉴意义。 2.1 JMETC与STE JMETC起始于2022年，由美国国防部作战试验与鉴定局批准，通过实现靶场资源的重用和互操作，可以缩短准备时间、降低试验费用，并到达联合试验常态化的目的。它主要由LVC资源层、TENA中间件层、根底平台效劳层和应用层四局部构成，平安保密和标准标准贯穿于全程[13]。2022年，JMETC成功为3CE仿真环境特征评估试验提供了支持。另外，JMETC还为IO靶场集成提供了分布式的可视化能力和稳定逼真的测试环境。 STE是一种3D训练和任务演练工具，通过把实况-虚拟-构造和游戏（Live、Virtual、Constructive and Gaming，LVC-G）整合到共同的环境中，为士兵提供一个涉及陆海空天电网等多领域的指挥和战术训练平台。它主要由可重构虚拟集体训练系统、一个世界地形、训练仿真软件、训练管理工具和士兵/小队虚拟训练系统组成，其中“一个世界地形〞旨在创立一个分辨率足够高的逼真虚拟世界，让士兵在训练中心通过点击虚拟地图，就能够进入地球上的任何地方，并且随时开展虚拟训练。STE非常适合合成部队的营、连、排多级同步训练，在技术上还可支持旅规模的训练。目前，美国陆军已经启动合成训练环境的网络集成试点，预计2023年9月到达初始作战能力，2023年9月到达全面作战能力。 2.2 “红旗军演〞与“虚拟旗军演〞 美国空军在越南战争中的糟糕表现，促使美军于1975年举办了首次实装训练的“红旗军演〞，一般每年进行4次，每次持续2周左右，目的是有针对性地提升飞行员的空战技能和对抗能力。2023年2月，在“红旗20-1〞军演期间，75%的演习是通过人在回路的构造仿真环境完成的，剩下的25%那么通过内利斯战术与训练靶场的实兵和虚拟仿真环境共同完成。另外，美方从2022年开始，每两年穿插组织一次“联合红旗军演〞（Joint Red Flag）。它与“红旗军演〞有共同的目标，但是“联合红旗军演〞的参演级别更高、分布式合成战场环境规模更大、参训国家的军兵种数量和战机种类更全，是检验部队协同作战能力和试验新武器、新技术的有力手段[14]。图2为“红旗军演〞场景。 美国空军于2000年拉开了飞行模拟器组网训练——“虚拟旗军演〞的首场大幕，同样每年举行4次，每次持续1周左右，目的为空军主要作战部队提供所需的LVC训练能力。与“红旗军演〞相比，“虚拟旗军演〞不需要消耗实际的燃油、弹药和物资，几乎不存在实装的损坏和人员的损伤。“虚拟旗军演〞还是美国目前唯一的全谱系飞机的作战人员都能参与的重点演习，参与模拟器囊括了美軍和盟国航空装备的全部类型，既包括F-15、F-16、F/A-18、台风、狂风、CF-18、B-52、B-1B、C-17、AH-1、V-22等主流装备，又包括E-3、E-8、RC-135、HH-60G和HC-130等特种飞机，预计还会陆续参加了MQ-9无人机模拟器、联合终端攻击控制器等。除此之外，将在研的武器装备放在虚拟环境中测试，可根据试用人员的反响情况，评估该武器装备的性能，并为下一步武器装备的改进提供参考意见。图3为“虚拟旗军