海戰(zhàn)場仿真模型體系研究*

2016-03-15 04:46張京平

艦船電子工程 2016年2期

張京平

(91388部隊93分隊　湛江　524022)

海戰(zhàn)場仿真模型體系研究*

張京平

(91388部隊93分隊湛江524022)

摘要為了系統(tǒng)地解決水下海戰(zhàn)場仿真中的各類仿真模型之間的內(nèi)在聯(lián)系問題，全面準確地對水下海戰(zhàn)場進行仿真模擬,以作戰(zhàn)仿真為背景，通過對真實海戰(zhàn)場構(gòu)成要素的分析，對作戰(zhàn)仿真涉及的海戰(zhàn)場仿真模型進行了深入的研究。根據(jù)模型產(chǎn)生的背景、用途的差異，對仿真模型按照自然環(huán)境、參戰(zhàn)平臺和水下聲信道的分類進行了詳細的分類研究。針對現(xiàn)代體系化戰(zhàn)爭樣式的作戰(zhàn)要求，構(gòu)建了水下海戰(zhàn)場仿真模型體系。該體系可系統(tǒng)、準確地說明海戰(zhàn)場環(huán)境仿真模型、作戰(zhàn)實體仿真模型和信道仿真模型的特點及其相互之間的關聯(lián)關系，對作戰(zhàn)模擬仿真具有較好的借鑒意義。

關鍵詞作戰(zhàn)模擬仿真; 水下海戰(zhàn)場; 仿真模型體系

Simulation Model Systems of Sea Battle

ZHANG Jingping

(Unit 93, No. 91388 Troops of PLA, Zhanjiang524022)

AbstractIn order to solve the inner link between various kinds of simulation model of the sea battlefield simulation system, and conduct comprehensive and accurate simulation of underwater sea battlefield, the sea battlefield simulation model of combat simulation is studied through the analysis of components of real sea battlefield under the background of combat simulation. According to the background of model and the differences of application, the simulation model is analyzed in detail from the aspects of natural environment, war platform and underwater acoustic channel. For the combat requirements of modern combat style, the sea battlefield simulation model system is constructed. The system can illustrate characteristics of and relationship between sea battlefield environment simulation model, operational entity simulation model and underwater acoustic channel simulation, and has good reference for combat simulation.

Key Wordsbattle simulation, underwater sea battlefield, simulation model system

Class NumberTP391.9

1引言

隨著武器裝備信息化程度的增加和試驗、訓練向?qū)崙?zhàn)化靠攏模式的變化，受海洋特殊的環(huán)境和測量手段的限制，單純依靠外場設備測量數(shù)據(jù)對裝備性能進行研判，已遠不能滿足復雜海戰(zhàn)場環(huán)境下水聲對抗試驗、訓練與評估的需求。仿真系統(tǒng)具有仿真模型的可重用性、生成環(huán)境的可控性和信息集成的靈活性的優(yōu)點，使其在作戰(zhàn)模擬訓練、裝備試驗中的需求越來越緊迫。特別是在一些復雜的，多兵種融合的大型訓練中，利用作戰(zhàn)仿真模擬系統(tǒng)可實現(xiàn)對“網(wǎng)絡中心戰(zhàn)”環(huán)境下的各種可能出現(xiàn)的復雜情況，可能采取的應對的戰(zhàn)術(shù)措施進行反復地、科學地論證和評估，對訓練中可能出現(xiàn)的不可控因素進行預測，評估安全形勢，降低試驗、訓練風險，提升軍事訓練效益，世界各國尤其是美國在充分發(fā)展、利用仿真系統(tǒng)的優(yōu)勢方面已經(jīng)取得了顯著的效益。

在現(xiàn)代作戰(zhàn)模擬中，關鍵的一點是利用計算機仿真技術(shù)，創(chuàng)造一個貼近實戰(zhàn)的符合特定的作戰(zhàn)、訓練需要的數(shù)字化的試驗、訓練環(huán)境[1]，使得武器裝備和受訓人員能夠在此環(huán)境中得到恰如其分的訓練和試驗。構(gòu)建實戰(zhàn)化的試驗、訓練仿真系統(tǒng)時，戰(zhàn)場環(huán)境和作戰(zhàn)態(tài)勢的模擬構(gòu)建是整個仿真系統(tǒng)的核心，海戰(zhàn)場仿真模型體系是指由海戰(zhàn)場環(huán)境和紅藍雙方作戰(zhàn)態(tài)勢組成的，旨在描述戰(zhàn)場內(nèi)部作戰(zhàn)規(guī)律的仿真模型系統(tǒng)[2]，海戰(zhàn)場仿真模型體系構(gòu)建的全面與準確是作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)能否成功的基礎性的、關鍵性的因素,是作戰(zhàn)模擬訓練和仿真試驗系統(tǒng)構(gòu)成中的一個最基本的，最底層的核心部分。

目前國內(nèi)外都對海戰(zhàn)場的模擬構(gòu)建進行了研究，特別是美國和俄羅斯等西方國家為提升水下戰(zhàn)作戰(zhàn)能力，高度重視海戰(zhàn)場的仿真研究，在這方面進行了充分的理論和實裝研究。我國近幾年也充分意識到海戰(zhàn)場仿真模擬的重要性，在海戰(zhàn)場仿真模擬方面開展了積極有益的研究，主要是基于理論上的、零散的研究，尚未形成系統(tǒng)的研究成果。

2海戰(zhàn)場的界定

本文討論的海戰(zhàn)場是指在特定的作戰(zhàn)海域中包含的自然環(huán)境(主要包括作戰(zhàn)海區(qū)的地理環(huán)境、水文和氣象特性等自然現(xiàn)象要素)和在這個自然環(huán)境下參與作戰(zhàn)的各方作戰(zhàn)實體(主要包括參戰(zhàn)艦艇、攻防武器等)及固有的生產(chǎn)生活設施(主要包括石油鉆井平臺、廢棄漁船等)三個部分構(gòu)成一個真實存在的海上作戰(zhàn)環(huán)境。

3海戰(zhàn)場仿真模型

作戰(zhàn)仿真主要是利用現(xiàn)代計算機模擬技術(shù)，構(gòu)造一個能夠反映作戰(zhàn)空間中對作戰(zhàn)效能有重要影響的自然現(xiàn)象和作戰(zhàn)實體的變化規(guī)律和效應的虛擬戰(zhàn)場[3]。在虛擬戰(zhàn)場仿真中，必須以數(shù)學或物理模型的形式將真實戰(zhàn)場中的，對作戰(zhàn)效果具有直接或間接的重要影響的各類要素及其相互關系表現(xiàn)出來。海戰(zhàn)場仿真模型體系是指說明特定的作戰(zhàn)環(huán)境(僅指自然環(huán)境)和在這個環(huán)境下的各種作戰(zhàn)要素、作戰(zhàn)單元、作戰(zhàn)系統(tǒng)等作戰(zhàn)實體的仿真模型及它們之間內(nèi)在規(guī)律的仿真模型系統(tǒng)，體系中的各類模型按照一定的信息傳輸、融合手段，有機融合在一起，實現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢、戰(zhàn)場信息、戰(zhàn)場行動的模擬，以再現(xiàn)和預測海戰(zhàn)場發(fā)生的事件和時間序列[4]。海戰(zhàn)場仿真涉及的內(nèi)容方方面面，繁多復雜，本文旨在從各類模型的產(chǎn)生機理及在海戰(zhàn)場仿真系統(tǒng)中的作用及其相互關聯(lián)的關系方面入手，以期理清水下海戰(zhàn)場中的仿真模型體系。

3.1自然環(huán)境仿真模型

海戰(zhàn)場自然環(huán)境模型主要包括海洋地理環(huán)境模型和海洋自然現(xiàn)象模型。

海洋地理環(huán)境模型主要包括海區(qū)地形地貌、海底底質(zhì)等因素，其模型主要有海區(qū)海底底質(zhì)模型、海區(qū)海底地形地貌模型。

海洋自然現(xiàn)象模型主要指水文性質(zhì)、聲學特性模型。聲學特性模型具體講主要包括水下聲信道模型、水下聲傳播模型、海水吸收(散射)模型、海底海面反射(散射)模型、海洋環(huán)境噪聲模型。水文性質(zhì)主要包括海區(qū)的海水溫度、鹽度、密度、波、浪、潮、流、聲速梯度分布等水文因素，與海洋環(huán)境噪聲、聲傳播特性及海底聲特性等聲學要素有密切關系，對魚雷、水雷等水中兵器的使用、聲納探測與識別和水中兵力的機動等有著重大影響[5]。

3.2作戰(zhàn)實體仿真模型

海戰(zhàn)場的作戰(zhàn)實體仿真模型主要包含了在特定作戰(zhàn)海域的各方參與作戰(zhàn)的水面艦艇、潛艇、魚雷、水雷、聲納、對抗器材及水下海戰(zhàn)場中固有的石油鉆井平臺、捕撈作業(yè)漁船及廢棄的船舶等的仿真模型，其中對作戰(zhàn)仿真起重要作用的是參戰(zhàn)各方的作戰(zhàn)平臺及其攻防武器的水中目標特性，具體主要是指艦艇、魚雷、水雷、反潛直升機、水下無人航行體以及各種誘餌、模擬器等目標在海洋中呈現(xiàn)出來的，并可被感知和利用的信息特征[6]。

對于試驗、訓練仿真系統(tǒng)中的海戰(zhàn)場的仿真模型來講，其重點應關注的主要是各方參與作戰(zhàn)的水面艦艇、潛艇等作戰(zhàn)平臺及其攜帶的魚雷、聲納等探測、攻防武器在水下的聲學特性仿真模型和戰(zhàn)術(shù)機動特性仿真模型，聲學特性仿真模型主要包含水面艦船(潛艇、水下無人航行體、魚雷、水雷等)的自噪聲仿真模型、輻射噪聲仿真模型、反射(散射)聲仿真模型；機動特性仿真模型主要指各方參戰(zhàn)的水面艦艇、潛艇、水下無人航行體的運動(航行)及戰(zhàn)術(shù)機動軌跡及魚雷、誘餌等攻、防性武器的水下彈道[7]。

3.3水下聲信道仿真模型

在開展水下海戰(zhàn)場仿真時，其各個模型不是孤立的，而是通過海洋中的聲信道相互聯(lián)系，相互交織，系統(tǒng)地組合在一起。海洋聲信道的仿真模擬的效果，對水下海戰(zhàn)場的仿真起著重要的關鍵作用。對水下聲信道仿真模擬起主要影響作用的因素主要有海區(qū)深度、海面、海底模型，海水吸收模型，海面海底吸收、散射模型，海水溫度、鹽度、密度，聲速梯度分布等模型，它們共同構(gòu)成了水下聲信道。

4仿真模型體系

4.1模型構(gòu)建要求

武器裝備技術(shù)和戰(zhàn)爭理念的發(fā)展，使戰(zhàn)爭從一般單平臺對抗模式向基于信息網(wǎng)絡條件下的體系對抗模式發(fā)展。體系對抗模式涉及兩個重要的內(nèi)容是網(wǎng)絡和滿足仿真資源的重用、互操作及自由組合體系平臺結(jié)構(gòu)[8～10]。海戰(zhàn)場仿真必須有效解決資源共享和部分參數(shù)模型隨時間變化的問題，其模型的構(gòu)建必須符合互操作、重用和可組合的構(gòu)建標準。仿真模型構(gòu)建應以作戰(zhàn)仿真為設計和應用的領域背景，進行仿真設計時，首先建立各類對象的概念模型，然后通過重用和組合概念模型，構(gòu)建滿足具體應用背景要求的任務概念模型，依據(jù)該任務概念模型，通過重用和組合領域模型框架中的模型，建立海戰(zhàn)場的對象模型。

圖1　海戰(zhàn)場仿真模型體系圖

4.2仿真模型體系

水下海戰(zhàn)場仿真是通過水聲媒介(高速網(wǎng)絡)系統(tǒng)的組合在一起，構(gòu)成了整個水下海戰(zhàn)場。水下海戰(zhàn)場仿真模型體系的構(gòu)建必須符合基于高速信息網(wǎng)絡技術(shù)基礎開發(fā)的仿真平臺要求，各作戰(zhàn)單元的實時信息和環(huán)境信息等各要素數(shù)據(jù)才能夠依托高速網(wǎng)絡進行交互和態(tài)勢感知，并可通過參數(shù)設定，快速構(gòu)建近似實戰(zhàn)的特定水下海戰(zhàn)場。將海戰(zhàn)場仿真中的自然環(huán)境仿真模型、作戰(zhàn)實體仿真模型和海洋聲信道，根據(jù)海戰(zhàn)場中兵力分布和環(huán)境狀態(tài)發(fā)展變化的趨勢，將構(gòu)成戰(zhàn)場態(tài)勢的兵力、環(huán)境、事件和估計等戰(zhàn)場態(tài)勢要素有機地、系統(tǒng)地融合在一起，構(gòu)成海戰(zhàn)場仿真模型體系，如圖1所示。

5結(jié)語

本文對水下海戰(zhàn)場的構(gòu)成要素的內(nèi)容及特性進行了分析，對基于體系作戰(zhàn)仿真應用的水下海戰(zhàn)場的模擬仿真模型進行了研究，構(gòu)建了基于高速信息網(wǎng)絡基礎上的水下海戰(zhàn)場仿真模型體系，對未來基于體系對抗作戰(zhàn)要求的水下海戰(zhàn)場的仿真模擬的技術(shù)實現(xiàn)具有重要的借鑒和參考意義。

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中圖分類號TP391.9