宋 元 張 莉

海軍大連艦艇學(xué)院 遼寧大連 116018

隨著新軍事革命帶來(lái)的軍事領(lǐng)域武器裝備、軍事理論和組織體制等一系列的根本變革，未來(lái)海戰(zhàn)將呈現(xiàn)出高強(qiáng)度智能化、作戰(zhàn)空間立體化的特點(diǎn)。以大中型水面艦艇為核心的海上作戰(zhàn)編隊(duì)從傳統(tǒng)的“以平臺(tái)為中心”發(fā)展到“以C4ISR系統(tǒng)為中心”，整個(gè)海上作戰(zhàn)編隊(duì)擁有?？找惑w、大縱深、多層次的綜合攻防能力。這些變化對(duì)開(kāi)展信息化條件下面向教學(xué)訓(xùn)練的水面艦艇對(duì)抗演練與評(píng)估實(shí)驗(yàn)提出了更新更高的要求。

1 面向教學(xué)訓(xùn)練的水面艦艇對(duì)抗演練與評(píng)估仿真系統(tǒng)需求分析

面向教學(xué)訓(xùn)練構(gòu)建實(shí)驗(yàn)環(huán)境不是一個(gè)孤立的系統(tǒng)。在體系結(jié)構(gòu)上，應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)與內(nèi)部實(shí)物/半實(shí)物仿真訓(xùn)練模擬器、教學(xué)裝備以及訓(xùn)練信息系統(tǒng)的互聯(lián)；在技術(shù)架構(gòu)上，應(yīng)依托相關(guān)軍事理論并綜合運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等；在功能目標(biāo)上，為營(yíng)造出一個(gè)逼真的實(shí)戰(zhàn)環(huán)境，應(yīng)該能對(duì)海上單艦隊(duì)/編隊(duì)作戰(zhàn)問(wèn)題、未來(lái)作戰(zhàn)環(huán)境中的新思想新戰(zhàn)法進(jìn)行研究和評(píng)估，對(duì)人員在虛擬實(shí)戰(zhàn)環(huán)境下的作戰(zhàn)行動(dòng)進(jìn)行研究和評(píng)估。因此，這樣的系統(tǒng)既要具有適應(yīng)作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)理論、作戰(zhàn)對(duì)手變化的能力，又要求其本身具有體系結(jié)構(gòu)、功能組成可調(diào)可變的能力[1]。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，面向教學(xué)訓(xùn)練所構(gòu)建的水面艦艇對(duì)抗演練與評(píng)估仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境是一個(gè)柔性系統(tǒng)。

根據(jù)上述需求背景，系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下三方面的建設(shè)目標(biāo)。

1.1 多層次的作戰(zhàn)指揮技術(shù)訓(xùn)練

系統(tǒng)通過(guò)構(gòu)建逼真的、虛擬的作戰(zhàn)環(huán)境，模擬未來(lái)海上作戰(zhàn)中可能出現(xiàn)的各種作戰(zhàn)情況，對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行作戰(zhàn)指揮技術(shù)訓(xùn)練，包括指揮訓(xùn)練、裝備操作訓(xùn)練，滿足海軍水面艦艇初中級(jí)指揮員指揮訓(xùn)練、技術(shù)訓(xùn)練的需求，提高單艦、編隊(duì)指揮組織、方案制訂、作戰(zhàn)決策及協(xié)同能力。

1.2 多角度的戰(zhàn)法驗(yàn)證與作戰(zhàn)方案評(píng)估

在特定的階段，敵對(duì)雙(多)方海上艦艇編隊(duì)的訓(xùn)練水平、武器裝備戰(zhàn)技性能有差別是客觀的，但是能夠最大限度地發(fā)揮它們的作用，還在于對(duì)它們的運(yùn)用方式是否合理高效。通過(guò)該系統(tǒng)，利用仿真實(shí)驗(yàn)手段來(lái)驗(yàn)證戰(zhàn)法和武器裝備的運(yùn)用，包括作戰(zhàn)參數(shù)分析、作戰(zhàn)資源配置和作戰(zhàn)行動(dòng)優(yōu)化分析、作戰(zhàn)方案分析論證等，發(fā)現(xiàn)其中的缺陷和不足，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)法、訓(xùn)法的檢驗(yàn)與研究。

1.3 多維度的科研學(xué)術(shù)和人才培養(yǎng)

可以通過(guò)各種手段模擬復(fù)雜多樣的作戰(zhàn)環(huán)境、各種海軍艦艇作戰(zhàn)裝備，提供近似實(shí)際海上作戰(zhàn)的仿真環(huán)境，可作為培養(yǎng)高層此次人才的重要平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)過(guò)程的反復(fù)研究，實(shí)現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)環(huán)境下主戰(zhàn)裝備作戰(zhàn)能力的作戰(zhàn)效能評(píng)估，優(yōu)化現(xiàn)有海上編隊(duì)編制編成和作戰(zhàn)流程及方案，提升科研學(xué)術(shù)和人才培養(yǎng)水平。

2 水面艦艇對(duì)抗演練與評(píng)估柔性仿真系統(tǒng)特性分析

2.1 突出以C4ISR為核心的構(gòu)造型綜合仿真應(yīng)用

基于水面艦艇海上作戰(zhàn)的多樣性，系統(tǒng)應(yīng)覆蓋水面艦艇(含編隊(duì))防空作戰(zhàn)、對(duì)海作戰(zhàn)、水下作戰(zhàn)和信息作戰(zhàn)等作戰(zhàn)領(lǐng)域，具有不同層次粒度的模型體系，并采用基于隨機(jī)事件統(tǒng)計(jì)分析的蒙特卡洛方法，能進(jìn)行以典型編隊(duì)?wèi)?zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)以及戰(zhàn)役與戰(zhàn)術(shù)相結(jié)合的兵力與兵力之間的對(duì)抗仿真，適用于信息化條件下水面艦艇(編隊(duì))作戰(zhàn)計(jì)劃分析評(píng)估、演習(xí)與演練、情報(bào)分析應(yīng)用研究等任務(wù)。為此，系統(tǒng)應(yīng)具有基于事件推進(jìn)的高效仿真引擎，并形成以C4ISR為核心的構(gòu)造型仿真應(yīng)用。

2.2 采用面向?qū)ο蟮捏w系結(jié)構(gòu)建模方法

系統(tǒng)面向以大中型水面艦艇為核心的海上編隊(duì)，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)作戰(zhàn)指揮控制、作戰(zhàn)方案、任務(wù)方案、通信方案、電磁輻射控制方案、數(shù)據(jù)融合、電子干擾等信息系統(tǒng)進(jìn)行建模，從而構(gòu)建以信息系統(tǒng)為核心的作戰(zhàn)仿真模型體系，用于敵友關(guān)系靈活設(shè)置的紅、藍(lán)、白等多方對(duì)抗仿真模擬。為實(shí)現(xiàn)從單艦到編隊(duì)等不同規(guī)模海上作戰(zhàn)仿真，其所支持的仿真規(guī)模應(yīng)從戰(zhàn)術(shù)級(jí)行動(dòng)到戰(zhàn)役級(jí)作戰(zhàn)，仿真的作戰(zhàn)時(shí)間可持續(xù)幾小時(shí)到幾十天，仿真實(shí)體數(shù)可達(dá)上千個(gè)。根據(jù)這一需求，該系統(tǒng)應(yīng)采用面向?qū)ο蟮捏w系結(jié)構(gòu)建模方法[2]。

2.3 提供一個(gè)復(fù)雜的仿真與集成環(huán)境

在仿真方面，系統(tǒng)需要模擬海戰(zhàn)中大量的武器裝備、作戰(zhàn)單元、戰(zhàn)場(chǎng)自然環(huán)境和作戰(zhàn)事件，輔助以網(wǎng)絡(luò)管理、人機(jī)交互、環(huán)境渲染、行為生成、系統(tǒng)監(jiān)控等多個(gè)部分。在系統(tǒng)集成方面，系統(tǒng)必須提供多種接入接口或數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，并由接口系統(tǒng)管理，允許實(shí)兵實(shí)裝、實(shí)物與半實(shí)物系統(tǒng)、構(gòu)造仿真系統(tǒng)在遵循統(tǒng)一約定的前提下接入，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通互操作，用于開(kāi)展更大規(guī)模、更高精度或特定目的的海軍編隊(duì)作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)。因此，該系統(tǒng)實(shí)質(zhì)需構(gòu)建一個(gè)復(fù)雜的仿真和集成環(huán)境[3，4]。

3 水面艦艇對(duì)抗演練與評(píng)估柔性仿真系統(tǒng)的構(gòu)建及應(yīng)用

3.1 邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)

水面艦艇對(duì)抗演練與評(píng)估柔性仿真系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)可分為四層，從底至上依次為硬件層、資源層、服務(wù)層、系統(tǒng)應(yīng)用層(如圖1所示)。

3.1.1 硬件層

硬件層提供支撐水面艦艇對(duì)抗演練與評(píng)估仿真試驗(yàn)規(guī)劃、運(yùn)行支撐、實(shí)驗(yàn)管理、分析評(píng)估和仿真應(yīng)用的所有物理設(shè)備設(shè)施環(huán)境，主要包括TCP/IP網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)設(shè)備、外圍設(shè)備等。

3.1.2 資源層

資源層包括各種仿真實(shí)驗(yàn)資源，如兵力編制數(shù)據(jù)、作戰(zhàn)編成或編組數(shù)據(jù)、兵力能力數(shù)據(jù)、固定目標(biāo)數(shù)據(jù)、移動(dòng)目標(biāo)數(shù)據(jù)、艦船性能、武器性能、地理信息數(shù)據(jù)、海文數(shù)據(jù)、作戰(zhàn)任務(wù)與行動(dòng)數(shù)據(jù)、臺(tái)式數(shù)據(jù)、實(shí)體狀態(tài)信息、實(shí)體交互信息、各種環(huán)境改變信息等。這些數(shù)據(jù)可分為兩大類—輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)。

3.1.3 服務(wù)層

服務(wù)層主要由軟件服務(wù)工具或構(gòu)件組成，是構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)的基本要素，可通過(guò)共享接口實(shí)現(xiàn)對(duì)資源層的使用和管理。服務(wù)層提供時(shí)間管理服務(wù)、事件調(diào)度服務(wù)、模型調(diào)度服務(wù)、計(jì)算裁決服務(wù)、數(shù)據(jù)采集服務(wù)、數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)、存儲(chǔ)備份服務(wù)、安全防護(hù)服務(wù)等等公共基礎(chǔ)服務(wù)。

3.1.4 系統(tǒng)應(yīng)用層

系統(tǒng)層是在體系服務(wù)架構(gòu)基礎(chǔ)上由服務(wù)構(gòu)件通過(guò)組合而形成的具有特定實(shí)驗(yàn)功能的各類實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)集合，包括模型組件開(kāi)發(fā)、作戰(zhàn)想定編輯、仿真實(shí)驗(yàn)運(yùn)行等工具，提供仿真資源開(kāi)發(fā)、想定編輯、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)仿真引擎、運(yùn)行控制、運(yùn)行監(jiān)控、態(tài)勢(shì)顯示、時(shí)間同步、DDS接入等功能，同時(shí)也包括指揮訓(xùn)練、技術(shù)訓(xùn)練、戰(zhàn)法研究、效能評(píng)估等工具，具備對(duì)初中級(jí)指揮員的指揮訓(xùn)練、技術(shù)訓(xùn)練、教職員工依托仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行戰(zhàn)法研究等，同時(shí)可對(duì)各種仿真研究進(jìn)行定性和定量分析評(píng)估；同時(shí)提供基于DDS的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)物或半實(shí)物模擬仿真器的互通、互聯(lián)、互操作。

圖1 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

3.2 實(shí)現(xiàn)形式

系統(tǒng)建設(shè)按照標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、分步滾動(dòng)發(fā)展的思路，充分利用作戰(zhàn)仿真的成熟技術(shù)，采用面向?qū)ο蟮慕Ｋ悸泛徒M件化建模方法，以可擴(kuò)展的開(kāi)放式架構(gòu)構(gòu)建集成計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)、實(shí)物/半實(shí)物仿真模擬器為一體的指揮作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)可分為3個(gè)階段。第一階段，構(gòu)建以海軍武器裝備模型為主的海軍水面艦艇(編隊(duì))對(duì)抗演練仿真平臺(tái)，通過(guò)建立海軍聯(lián)合作戰(zhàn)、編隊(duì)作戰(zhàn)所需的仿真組件模型體系和仿真實(shí)體模型體系，實(shí)現(xiàn)基于信息對(duì)抗條件下的紅藍(lán)白多方海上作戰(zhàn)力量對(duì)抗。第二階段，以海軍水面艦艇(編隊(duì))對(duì)抗演練仿真平臺(tái)為核心，以海軍聯(lián)合作戰(zhàn)、編隊(duì)作戰(zhàn)所需的仿真組件模型體系和仿真實(shí)體模型體系為基礎(chǔ)，進(jìn)行各種聯(lián)合作戰(zhàn)、編隊(duì)作戰(zhàn)模型的開(kāi)發(fā)，提供一個(gè)作戰(zhàn)力量規(guī)劃、戰(zhàn)法研究、作戰(zhàn)方案研究評(píng)估的仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，為海軍聯(lián)合作戰(zhàn)、編隊(duì)作戰(zhàn)的兵力編配及優(yōu)化、裝備使用研制等工作提供定性和定量的分析研究環(huán)境。第三階段，通過(guò)研制相應(yīng)的軟硬件接口中間件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與內(nèi)部其他仿真實(shí)驗(yàn)室、實(shí)物/半實(shí)物仿真模擬器的互通互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)受訓(xùn)學(xué)員技術(shù)訓(xùn)練的目的，同時(shí)可有效促進(jìn)海軍水面艦艇實(shí)物/半實(shí)物仿真模擬器研發(fā)。

3.3 系統(tǒng)應(yīng)用方式

該系統(tǒng)以單平臺(tái)為基礎(chǔ)，在對(duì)抗或單方作戰(zhàn)背景下，采用單平臺(tái)或多平臺(tái)協(xié)同訓(xùn)練方式，進(jìn)行作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)分析、作戰(zhàn)方案制訂、組織指揮兵力行動(dòng)、作戰(zhàn)效果評(píng)估等方面訓(xùn)練，可達(dá)到相關(guān)班次人才培養(yǎng)方案和考核大綱的要求。能夠熟悉水面艦艇遂行對(duì)空、對(duì)海、對(duì)潛等作戰(zhàn)過(guò)程各環(huán)節(jié)的組織實(shí)施方法，提高單艦指揮員組織指揮、制訂方案、作戰(zhàn)決策及作戰(zhàn)協(xié)同能力。可通過(guò)系統(tǒng)提供的支撐環(huán)境進(jìn)行戰(zhàn)法、訓(xùn)法檢驗(yàn)與研究。通過(guò)協(xié)同交互想定推進(jìn)機(jī)制，可對(duì)其它實(shí)物半實(shí)物仿真訓(xùn)練系統(tǒng)和信息系統(tǒng)進(jìn)行效能評(píng)估，并可實(shí)現(xiàn)人在回路的想定過(guò)程推演與評(píng)估。

教學(xué)訓(xùn)練條件下部署結(jié)構(gòu)如圖2所示，即基于網(wǎng)絡(luò)分布式的“教學(xué)對(duì)抗訓(xùn)練”部署方式，最大可同時(shí)提供60個(gè)以上客戶端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)按照紅方、藍(lán)方、觀摩方、導(dǎo)調(diào)裁判席位分別接入仿真平臺(tái)，導(dǎo)調(diào)裁判一般由授課教員擔(dān)任。教學(xué)對(duì)抗席位通過(guò)“人在回路”客戶端基于“數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)(DDS)”接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)基于“人在回路”實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互仿真對(duì)抗訓(xùn)練。

圖2 教學(xué)訓(xùn)練部署圖

根據(jù)該部署方式，各客戶端按照編隊(duì)作戰(zhàn)不同角色進(jìn)行控制，教師席位可進(jìn)行想定制作、科目設(shè)置、對(duì)抗評(píng)估等，紅方、藍(lán)方席位分別模擬艦艇指揮、通信指揮、反潛指揮等，白方主要可進(jìn)行態(tài)勢(shì)展示、進(jìn)程演示等(如圖3所示)。

圖3 教學(xué)訓(xùn)練部署角色區(qū)分圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文著眼未來(lái)海戰(zhàn)的特點(diǎn)并結(jié)合開(kāi)展水面艦艇作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)訓(xùn)練需求，提出了構(gòu)建水面艦艇對(duì)抗演練與評(píng)估柔性仿真系統(tǒng)的建設(shè)思路和框架，分析了系統(tǒng)特性及邏輯架構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)形式和應(yīng)用方式，從教學(xué)訓(xùn)練角度為開(kāi)展水面艦艇作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)條件建設(shè)提供了一種開(kāi)放性設(shè)計(jì)思路。