舰炮武器系统仿真试验平台的建立与应用＊

石 岩 严 东

（92941部队94分队 葫芦岛 125000）

1 引言

新时期水面舰艇作战能力的提升，推动了武器系统战术技术性能的提高。舰炮武器系统作为水面舰艇重要作战装备之一，是提供对岸火力支援和打击海上低空来袭目标的有效武器［1］。随着新技术的不断应用，新型舰炮武器系统的战术技术性能越来越强、功能也越来越全。与以往舰炮武器系统相比，新型舰炮武器系统具有自动化程度高、反应时间短、高发射率、高可靠性，对目标高杀伤率等技术性能，如何在更加贴近实战条件下对舰炮武器系统性能进行全面、准确地考核与评估已成为舰炮武器系统试验急需解决的问题。

随着以计算机并行处理技术、网络技术、仿真技术为主的信息技术日趋成熟，仿真试验在武器系统试验和鉴定中被广泛使用，成为试验和鉴定必不可少的工具和有效手段［2］。传统上对武器系统的考核主要依赖外场试验，但其有不可忽视的缺点和局限性，尤其是在目标环境、靶标特性、试验周期、试验经费以及组织实施等方面都受到客观条件的限制。而仿真试验可以充分弥补外场试验的不足，并可能实现较为“真实”的战场环境［3］。根据国外有关统计资料分析，由于采用系统仿真技术，使武器系统靶场试验次数减少了30%～60%，研制费用节省了10%～40%，研制周期缩短了30%～40%［4］，仿真技术在试验和鉴定中越来越体现出重要性。

2 舰炮武器系统仿真试验平台设计

建模与仿真是一系列的活动，进行这一系列的活动需要一个支撑环境或支撑平台［5］。建立舰炮武器系统仿真试验平台的作用主要是在试验时，产生特定战术环境，在半实物仿真模式下驱动被试系统，或在数字仿真模式下模拟舰炮武器系统工作状态，完成对舰炮武器系统的主要战术、技术性能评估和评定以及提供试验显示，辅助试验指挥决策等功能。舰炮武器系统仿真是将舰炮武器系统在战场上的行为模型化、模拟化，用计算机模拟技术对舰炮武器系统的组成、运行状态及作战过程进行仿真。图1为建立的舰炮武器系统仿真试验平台结构图。

图1 舰炮武器系统仿真试验平台结构图

舰炮武器系统仿真试验平台主要由舰艇综合模拟、战术环境仿真、模拟传感器、模拟火控、舰炮综合模拟、数据库、评估处理系统等模块组成。通过该仿真平台，既可以与被试舰炮武器系统有机结合，完成系统半实物仿真试验；也可自成体系，完成数字仿真试验任务。

2.1 舰艇综合模拟模块

能够模拟舰艇综合导航设备，模拟水面舰艇在规定海情的摇摆运动，并以网络报文形式提供模拟生成的舰艇姿态、航向、升沉、航速、地理位置、气象参数等信息。同时，在内部（或外部）脉冲采样信号控制下，能够实时采集录取摇摆姿态角数据，并通过网络接口向其它仿真模块及被试舰炮武器系统提供。

2.2 战术环境仿真模块

战术环境仿真模块模拟生成作战兵力，这些虚拟兵力可以按照其运动学模型自主运动，由程序控制其行为，执行预定的作战任务。通过建立典型的战术态势和交战模型，为随机统计试验创造条件。战术态势和交战模型的建立应根据目标的种类、性能、使用的兵器和攻击的样式、突然性等来建立，各类目标包含多种典型攻击样式，并能和舰炮武器系统作战的典型样式相吻合，目标的运动轨迹应能通过典型的攻击样式进行确定。在舰炮武器系统对空、对海和低空反导作战方式下，能够完成显示目标态势、按时序解算仿真航路理论值、发送仿真目标现在点坐标值等工作，并根据目标运动方式变化而随之变化。

2.3 模拟传感器模块

该模块模拟舰炮武器系统搜索雷达、跟踪雷达和光电跟踪仪等跟踪器的功能和性能，主要采用视频、中频模拟，并加入设定好的噪声模型。可以通过大量收集所模拟的传感器的外场试验数据，并通过统计的方法进行分析，得出系统的误差模型。通过给定的误差模型，使模拟生成的数据在统计特性上和设定的传感器相吻合。

2.4 模拟火控模块

该模块模拟火控系统的功能和性能，完成目标解算、信息传递和火力控制等任务。在建模过程中对火控模块的建模应满足整体的性能评估要求，对火控系统的关键指标建模在外特性上应力争和实际系统保持一致。并可通过对系统相关试验数据的收集，给出拟和的精确度，以满足整体评估的仿真要求。

2.5 舰炮综合模拟模块

模拟舰炮武器系统主要武器包括大、中口径舰炮、小口径近程反导舰炮、舰载火箭炮等武器的主要功能和性能，并通过设定好的攻击成功概率，模拟生成外弹道数据，也可模拟各型舰炮随动系统特征参量。

2.6 数据库模块

数据库用于存储仿真任务设定参数、目标特性参数、武器系统特性参数、战场环境参数、易损性参数、任务评定数据和仿真模型。其中目标特性数据库、武器特性数据库、战场环境数据库、易损性参数库和仿真模型库作为源数据库［6］，任务设定参数库从源库中提取设定参数，仿真评估系统根据任务设定参数库初始化仿真参数，仿真结束后，试验数据和评定结果存入数据库中。

2.7 评估处理系统

通过网络交换机，收发系统运行控制／状态报文，接收战情数据报文、目标真值数据、以及舰炮武器系统数据报文等，计算火控诸元真值，录取仿真试验的测试数据，评估舰炮武器系统探测、跟踪、解算精度、系统精度及反应时间等精度指标，将处理结果数据存储，并通过评估体系给出舰炮武器系统的效能参数。评价体系中包括信息综合能力、武器组织能力等。这些能力参数根据测量值予以评价，并且采用可度量化的指标，减少主观的人为判断。

3 舰炮武器系统仿真试验平台应用

图2 仿真试验流程图

舰炮武器系统仿真试验主要是在仿真试验平台的支持下进行的半实物仿真和数字仿真试验。其目的在于更多地获取舰炮武器系统全寿命管理过程中的信息，发现和解决装备研制、生产、使用和管理方面的问题，为最终科学评定舰炮武器系统提供有效依据。舰炮武器系统的仿真试验流程如图2所示。

舰炮武器系统仿真主要应用在战情仿真、目标特性模拟以及模拟精度试验、效能评估等方面。

3.1 战情仿真

依据真实的战场环境，模拟战场态势、复杂背景及多目标环境，通过搜索雷达模拟器根据仿真计算机输出的战术目标环境点迹数据生成多批目标与背景噪声信息驱动搜索雷达，检验搜索雷达多目标处理能力、输出点迹精度以及情报系统的威胁判断功能、目标分配功能、火力分配功能、目标指示精度和系统反应时间等［8］。

3.2 目标特性模拟

在外场试验中，由于提供的靶标受到诸多条件限制，许多特殊的目标运动方式无法提供［6］，如比例导引、蛇形运动、圆弧运动、等加速运动、零捷径等。这些在外场试验中很难实现的目标运动方式通过模拟试验方法却能很方便的生成，从而实现被试系统对机动目标处理能力的检查和考核［7］。另外，对于目标的速度特性、红外特性、反射特性等亦可通过模拟的方式来实现。

3.3 模拟精度试验

利用仿真试验的简单易行、大量可重复性的特点，可通过大量的模拟精度试验作为外场精度试验的补充与验证。

在仿真试验中，仿真系统模拟飞机、水面舰艇、掠海飞行导弹等类型的目标航路，由搜索雷达模拟器产生视频模拟信息驱动搜索雷达、火控设备，给跟踪器发送目标指示信息；仿真系统向跟踪模拟器发送目标航路数据，跟踪模拟器驱动跟踪器捕获、跟踪模拟目标，从而实时驱动全武器系统自动工作。通过仿真试验，可以有效的检验和验证跟踪传感器跟踪精度、系统动态精度、系统射击精度等。

3.4 效能评估

仿真是武器系统进行作战效能评估不可缺少的环节和手段。利用仿真试验对作战过程进行大量模拟测得的数据，通过模型运算得出评估结果，给出舰炮武器系统效能评估量化数据［9］。在此基础上，可对结果的可信度进行分析，并以此为依据分析如何对舰炮武器系统的作战效能进行改进。

本仿真系统采用模糊Petri（FPN）的方法对舰炮武器系统的作战效能进行评估［11］。其评估过程可以描述为系统状态变化的过程，系统效能可看作各组成部分的效能之和，采用Petri网方法，其“库所”节点和托肯值表明了系统的某个局部状态，影响系统效能的因素转换成FPN的库所，判断因素事件引起某种效能的过程转换成FPN的变迁，系统中对因素事件可能的估计对应于FPN库所中的托肯值，系统中对各个事件影响系统效能的权重对应于FPN的置信度。

利用FPN来分析由多个因素引起的系统的综合效能的下一状态为

其中：

M（k）：库所在发生k次变迁后的状态矩阵；

⊕：X⊕Y＝Z。X，Y，Z为n 维向量，zi＝max（xi，yi）；

⊗：X⊗Y＝Z。X为m 维，Y，Z为n×m维向量，zij＝xiyij。

如果在某一步有M（k＋1）与M（k）相等，根据模糊Petri网的可达性定义，可认为存在一系列的点火事件使系统从初始状态M（0）变迁到状态M（k），此时所得的状态矩阵即为库所事件、中间事件和顶事件的优劣程度判断矩阵。在获得各库所事件以及顶事件的优劣评判矩阵之后，用加权平均法确定评测意见，其方法如下：设评价矩阵为：Q＝（10，8，6，4，2），其中，10表示效能为“优”；8表示效能为“良”；6表示效能为“中”；4表示效能为“差”；2表示效能为“劣”。由公式：M（k＋1）·QT可获得各库所事件和顶事件的评价值。该向量的最后一个元素表示总体效能的优劣程度。

4 结语

本文以仿真技术为牵引对舰炮武器系统仿真试验方法进行了研究，建立了舰炮武器系统仿真试验平台，指出了舰炮武器系统仿真的主要应用范围。在实际当中，舰炮武器仿真系统已在多次系统试验中得到了成功的应用，证明了仿真技术在舰炮武器系统试验中的适用性和可行性。可以预见，随着仿真技术的发展，其在武器装备性能测试和效能评估等领域中将会具有越来越广泛的应用前景。

［1］黄守训，等.舰炮武器系统试验与鉴定［M］.北京：国防工业出版社，2005.

［2］杨榜林，等.军事装备试验学［M］.北京：国防工业出版社，2002.

［3］张原，杨百战，肖永德.航空炮塔武器系统仿真设计与实现［J］.计算机仿真2012，27（12）：79－88.

［4］成珙，刘小江，张文林.当前军事仿真领域内新技术的应用和发展［J］.计算机仿真，2004，21（2）：1－3.

［5］郭齐胜，罗小明，董志明，等.装备作战仿真概论［M］.北京：国防工业出版社，2007.

［6］焦连猛，杨峰，郭善喜.基于机动动作库的飞机航路飞行仿真研究［J］.计算机仿真，2011，28（12）：73－76.

［7］田颖，郭志荣，肖世军.模拟试验与外场试验在靶场鉴定试验中的关系［J］.舰船论证参考，2003（4）：35－39.

［8］石岩，李智生.仿真技术在舰炮武器系统作战效能评估中的应用［C］.中国“指挥与控制”高层论坛论文集，2009：233－238.

［9］张鸿喜，张静瑜，张志勇.基于元建模的雷达电子战仿真语言研究与应用［J］.系统仿真学报，2012（2）：269－274.

［10］郑锦，武翰文.Bayes序贯决策法在舰炮武器系统试验中的应用［J］.计算机与数字工程，2009（8）.

［11］王晶，李智，来嘉.虚拟战场电磁环境构建方法研究［J］.现代防御技术，2009，37（6）：11－17.