武器装备体系联合试验研究

傅妤华 邢继娟，2

(1.中国人民解放军63928 部队，北京100101;2.武器装备体系研究国防科技重点实验室，北京100101)

1 引言

信息化条件下，武器装备体系建设的复杂程度日益增加，迫切需要适应一体化联合作战的要求，集中优势技术力量，开展跨军兵种、跨部门联合试验，提高从整体上科学谋划全军武器装备体系发展的能力。为了能够真正实现多个实验室在地理位置上分立、逻辑上构成一个整体进行联合试验，亟须系统的理论、方法和技术支持，本文对此进行了探讨研究。

2 武器装备体系联合试验概念内涵

2.1 外军联合试验相关术语

美军联合试验相关的术语是联合试验评估(Joint Test ＆ Evaluation，JT＆E)和LVC 试验(Live，Virtual ＆ Constructive Test)，强调包含真实的(真实的人操作真实的装备)、虚拟的(真实的人操作由计算机虚拟生成的装备)以及构造的(虚拟的人操作虚拟的装备)各种试验要素，强调跨部门跨地域(包括部队、试验基地和实验室)的试验资源整合，构建与未来作战近似的联合作战环境，针对体系化武器装备提出“像打仗那样试验”的概念与要求，实现“仗如何打，装备如何试”，以求解单装、单系统性能与体系效能的关系，保证武器装备在战场上发挥预期效用。

2.2 武器装备体系联合试验概念

在信息化条件下，若干不同功能的武器装备系统集成为装备体系，为联合作战提供跃升的作战能力。因此需要在体系作战条件下进行武器装备系统的能力评估，这一任务已经不能单靠独立系统仿真试验和单一学科专业人员来完成。经过多年的建设发展，军内外相关部门按照部门体制条块分割各自建立了不少仿真试验系统与环境，可以优势互补联合应用，结合实验室、试验基地甚至演习场地的优势资源，为武器装备体系以及体系中包含的重大装备研究构建与未来作战近似的联合作战环境。

图1 为武器装备体系联合试验的概念示意图。通过集成并利用各种可用的数据、模型、仿真系统，以及计算机软、硬件等资源，建立公共、分布的联合试验环境，实现虚拟仿真、构造仿真和真实仿真的无缝连接，完成不同类型、不同地理位置的仿真系统互联互通，以及试验资源的互用和试验数据的共享;并在其上应用科学的方法和流程来检验和验证现有装备和武器装备体系的联合作战能力，并为将来装备发展和体系构建提供科学决策依据。

2.3 武器装备体系联合试验的地位作用

从国外联合试验的实践分析，联合试验在武器装备全寿命周期发挥的作用主要表现为两个方面:一是武器装备全寿命周期的重要组成部分，在论证、研制、使用中发挥着信息反馈和辅助决策的作用;二是国防科研、战法研究以及作战部队训练方法的基本手段，充当着承前启后的重要角色，尤其对装备体系快速形成战斗力，发挥着举足轻重的地位。

在武器装备体系论证、研制和使用的不同阶段，运用联合试验辅助分析的手段不同。在论证阶段，主要采用结构化仿真试验验证方式;在研制阶段，主要采用虚拟仿真和结构化仿真相结合的方式;在作战分析阶段，主要采用“人在回路”加导调的作战推演方式。而联合试验正是通过提供不同的方法手段、不同的技术特点，及其统一的数据、统一的模型、统一的想定、统一的军事规则，构建出一个全周期、全过程的联合试验评估环境，为装备建设全寿命周期服务。

2.4 武器装备体系联合试验的主要特点

相比传统的试验类型，联合试验有许多新的特点:一是试验目的，不再单纯为了检验装备的战术技术性能指标，而主要是检验军兵种装备在联合作战中的互操作性以及体系配套性、评估装备体系联合作战能力、联合技术与作战概念、验证装备的联合作战使用规程等;二是试验对象，不仅注重单件装备的试验，更强调装备体系试验;三是试验主体，强调多方联合参与，总部和各军兵种，作战部队、试验基地以及实验室都参与其中;四是在试验环境上，强调在符合体系对抗的联合作战环境中进行试验，为此，在构造试验环境时往往大量使用建模仿真方法，试验环境中包含实兵实装、模拟器以及数字仿真系统在内的各种试验要素。

3 联合试验集成环境

3.1 联合试验集成环境总体功能分析

联合试验集成环境包括7 大功能模块，为参与试验的各个实验室提供一个集应用开发、综合集成、联合试验与协同研究于一体的公共基础平台，通过对联合试验需求分析、试验规划、试验资源开发、试验环境集成、试验运行管理、试验数据的分析评估全过程提供支撑，将各个分实验室的能力综合为整体能力，促进各实验室分析论证评估手段共享和发展，加快形成应用结论和建议。同时，通过建立基础资源共享机制，使得各实验室通过一个共用资源管理和服务平台存取一致的权威数据源，开发基于统一平台的模型，有利于提高建模仿真的可信度，并最终提高论证评估结论的可信性。

3.1.1 统一的资源管理与服务

面向联合试验仿真系统的建设和使用中的资源重用的需求，为系统提供从仿真资源管理到仿真资源使用的服务支持。满足系统对模型、数据、文档、想定、数字地图等仿真资源集成化管理与服务的需求。其功能主要包括资源管理、资源访问服务、资源集成管理和系统管理。

3.1.2 公共的军事想定描述

联合试验集成环境为联合试验提供一个公共的想定输入，包括建立联合试验想定生成流程，针对联合试验的特点，定义规范的想定生成流程，辅助多用户协同、顺利、高效完成试验想定的编辑;建立公共的军事想定描述，通过提供一种涉及联合试验各个领域、大家认同的独立于仿真的想定描述，为多个仿真试验系统提供一个共享语义的层次化想定描述规范。

3.1.3 公共的战场环境描述

为多个仿真应用系统提供公共的体系对抗背景战场环境支持，通过提供公共的战场环境参考模型，为联合试验提供包括自然环境、战场环境、目标环境在内的特征建模、效应建模，以及相应的自然环境、战场环境、目标特性数据支持。对包括陆地、海洋、大气、空间、电磁在内的整个战场环境进行公共的数据描述、模型表示和仿真，从而构建出一个统一的、完整的、一致的战场环境。

3.1.4 试验资源的开发与集成

为了有效提高联合试验资源的重用与重组，联合试验集成环境应提供模型开发与集成工具，通过提供开发、测试、集成及仿真初始化等功能丰富、种类齐全、使用规范的集成化工具，支持从仿真问题到仿真系统开发集成过程的程序化和自动化，支持联合试验环境中各类数据、模型、仿真系统的认证检验与集成测试，对试验资源开发实施全寿命、全周期管理，从而完善试验资源开发过程。

3.1.5 统一的试验规划与控制

为地理上分布的联合仿真提供底层运行环境支持，具体地说，通过对联合试验任务分解、联合试验资源描述、联合试验环境配置、联合试验信息交互、试验调度、时空一致、试验数据采集的支持，实现不同类型的仿真应用系统之间的互操作，通过基于HLA/RTI 的系统集成与语法层次互操作的框架，提供统一的联合试验环境集成接口与标准规范，支持多平台、多系统和多个实验室的联合试验，此外在该框架的基础上，可进一步扩充其他相应服务，具有良好的可扩展性和伸缩性，支持语义层次的系统集成与互操作，支持大规模的LVC 联合试验实时运行。

3.1.6 一体化演示

基于各类环境模型/数据、二/三维可视化模型、影像图像数据等可视化资源，将这些来自不同仿真系统的局部的环境、实体、行动，融合到一个统一的联合作战虚拟场景空间中进行综合表现，形成统一的战场态势，用各种标绘军标在地理信息系统上进行展现，从而实现对武器装备体系在联合作战背景下综合运用整体概念的一体化演示。

3.1.7 综合性评估

建立评估的通用流程，将评估任务描述规范化，将评估问题和评估信息进行规范和模式化，将评估任务执行过程程序化，通过对仿真试验运行及模型计算的结果进行综合评估分析，形成评估结论和意见。同时建立评估通用流程基本活动的连接关系和约束条件，以及对评估研究涉及的参与研究人员、评估问题及评估信息等，在通用流程模型中进行类别描述。

3.2 联合试验基础设施与工具体系

联合试验基础设施包括组件库、数据库和中间件，工具体系包括组件管理工具、联合试验任务规划工具、对象模型开发工具、事件规划工具、网络通信管理工具、事件管理工具、试验分析工具、数据采集器、回放工具、试验数据库、数据库管理工具、网关等。要从基础技术过程、软件工具一般功能需求(包括运行环境、公共通信接口、对象模型接口、可重用性与配置管理、运行性能等)以及特定功能需求3 个方面对武器装备体系联合试验工具体系进行分析研究，并对基础设施进行主要功能研究与概念设计。图2 为联合试验基础设施与工具体系关系示意图。

(1)组件库用于存储所有可组合、可重用的联合试验组件，包括模型、数据、想定、仿真应用、工具软件、网关等。

(2)组件管理工具用于对试验组件库的管理和控制，通过提供图形化的用户使用界面使得组件库管理员能与组件库进行交互，包括查看、抽取、增添、管理组件库中的信息，增加关于信息项的元数据，辅助备份组件库，为组件库提供安全策略，检测构成组件库的所有辅助应用，包括数据库服务器、代理、信息服务器等。

(3)任务规划工具用于辅助联合试验开发人员对一次联合试验任务进行规划。包括信息流分析功能，从多个视图对联合试验交互信息进行建模;网络流量预测功能，根据信息流分析结果，对网络带宽、网关性能等物理设施基础进行规划，预测网络通信性能;联合试验检验测试功能，提供运行之前检验、测试联合试验的能力，包括网络是否正确联通、各个仿真应用是否正确配置等。

(4)对象模型开发工具用于生成符合联合试验运行要求的对象模型。包括基本对象模型定义功能，根据联合试验任务规划工具试验规划的结果，为联合试验互操作实现语义理解，定义相应的基本对象模型;概念模型开发功能，提供用户根据具体仿真应用开发应用相关部分的概念模型;源代码生成功能，从基本对象模型定义和用户定义的概念模型生成所需的C+ +源代码，进行相应的语法检查后，支持对两部分进行编译链接，形成一个完整的应用;模型校核工具，检验是否正确地建立了模型。

(5)事件规划工具用于辅助联合试验开发人员在构造完成之后，对具体的联合试验任务通过事件分解从而进行总体规划、样本规划、模型规划、数据规划等。功能包括:事件目标分析，根据联合试验任务，分析需要达到的事件目标;想定输入，包括设定影响各种系统与装备的技术、战术性能及作战所需的各种地理自然环境、气象环境、水文环境以及电磁环境战场环境，规划包括对抗双方作战企图、作战编成、兵力部署、作战行动等在内的兵力活动态势;试验设计，提供全面设计、正交设计、均匀设计、迭代设计等试验设计功能，生成多个装备作战使用方案和战场配置方案，并通过样本规划、模型规划、数据规划等，生成数据采集清单、建模清单以及相关规划文本。

(6)通信管理工具用于监测试验运行的物理网络，实时监测网络通信流量并运行性能预测算法，确保网络得到最优使用，并辅助联合试验管理人员使用标准的协议控制网络设备的正常运行。

(7)事件管理工具辅助联合试验管理人员检测并控制各个仿真应用。在试验开始时，根据脚本对各个仿真应用进行导调、控制，使整个联合试验系统协调一致地推演;在运行期间，在线检测各个仿真应用的正常状况，通过提供多个视图，向试验管理人员显示试验运行状态。

(8)试验分析工具用于实时或事后对收集的数据进行分析。其中，实时分析主要通过将试验分析工具设定为一个具体的仿真应用挂在运行支撑中间件上来实现，可采取订购实时在线获取试验过程的大量动态数据，以及通过获取试验任务数据库中的实时数据两种方式;事后分析主要是对存储在试验任务数据库中的数据进行分析，完成各种数据的综合处理，并按照数据应用的种类进行综合汇总，给出多种统计处理数据。在使用的分析方法方面，对试验产生的过程数据或结果数据，使用多元数据分析、模式识别、数据挖掘等数据分析方法进行分析，最终得出分析结论。

(9)数据采集器记录联合试验交互信息。在一次联合试验任务中，可以设置一个或多个数据采集器，多个数据采集器之间可以应用优化策略，根据记录信息数量自适应调整每个数据采集器的数据记录任务。

(10)回放工具提供试验的回放功能。

(11)试验数据库负责存储联合试验任务的初始化信息，包括想定、试验计划、仿真应用的各种初始化数据等，同时存储试验运行过程中数据采集器根据事先定义的数据采集清单采集的数据，以及数据分析处理后的分析结果数据。

(12)数据库管理工具用于对分布的试验任务数据库进行协调、控制。运行前，数据库管理工具辅助建立试验任务数据库，初始化相应的数据库。运行期间，数据库管理工具协调所有的试验任务数据库一致工作，并监测它们的状况和性能。运行结束后，试验任务数据库负责确保将所有试验任务数据库中的信息进行备份。

(13)网关通过提供监视与控制服务、翻译服务和连接服务，实现C4ISR 实装系统、不符合联合试验技术体系的仿真应用等与联合试验仿真应用的互操作。

4 联合试验方法流程概念模型

联合试验方法流程概念模型包括3 大活动5个阶段26 个步骤，还定义了包括用户、试验分析员、试验环境开发人员、试验资源开发人员、试验管理人员等5 大类参与人员的角色职责。在此基础上，对联合试验运行流程中的每个阶段按该阶段目的、参与人员、所需输入、基本步骤、输出的产品等5 个方面进行详细研究。

图3 为联合试验方法流程概念模型示意图。按试验顺序分为试验前、试验中和试验后3 大活动。需求分析阶段说明本次联合试验的目的、要解决的问题、问题的边界条件、参加联合试验的单位及其人员、分工界面等，形成统一的联合试验任务需求描述;试验规划阶段是对整个联合试验活动的总体设计和布局，对将要进行的工作制定总体设想，并依次明确具体的技术路线和实施办法;试验构造与设置阶段侧重试验资源的开发与重用，包括集成试验需要的数据、模型和分系统，搭建符合试验要求的联合运行环境;试验运行阶段通过试验管理人员有目的的操控设备，执行试验事件，使其作用于试验对象，以取得装备及其所在体系有关特性与行为的客观表现数据;分析报告阶段处理试验所得到的各种数据，根据试验的结果进行分析，撰写试验评估报告，并将此次试验中新开发的资源存储到资源库。每个阶段根据活动关系定义了诸多基本步骤，其中包含大量数据、模型和软硬件系统支持，以及相关技术标准规范要求，具体实施过程需要根据不同的试验目的和不同试验模式进行适当的步骤选取和裁剪。

5 结束语

相比美军，我军联合试验尚处于起步研究阶段，需要大量的基础性和综合性工作。武器装备体系联合试验的规划和实施，不仅涉及多个系统的联合，也涉及多个实验室、试验基地甚至演习场地的参与，需要先进网络技术的支撑。尤其是在传统的试验与评估方法流程的基础上，充分考虑联合试验的复杂性、分布性，设计出新的能力试验方法，提供评估体系效能以及系统对体系贡献度的流程;另外，还需要结合军内实际情况，充分考虑未来武器装备体系联合试验需求，建立统一的武器装备体系联合试验技术体系结构和基础标准，对联合试验活动进行规范;在具体实施方面，可以先选定特定系统，针对特定应用，在较小的范围内进行试运行，在积累了一定经验和技术的基础上，再在全军进行逐步推广和普及，降低发展风险，保证武器装备体系联合试验能力的持续发展。

［1］ 傅妤华，刘建湘.美军武器装备联合试验综述［J］. 军事运筹与系统工程，2008，22(2):76 -80.

［2］ 邱晓刚，黄柯棣.武器装备体系论证仿真环境的设计［J］. 系统仿真学报，2004，16(4):717 -723.

［3］ Foundation Initiative 2010 Project Office. The test and training enabling architecture reference document(Version2002)［M］.USA:United States of America Department of Defense，2002.

［4］ DoD. Department of Defense Instruction［R/OL］.［2014 -8 -10］.http://www.ite.osd.mil.

［5］ F KAUPA，KEITH POCH. Establishing the integrated test concept［J］. ITEA Journal，2011(32):29 -38.