海战场仿真模型体系研究*

2016-03-15 04:46张京平

舰船电子工程 2016年2期

张京平

(91388部队93分队　湛江　524022)

海战场仿真模型体系研究*

张京平

(91388部队93分队湛江524022)

摘要为了系统地解决水下海战场仿真中的各类仿真模型之间的内在联系问题，全面准确地对水下海战场进行仿真模拟,以作战仿真为背景，通过对真实海战场构成要素的分析，对作战仿真涉及的海战场仿真模型进行了深入的研究。根据模型产生的背景、用途的差异，对仿真模型按照自然环境、参战平台和水下声信道的分类进行了详细的分类研究。针对现代体系化战争样式的作战要求，构建了水下海战场仿真模型体系。该体系可系统、准确地说明海战场环境仿真模型、作战实体仿真模型和信道仿真模型的特点及其相互之间的关联关系，对作战模拟仿真具有较好的借鉴意义。

关键词作战模拟仿真; 水下海战场; 仿真模型体系

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

随着武器装备信息化程度的增加和试验、训练向实战化靠拢模式的变化，受海洋特殊的环境和测量手段的限制，单纯依靠外场设备测量数据对装备性能进行研判，已远不能满足复杂海战场环境下水声对抗试验、训练与评估的需求。仿真系统具有仿真模型的可重用性、生成环境的可控性和信息集成的灵活性的优点，使其在作战模拟训练、装备试验中的需求越来越紧迫。特别是在一些复杂的，多兵种融合的大型训练中，利用作战仿真模拟系统可实现对“网络中心战”环境下的各种可能出现的复杂情况，可能采取的应对的战术措施进行反复地、科学地论证和评估，对训练中可能出现的不可控因素进行预测，评估安全形势，降低试验、训练风险，提升军事训练效益，世界各国尤其是美国在充分发展、利用仿真系统的优势方面已经取得了显著的效益。

在现代作战模拟中，关键的一点是利用计算机仿真技术，创造一个贴近实战的符合特定的作战、训练需要的数字化的试验、训练环境[1]，使得武器装备和受训人员能够在此环境中得到恰如其分的训练和试验。构建实战化的试验、训练仿真系统时，战场环境和作战态势的模拟构建是整个仿真系统的核心，海战场仿真模型体系是指由海战场环境和红蓝双方作战态势组成的，旨在描述战场内部作战规律的仿真模型系统[2]，海战场仿真模型体系构建的全面与准确是作战仿真系统能否成功的基础性的、关键性的因素,是作战模拟训练和仿真试验系统构成中的一个最基本的，最底层的核心部分。

目前国内外都对海战场的模拟构建进行了研究，特别是美国和俄罗斯等西方国家为提升水下战作战能力，高度重视海战场的仿真研究，在这方面进行了充分的理论和实装研究。我国近几年也充分意识到海战场仿真模拟的重要性，在海战场仿真模拟方面开展了积极有益的研究，主要是基于理论上的、零散的研究，尚未形成系统的研究成果。

2海战场的界定

本文讨论的海战场是指在特定的作战海域中包含的自然环境(主要包括作战海区的地理环境、水文和气象特性等自然现象要素)和在这个自然环境下参与作战的各方作战实体(主要包括参战舰艇、攻防武器等)及固有的生产生活设施(主要包括石油钻井平台、废弃渔船等)三个部分构成一个真实存在的海上作战环境。

3海战场仿真模型

作战仿真主要是利用现代计算机模拟技术，构造一个能够反映作战空间中对作战效能有重要影响的自然现象和作战实体的变化规律和效应的虚拟战场[3]。在虚拟战场仿真中，必须以数学或物理模型的形式将真实战场中的，对作战效果具有直接或间接的重要影响的各类要素及其相互关系表现出来。海战场仿真模型体系是指说明特定的作战环境(仅指自然环境)和在这个环境下的各种作战要素、作战单元、作战系统等作战实体的仿真模型及它们之间内在规律的仿真模型系统，体系中的各类模型按照一定的信息传输、融合手段，有机融合在一起，实现战场态势、战场信息、战场行动的模拟，以再现和预测海战场发生的事件和时间序列[4]。海战场仿真涉及的内容方方面面，繁多复杂，本文旨在从各类模型的产生机理及在海战场仿真系统中的作用及其相互关联的关系方面入手，以期理清水下海战场中的仿真模型体系。

3.1自然环境仿真模型

海战场自然环境模型主要包括海洋地理环境模型和海洋自然现象模型。

海洋地理环境模型主要包括海区地形地貌、海底底质等因素，其模型主要有海区海底底质模型、海区海底地形地貌模型。

海洋自然现象模型主要指水文性质、声学特性模型。声学特性模型具体讲主要包括水下声信道模型、水下声传播模型、海水吸收(散射)模型、海底海面反射(散射)模型、海洋环境噪声模型。水文性质主要包括海区的海水温度、盐度、密度、波、浪、潮、流、声速梯度分布等水文因素，与海洋环境噪声、声传播特性及海底声特性等声学要素有密切关系，对鱼雷、水雷等水中兵器的使用、声纳探测与识别和水中兵力的机动等有着重大影响[5]。

3.2作战实体仿真模型

海战场的作战实体仿真模型主要包含了在特定作战海域的各方参与作战的水面舰艇、潜艇、鱼雷、水雷、声纳、对抗器材及水下海战场中固有的石油钻井平台、捕捞作业渔船及废弃的船舶等的仿真模型，其中对作战仿真起重要作用的是参战各方的作战平台及其攻防武器的水中目标特性，具体主要是指舰艇、鱼雷、水雷、反潜直升机、水下无人航行体以及各种诱饵、模拟器等目标在海洋中呈现出来的，并可被感知和利用的信息特征[6]。

对于试验、训练仿真系统中的海战场的仿真模型来讲，其重点应关注的主要是各方参与作战的水面舰艇、潜艇等作战平台及其携带的鱼雷、声纳等探测、攻防武器在水下的声学特性仿真模型和战术机动特性仿真模型，声学特性仿真模型主要包含水面舰船(潜艇、水下无人航行体、鱼雷、水雷等)的自噪声仿真模型、辐射噪声仿真模型、反射(散射)声仿真模型；机动特性仿真模型主要指各方参战的水面舰艇、潜艇、水下无人航行体的运动(航行)及战术机动轨迹及鱼雷、诱饵等攻、防性武器的水下弹道[7]。

3.3水下声信道仿真模型

在开展水下海战场仿真时，其各个模型不是孤立的，而是通过海洋中的声信道相互联系，相互交织，系统地组合在一起。海洋声信道的仿真模拟的效果，对水下海战场的仿真起着重要的关键作用。对水下声信道仿真模拟起主要影响作用的因素主要有海区深度、海面、海底模型，海水吸收模型，海面海底吸收、散射模型，海水温度、盐度、密度，声速梯度分布等模型，它们共同构成了水下声信道。

4仿真模型体系

4.1模型构建要求

武器装备技术和战争理念的发展，使战争从一般单平台对抗模式向基于信息网络条件下的体系对抗模式发展。体系对抗模式涉及两个重要的内容是网络和满足仿真资源的重用、互操作及自由组合体系平台结构[8～10]。海战场仿真必须有效解决资源共享和部分参数模型随时间变化的问题，其模型的构建必须符合互操作、重用和可组合的构建标准。仿真模型构建应以作战仿真为设计和应用的领域背景，进行仿真设计时，首先建立各类对象的概念模型，然后通过重用和组合概念模型，构建满足具体应用背景要求的任务概念模型，依据该任务概念模型，通过重用和组合领域模型框架中的模型，建立海战场的对象模型。

图1　海战场仿真模型体系图

4.2仿真模型体系

水下海战场仿真是通过水声媒介(高速网络)系统的组合在一起，构成了整个水下海战场。水下海战场仿真模型体系的构建必须符合基于高速信息网络技术基础开发的仿真平台要求，各作战单元的实时信息和环境信息等各要素数据才能够依托高速网络进行交互和态势感知，并可通过参数设定，快速构建近似实战的特定水下海战场。将海战场仿真中的自然环境仿真模型、作战实体仿真模型和海洋声信道，根据海战场中兵力分布和环境状态发展变化的趋势，将构成战场态势的兵力、环境、事件和估计等战场态势要素有机地、系统地融合在一起，构成海战场仿真模型体系，如图1所示。

5结语

本文对水下海战场的构成要素的内容及特性进行了分析，对基于体系作战仿真应用的水下海战场的模拟仿真模型进行了研究，构建了基于高速信息网络基础上的水下海战场仿真模型体系，对未来基于体系对抗作战要求的水下海战场的仿真模拟的技术实现具有重要的借鉴和参考意义。

参考文献

[1] 胡晓峰,等.美军训练模拟[M].北京:国防大学出版社,2001:96-103.

[2] 晁大海.水中目标及其背景特性数据在水下战场信息化建设中的作用[J].舰船科学技术,2009,31(10):63-66.

[3] 戎建刚.如何构建电子战靶场的复杂电磁环境[J].电子对抗,2010,130(1):57-59.

[4] 凌国民.海战场水下信息技术综述[C]//武汉:2011年海战场电子信息技术学术年会论文集,造船工程学会电子技术学术委员会,2011:187-190.

[5] 惠俊英,生雪莉.水下声信道[M].第2版.北京：国防工业出版社,2007:136-149.

[6] 刘伯胜，雷家煜.水声学原理[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社,2010:178-210.

[7] 陈建华.舰艇作战模拟理论与实践[M].北京：国防工业出版社,2002:138-167.

[8] 贺毅辉.作战模拟基础[M].北京:国防工业出版社,2012:211-223.

[9] 薛青.装备作战仿真基础[M].北京：国防工业出版社,2010:89-95.