导弹武器作战试验中虚拟蓝军体系结构设计

孙旭涛 袁 刚 向 哲

(92941部队93分队 辽宁 葫芦岛 125000)

0 引 言

导弹武器装备作战能力是评估导弹好坏优劣的重要标志。以往主要通过导弹的战术技术指标进行评定，但随着作战试验鉴定地深入开展，单项战技指标无法全面完整体现导弹武器装备作战能力。因此需要使用新方法对导弹武器装备作战能力和真实战场环境适应性进行全面试验与鉴定。随着建模理论、计算机技术、人工智能技术的发展，作战仿真系统已经从最初由人在回路、模拟器在回路的实体构成，发展成为完全由CGF(Computer Generated Forces)实体组成。在导弹武器作战试验复杂战场环境构设中CGF将担当重要角色，良好的CGF体系结构会为作战试验复杂战场环境构设提供极大的便利。

文献[1]分析了国内外武器装备作战试验发展情况；文献[2]提出导弹武器靶场开展作战试验面临的困难；文献[3]分析靶场开展作战试验存在的差距并提出了开展试验的设想；文献[4]指出开展装备作战试验应重点把握突出作战想定、关注条件建设、与明确评价准则等；文献[5]重点研究了武器装备作战试验指标；文献[6]概括了CGF研究工作主要包括CGF仿真引擎、兵力模型和CGF系统配套设施，并重点研究了HYCGF仿真引擎；文献[7]提出了一种分层的仿真战例支撑环境；文献[8]建立了“五视图”体系结构框架；文献[9]提出了由数据仓库层、VITA支撑框架层、应用支撑层、试验资源层组成的虚拟试验验证使能体系结构VITA；文献[10]详细介绍了层次化服务体系结构设计问题。

文献[1-5]为导弹武器装备作战试验鉴定开展提供了思路，文献[7-9]体现了层次化在体系结构设计中的重要作用。本文基于上述研究成果，重点研究了基于层次化服务的导弹武器装备作战试验鉴定敌方威胁兵力CGF体系结构。利用该体系结构，水面舰艇之间可以灵活实现信息交互和态势共享，为导弹武器装备作战试验复杂战场威胁环境构设提供了极大便利。

1 导弹武器装备作战试验鉴定

1.1 基本内涵

导弹武器装备作战试验基本内涵主要有：

1) 评估作战效能。在导弹武器装备作战试验中，作战效能就是战场上装备操管员运用各种导弹武器完成特定任务的效果。作战效能可以是某一单系统指标，也可以是一项体系作战指标，评估内容越多，越能够体现整个体系作战效果。

2) 查验作战适用性。导弹作为战场环境中消灭敌人的武器，能否在各种战场环境下发挥效力，直接关系到导弹使用效果。因此作战试验需要对导弹的地形适应性、操作灵活性、装备器件兼容性等进行查验。

3) 搭建实战环境。作战试验要求真实的敌我攻击态势，但是受环境、资金、技术等各方面限制，实战化环境暂时难以构建，但是可以通过仿真方法构建逼真战场态势，以便于评估作战试验指标。

4) 突出体系对抗。单型导弹武器装备涉及雷达、武器控制系统、垂直发射系统、导引控制系统等，作战试验不可能只需要单个子系统，一定是各武器系统的体系对抗。因此体系对抗程度越深，作战效能评估越准。

1.2 研究方法

目前开展作战试验的方法主要有：靶场实弹试验法和内外场联合试验法。

(1) 靶场实弹试验法是在真实人员和装备全系统参加情况下，进行实弹射击、体系对抗、效能实时评估的方法。靶场实弹试验法要求在充分的场地上开展人装结合对抗试验，此方法接近实战、数据最为真实、效能最为准确，但存在消耗实弹数量多、试验组织难度大、需要经费高等缺点，同时试验不可重复进行，这就限制了靶场实弹试验法使用范围。

(2) 内外场联合试验法是在内外场实装、构造装备和虚拟装备等构成的内外场合成试验环境中开展试验的方法。此方法可以克服靶场实弹试验法试验组织难度大、需要经费高、不可重复性问题，但存在试验环境不够真实和试验数据不够可信等问题。

2 虚拟蓝军体系结构建设需求

构建逼真的战场态势是作战试验开展的前提，我方战场威胁环境可以通过水面舰艇、导弹武器装备、雷达、舰炮、导航、虚拟干扰设施等武器装备实装构成。但敌方战场威胁环境受试验成本、组织协调、武器装备等原因却难以构设。

基于CGF设计敌方战场威胁兵力的优点有：一是对一个给定的作战想定，可以大大减少所需要操作人员和模拟器的数量，降低系统硬件和人力成本；二是敌方兵力和战术可以根据实际进行配置，组织协调简单；三是训练规模可大可小；四是可以基于敌我双方武器装备未来的可能发展，对部队进行超前训练。CGF的上述优点使得其在现代作战仿真系统中得到了广泛应用。

为了避免给后续CGF系统移植和扩展增加难度，设计的CGF体系结构应坚持以下原则：

(1) 系统层次化和模型组件化。CGF系统需要根据作战使命、系统组成、建模开发等角度对系统进行层次化建模，以方便系统成员的开发、调试、仿真与试验。CGF系统具备模型组件化能力后，敌方威胁兵力才可以灵活配置武器装备、运用多样战术战法，为导弹武器装备搭建灵活多样的威胁环境。

(2) 时空一致性和多系统互联。CGF系统要实现与各CGF仿真系统、半实物仿真系统、导弹武器实装等互联。因此CGF体系结构应具有时空一致性和多系统互联机制，从而实现体系级内外场试验系统实时仿真。

(3) 功能重用与平台兼容。CGF体系结构应能最大限度地利用已经开发的仿真和建模资源，同时解决运行在Windows、RTX、 Linux等不同操作系统上的各子系统互联互通互操作，以便于后续大系统互联。

3 虚拟蓝军体系结构设计

在虚拟蓝军建设需求基础上，下面分别从层次化服务设计和跨平台互联机制设计两个方面介绍虚拟蓝军体系结构。

3.1 层次化服务设计

本文设计的CGF体系结构分为仿真接口层、数据管理层、仿真服务层。基于层次化服务的CGF体系结构如图1所示。

图1 基于层次化服务的CGF体系结构

仿真接口层为仿真用户和开发人员提供了一个易于使用的图形化交互接口。其中方案设计完成导弹武器装备作战试验方案的总体设计工作；想定编辑完成方案的具体参数设置；角色部署完成作战试验各角色运行节点；实体控制完成CGF或其他兵力实体参数的设置；视角控制完成各实体三维查看视角的控制；数据接口完成为模型提供各种数据的支持服务；时空一致和毁伤评估完成整个联合试验系统的时间控制和毁伤评估。数据管理层主要完成作战试验开始前、运行中和运行结束的各种试验数据，主要包括气候数据、规则数据、实体参数数据、想定数据、水面舰艇编成数据、导弹模型数据、电磁环境数据和高程数据等。仿真服务层为仿真接口层提供支持服务，主要包括消息管理、模型服务、通信服务、时间控制、数据记录、毁伤评估、数据获取和模型注册与识别等服务。其中数据获取完成从网络获取各仿真系统需要的装备编成、模型参数和其他环境等数据，模型注册与识别完成模型实时注册功能，以方便各仿真模型随机加入与退出。

敌方威胁兵力CGF系统体系结构如图2所示，每一艘水面舰艇通过仿真接口层设计，而通过仿真引擎实现舰艇平台之间信息交互和态势共享。仿真引擎主要完成仿真接口、仿真服务和数据管理等各层服务的综合集成，通过通信网络实现各水面舰艇CGF综合集成、实时运行和分析评估。

图2 敌方威胁兵力CGF系统体系结构

3.2 跨平台互联机制设计

导弹武器装备作战试验存在着不同武器装备系统之间平台不兼容问题，因此需要设计平台兼容机制，以解决跨系统互联问题。本文借鉴联邦成员HLA多联邦互联机制，设计了桥接成员，以便于实现跨系统互联，其体系结构如图3所示。

图3 跨平台互联体系结构

桥接成员由代理模块和转换模块组成，其中代理模块能够将本地系统数据传递到另一侧，将其他系统信息转交为本地系统，并为转换模块提供服务。转换模块主要完成异构系统双方数据格式、坐标变换、关键帧翻译等内容。

4 作战试验鉴定系统体系结构

虚拟蓝军体系结构除了可以完成虚拟蓝军建设任务，还可以实现导弹武器装备作战试验鉴定体系结构设计任务。试验方案包括红方、蓝方和白方，其中蓝方由三艘水面舰艇组成水面舰艇编队，红方由导弹武器装备体系实装构成，白方完成作战试验想定生成、方案部署、参演方控制和毁伤分析评估等任务。

4.1 力量编成

蓝方由三艘水面舰艇A、B、C组成，其中水面舰艇A为旗舰。每一艘水面舰艇中指控实现舰艇平台指挥调度；武控主要操管各导弹；导航系统输出水面舰艇位置姿态等信息；虚拟对抗完成干扰模拟；雷达系统搜索探测目标；毁伤评估系统主要对整个系统作战效果进行分析，为指战员战术运用提供数据支撑。联邦成员模拟导弹水面舰艇及其设备的被打击行为。红方主要是导弹武器装备体系实装，具体包括数字导弹、武控系统、垂直发射系统、雷达系统和导航系统等。白方主要是包括方案设计、兵力部署、实时导调控制、查看战场态势和作战试验鉴定毁伤分析与评估等。

4.2 作战试验鉴定系统体系结构

在充分考虑红、白、蓝三方兵力情况下，实现的作战试验系统体系结构如图4所示。

图4 作战试验系统体系结构

蓝方由三艘水面舰艇组成编队，水面舰艇各子系统与水面舰艇间均通过层次化服务引擎与通信网络互连。红方实时数字导弹系统通过仿真引擎与网络连接，而导弹武器装备体系通过桥接成员与其他系统互联。白方方案设计、兵力部署、实时导调控制毁伤分析与评估等功能分别通过仿真引擎实现战场信息共享与态势管控。

基于层次化服务的CGF体系结构能够较好地实现异构系统互联、联合试验方案编辑、方案部署、实体控制和毁伤评估等，对复杂逼真战场环境构建提供了技术支撑，有利于作战试验内容开展。

5 结 语

为了建立复杂逼真敌我双方战场态势，设计了基于层次化服务的虚拟蓝军体系结构。该体系结构能够满足CGF体系结构设计的系统层次化、功能重用性、多系统互联和跨平台兼容等要求，能够实现虚拟蓝军水面舰艇间信息交互、多系统互联和跨平台互联等，为在真实作战环境下开展作战试验提供了技术支撑。

[1] 赵继广,柯宏发,康丽华,等.武器装备作战试验发展与研究现状分析[J].装备学院学报,2015,26(4):113-119.

[2] 林木,李一,孙晓峰.导弹武器靶场开展作战试验的思考[J].装备学院学报,2015,26(2):119-122.

[3] 汪建国.靶场导弹武器装备作战试验条件建设[J].国防科技,2016,37(1):114-118.

[4] 李博,谭志强,贾宁宁.装备作战试验关键问题研究[J].国防科技,2014,35(4):76-80.

[5] 王亮.武器装备作战试验指标的基本概念与内涵研究[J].装备学院学报,2015,26(3):121-125.

[6] 温玮,黄晓东,杨瑞平,等.计算机生成兵力仿真引擎HYCGF的研究[J].火力与指挥控制,2014,39(7):128-132.

[7] 杨雪生.仿真战例支撑环境设计研究[J].军事运筹与系统工程,2013,27(2):61-65.

[8] 初军田,吴振峰,芮平亮,等.军事信息系统体系结构技术研究与应用思考[J].火力与指挥控制,2014,39(12):10-15.

[9] 廖建,彭健,赵雯,等.虚拟试验体系结构研究[J].计算机仿真,2014,31(7):408-411.

[10] 杨瑞平,高国华,张立勤.计算机生成兵力[M].2版.北京:国防工业出版社,2013:6-15.