面向教学训练的水面舰艇对抗演练与评估柔性仿真系统设计

宋 元 张 莉

海军大连舰艇学院 辽宁大连 116018

随着新军事革命带来的军事领域武器装备、军事理论和组织体制等一系列的根本变革，未来海战将呈现出高强度智能化、作战空间立体化的特点。以大中型水面舰艇为核心的海上作战编队从传统的“以平台为中心”发展到“以C4ISR系统为中心”，整个海上作战编队拥有海空一体、大纵深、多层次的综合攻防能力。这些变化对开展信息化条件下面向教学训练的水面舰艇对抗演练与评估实验提出了更新更高的要求。

1 面向教学训练的水面舰艇对抗演练与评估仿真系统需求分析

面向教学训练构建实验环境不是一个孤立的系统。在体系结构上，应尽可能实现与内部实物/半实物仿真训练模拟器、教学装备以及训练信息系统的互联；在技术架构上，应依托相关军事理论并综合运用现代信息技术、计算机技术、网络技术、虚拟现实技术等；在功能目标上，为营造出一个逼真的实战环境，应该能对海上单舰队/编队作战问题、未来作战环境中的新思想新战法进行研究和评估，对人员在虚拟实战环境下的作战行动进行研究和评估。因此，这样的系统既要具有适应作战环境、作战理论、作战对手变化的能力，又要求其本身具有体系结构、功能组成可调可变的能力[1]。从这个角度来说，面向教学训练所构建的水面舰艇对抗演练与评估仿真实验环境是一个柔性系统。

根据上述需求背景，系统应实现以下三方面的建设目标。

1.1 多层次的作战指挥技术训练

系统通过构建逼真的、虚拟的作战环境，模拟未来海上作战中可能出现的各种作战情况，对相关人员进行作战指挥技术训练，包括指挥训练、装备操作训练，满足海军水面舰艇初中级指挥员指挥训练、技术训练的需求，提高单舰、编队指挥组织、方案制订、作战决策及协同能力。

1.2 多角度的战法验证与作战方案评估

在特定的阶段，敌对双(多)方海上舰艇编队的训练水平、武器装备战技性能有差别是客观的，但是能够最大限度地发挥它们的作用，还在于对它们的运用方式是否合理高效。通过该系统，利用仿真实验手段来验证战法和武器装备的运用，包括作战参数分析、作战资源配置和作战行动优化分析、作战方案分析论证等，发现其中的缺陷和不足，实现战法、训法的检验与研究。

1.3 多维度的科研学术和人才培养

可以通过各种手段模拟复杂多样的作战环境、各种海军舰艇作战装备，提供近似实际海上作战的仿真环境，可作为培养高层此次人才的重要平台，实现作战过程的反复研究，实现实战环境下主战装备作战能力的作战效能评估，优化现有海上编队编制编成和作战流程及方案，提升科研学术和人才培养水平。

2 水面舰艇对抗演练与评估柔性仿真系统特性分析

2.1 突出以C4ISR为核心的构造型综合仿真应用

基于水面舰艇海上作战的多样性，系统应覆盖水面舰艇(含编队)防空作战、对海作战、水下作战和信息作战等作战领域，具有不同层次粒度的模型体系，并采用基于随机事件统计分析的蒙特卡洛方法，能进行以典型编队战役、战术以及战役与战术相结合的兵力与兵力之间的对抗仿真，适用于信息化条件下水面舰艇(编队)作战计划分析评估、演习与演练、情报分析应用研究等任务。为此，系统应具有基于事件推进的高效仿真引擎，并形成以C4ISR为核心的构造型仿真应用。

2.2 采用面向对象的体系结构建模方法

系统面向以大中型水面舰艇为核心的海上编队，应重点对作战指挥控制、作战方案、任务方案、通信方案、电磁辐射控制方案、数据融合、电子干扰等信息系统进行建模，从而构建以信息系统为核心的作战仿真模型体系，用于敌友关系灵活设置的红、蓝、白等多方对抗仿真模拟。为实现从单舰到编队等不同规模海上作战仿真，其所支持的仿真规模应从战术级行动到战役级作战，仿真的作战时间可持续几小时到几十天，仿真实体数可达上千个。根据这一需求，该系统应采用面向对象的体系结构建模方法[2]。

2.3 提供一个复杂的仿真与集成环境

在仿真方面，系统需要模拟海战中大量的武器装备、作战单元、战场自然环境和作战事件，辅助以网络管理、人机交互、环境渲染、行为生成、系统监控等多个部分。在系统集成方面，系统必须提供多种接入接口或数据网关，并由接口系统管理，允许实兵实装、实物与半实物系统、构造仿真系统在遵循统一约定的前提下接入，实现互联互通互操作，用于开展更大规模、更高精度或特定目的的海军编队作战实验。因此，该系统实质需构建一个复杂的仿真和集成环境[3，4]。

3 水面舰艇对抗演练与评估柔性仿真系统的构建及应用

3.1 逻辑架构设计

水面舰艇对抗演练与评估柔性仿真系统的逻辑架构可分为四层，从底至上依次为硬件层、资源层、服务层、系统应用层(如图1所示)。

3.1.1 硬件层

硬件层提供支撑水面舰艇对抗演练与评估仿真试验规划、运行支撑、实验管理、分析评估和仿真应用的所有物理设备设施环境，主要包括TCP/IP网络、存储设备、外围设备等。

3.1.2 资源层

资源层包括各种仿真实验资源，如兵力编制数据、作战编成或编组数据、兵力能力数据、固定目标数据、移动目标数据、舰船性能、武器性能、地理信息数据、海文数据、作战任务与行动数据、台式数据、实体状态信息、实体交互信息、各种环境改变信息等。这些数据可分为两大类—输入数据和输出数据。

3.1.3 服务层

服务层主要由软件服务工具或构件组成，是构成应用系统的基本要素，可通过共享接口实现对资源层的使用和管理。服务层提供时间管理服务、事件调度服务、模型调度服务、计算裁决服务、数据采集服务、数据分发服务、存储备份服务、安全防护服务等等公共基础服务。

3.1.4 系统应用层

系统层是在体系服务架构基础上由服务构件通过组合而形成的具有特定实验功能的各类实验系统集合，包括模型组件开发、作战想定编辑、仿真实验运行等工具，提供仿真资源开发、想定编辑、实验设计仿真引擎、运行控制、运行监控、态势显示、时间同步、DDS接入等功能，同时也包括指挥训练、技术训练、战法研究、效能评估等工具，具备对初中级指挥员的指挥训练、技术训练、教职员工依托仿真实验平台进行战法研究等，同时可对各种仿真研究进行定性和定量分析评估；同时提供基于DDS的服务，实现实物或半实物模拟仿真器的互通、互联、互操作。

图1 系统逻辑架构

3.2 实现形式

系统建设按照标准化、模块化、分步滚动发展的思路，充分利用作战仿真的成熟技术，采用面向对象的建模思路和组件化建模方法，以可扩展的开放式架构构建集成计算机仿真系统、实物/半实物仿真模拟器为一体的指挥作战仿真系统。系统建设可分为3个阶段。第一阶段，构建以海军武器装备模型为主的海军水面舰艇(编队)对抗演练仿真平台，通过建立海军联合作战、编队作战所需的仿真组件模型体系和仿真实体模型体系，实现基于信息对抗条件下的红蓝白多方海上作战力量对抗。第二阶段，以海军水面舰艇(编队)对抗演练仿真平台为核心，以海军联合作战、编队作战所需的仿真组件模型体系和仿真实体模型体系为基础，进行各种联合作战、编队作战模型的开发，提供一个作战力量规划、战法研究、作战方案研究评估的仿真实验环境，为海军联合作战、编队作战的兵力编配及优化、装备使用研制等工作提供定性和定量的分析研究环境。第三阶段，通过研制相应的软硬件接口中间件实现系统与内部其他仿真实验室、实物/半实物仿真模拟器的互通互联，实现受训学员技术训练的目的，同时可有效促进海军水面舰艇实物/半实物仿真模拟器研发。

3.3 系统应用方式

该系统以单平台为基础，在对抗或单方作战背景下，采用单平台或多平台协同训练方式，进行作战态势分析、作战方案制订、组织指挥兵力行动、作战效果评估等方面训练，可达到相关班次人才培养方案和考核大纲的要求。能够熟悉水面舰艇遂行对空、对海、对潜等作战过程各环节的组织实施方法，提高单舰指挥员组织指挥、制订方案、作战决策及作战协同能力。可通过系统提供的支撑环境进行战法、训法检验与研究。通过协同交互想定推进机制，可对其它实物半实物仿真训练系统和信息系统进行效能评估，并可实现人在回路的想定过程推演与评估。

教学训练条件下部署结构如图2所示，即基于网络分布式的“教学对抗训练”部署方式，最大可同时提供60个以上客户端通过网络按照红方、蓝方、观摩方、导调裁判席位分别接入仿真平台，导调裁判一般由授课教员担任。教学对抗席位通过“人在回路”客户端基于“数据分发服务(DDS)”接入网络，实现基于“人在回路”实时数据交互仿真对抗训练。

图2 教学训练部署图

根据该部署方式，各客户端按照编队作战不同角色进行控制，教师席位可进行想定制作、科目设置、对抗评估等，红方、蓝方席位分别模拟舰艇指挥、通信指挥、反潜指挥等，白方主要可进行态势展示、进程演示等(如图3所示)。

图3 教学训练部署角色区分图

4 结语

本文着眼未来海战的特点并结合开展水面舰艇作战实验的教学训练需求，提出了构建水面舰艇对抗演练与评估柔性仿真系统的建设思路和框架，分析了系统特性及逻辑架构设计、实现形式和应用方式，从教学训练角度为开展水面舰艇作战实验条件建设提供了一种开放性设计思路。