美军LVC建设梳理及对我军仿真建设的启发

◎复杂航空系统仿真重点实验室 周进登 宋健

◎中国航天系统科学与工程研究院 刘影 张泽奇

一、引言

LVC（ Live - Virtual -Construction）是指将现实装备、模拟器和计算机生成兵力系统联网集成，构建一个能在实兵、仿真兵力及虚拟战场之间进行互操作的集成环境，实现完成涵盖单兵-系统- 体系三个层次的仿真任务，并用来进行作战训练、战术协同、制定作战计划、评估作战情况、辅助装备开发测试等。

随着体系对抗成为未来战争模式选择的必然，如何应对体系对抗训练所需要的更复杂、更真实的训练场景是各国军队包括美军在内所要面临的直接问题，如何实现有效的、低成本的、快速的训练也就自然而然的成为摆在各国军队领导者面前必须要考虑的问题之一。同时，随着体系对抗的深入发展，武器装备的研制和测试是否真正适应未来体系对抗要求是一个非常难以回答的问题，急需新的研制思路和测试方法，以便真正生产出符合未来作战需求的军事装备。美军还面临急需马上解决的问题，一是训练预算紧缩，导致很多实装飞行训练不能开展，训练不足的问题普遍存在；二是受训手段条件限制，训练场景不能反映真实战场情况；三是支撑体系作战的关键装备功能越来越复杂，传统测试不能真实反映装备体系贡献度，测试成本和难度越来越大。在如何解决目前存在问题时，美军提出了要通过创建统一的“真实-虚拟-构造”集成框架，即LVC-IA（Live-Virtual-Construction-Integrated Architecture），来满足体系对抗日益增长的高成本、高难度和高复杂度。美军如何在已有的基础上实现LVC，从而真正达到1+1＞2 的效果是美军真正需要面临的问题。

二、LVC 的特点

LVC 不是简单三域的结合，而是三域深度融合后形成的体系闭环。在继承各域优点的同时，尽量避免或改进了各域存在的矛盾问题，并在融合后形成了自身独特的优势，其不仅提高了训练质量、增强科目多样性、降低装备损耗和维护成本，同时建立了一个更高的威胁密度、更广阔的虚拟空间和安全的互操作性环境，这使得飞行员可以使用先进的传感器和武器系统在最高的逼真度环境中进行“战斗训练”，帮助他们发现各种错误。同时，也将测试验证已有装备和未来装备在实战环境下的体系贡献率。

创建LVC 更多是增强已有资源可互用性、可集成性以及可组合性，并进行整合，从而形成一套完整的体系架构，因此其实施难度异常巨大，将面临数据冗余大、传送时延大、数据易丢失、传输所需带宽大、网络安全风险大、结构异常复杂等诸多问题。

三、美军构建LVC 的方式

LVC 建设是一个复杂系统工程问题，涉及人员、技术、组织和管理。从美军发布的技术路线图来看，核心是从问题入手，重点对现有装备、训练体系进行持续升级，解决现有不同仿真架构和网络协议之间的互操作性，同时依托一个强有力的管理机构监督已有框架和协议的发展，避免产生更多不利分支，并投入合理的经费引导不同框架和协议走向融合和统一。

（一）组织机构方面

在组织实施中，美空军空战司令部（AAC）是LVC 建设的主要责任部门，并协同与空军装备司令部（AFMC）共同发布需求。美空军空中机动司令部机组人员训练部是LVC 的政策制定和监督部门。美空军建模与仿真局（AFAMS）负责对接LVC 与作战训练设施（OTI）之间的政策/ 需求接口。最后，敏捷战斗系统（ACS）项目执行官（PEO）牵头将武器域、飞机域及美国空战中心的相关工作线合并到LVC 项目，同时负责LVC 基础设施的采购计划和执行，并负责与其他系统的集成。

（二）项目安排方面

在项目实施中，美军结合目前已经开展的项目，按照“L/LC”、“VC”及“LVC”三条线同步进行实施，如图1 所示。

在“L/LC”域中，为了加快国防高技术预研成果的转化应用，美军在2016-2018 年度重点支持了SLATE-ATD 项目，主要验证了美军现有战斗机和模拟器加入LVC 的能力，以评估SLATE 对于空战训练的技术可行性、作战适应性和经济承受能力。该项目已经在2018 年度的“红旗”军演中得到初步应用。同时，美军计划利用12 年的时间，从2016 年到2027 年，重点解决用于F-35 加入LVC 所需软硬件开发，并在F-35 block3f 状态中先期试验嵌入式训练（ET）为主的简化版LVC功能，并在未来block4.x/5 状态中进一步开发LVC 功能。此外，待定的项目中还有，在2020-2027 年择机建设用于LVC 环境的任务数据（MDS），2020-2028 年建设和升级试验场所需的LVC 硬件/ 软件并实现ERP 管理，同时继续优化和升级实时任务作战中心LMOC。

图1 美军LVC建设规划图

在“LVC”域中，美军在2016-2018 年度，重点发展基于SLATEATD 的空军作战部队高级实战训练（CAF ALOT）。待定项目中，计划在2019-2023 年开展LVC 基础建设，重点进行波形设计、P5 训练系统频率重新定位、防频谱冲突、规则分类、研究多个安全级别的网络协议、开发下一代威胁模拟系统（NGTS，联合仿真环境（Joint Simulation Environment，JSE）的一部分），并提高技术成熟度同时降低风险；在2021-2028 年中，开展F-35 LVC 能力的集成，使技术更成熟、风险持续降低。

在“VC” 域 中， 美 军 通 过 重点支持VTTC 建设 来发展“VC”。2016-2018 年 度， 美 军 支 持 了VTTC 第一阶段任务，主要是建设F-16、F-22 系列飞机的任务培训中心（MTC），并建设F-35 全任务模拟器（FMS），同时集成联合末端攻击引导员仿真系统（JTAC SIM）。在2018-2023 年度重点支持“VC”通用标准规范（SCARS）的开发、优化和部署。待定项目中，计划2024-2029 年度进行SCARS 的增量部署；2019-2020 年 度 开 展VTTC 第二阶段任务，融入全任务仿真，建设F-15C 和F-15 任务培训中心，建设机载报警控制系统运营中心（AWACS Ops）；2020-2024 年度开展VTTC第三阶段任务，进行跨作战域的整合（包含航空、航天、网络、陆地、海洋），建设基于LVC 的联合仿真环境（JSE）。

（三）关键技术方面

1、模拟器互联将会是实现LVC的关键所在

美军认为模拟器的标准化和网络化是美军建设LVC 重点考虑的方面。为此，美军于2017 年9 月发布了《2035 年前空军作战训练基础设施飞行计划》（简称为OTI），该计划中强调了合成环境集成实装的能力（Synthetic-To-Live Capability）和统一的模拟器架构（Common Architecture）。合成环境与实装集成就是LVC；统一的模拟器架构即模拟器通用架构要求和标准（Simulator Common Architecture Requirements&Standards，SCARS）。美空军部署全球范围的有超过50 种平台，超过2380 个训练设备，将如此之多的不同架构、不同类型设备进行互联将是一个巨大的工程（美军已于2019 年在内利斯空军基地将F22 和F35 模拟器进行了互联）。为此，美空军在2018 年12 月发布了SCARS 招标书，为期10年，合同金额高达9 亿美元，计划在2020 年签署首个SCARS 合同。

模拟器标准化还未完成前，美军为解决不同仿真框架之间的网络通信主要依靠建设分布式任务作战网络（Distributed Mission Operations Network，DMON）。同时，还需解决多级加密，以便允许不同安全级别的数据节点在训练期间进行交互，这是未来LVC 建设的重要推动因素。DMON 的建设主要由诺斯罗普·格鲁曼公司（Northrop Grumman）公司完成，中心点部署在分布式任务作战中心（DMOC），位于科特兰空军基地（Kirtland AFB），为解决不同仿真体系框架之间的互联（主要指上文提 到的DIS、HLA、ALSP、TENA、CTIA），DMON 的网关通过使用推算技术来调节网络流量，以减少状态更新的需要。同时，为解决多级加密，DMOC 推出了其“多级安全解决方案”（MLS），将用户、数据按不同的安全级别进行划分，严格控制网络访问，并建立了数据发布以及数据使用的严格规定。目前，该系统已经可以将美军的模拟器与北约盟国进行连接。

值得注意的是DMON 在商业网络上运行，好处是主网络的带宽可按需求调整，没有维护成本，美空军只为使用的带宽付费。但是，使用商业网络来承载作战仿真数据流量存在“一定的风险”。下一步，DMOC 将使用美军自建的全球信息栅格（Global Information Grid, GIG）来解决带宽和安全性问题。

2、嵌入式训练（ET）是实现简化版LVC 的重要途径

ET（Embedded training） 技 术将虚拟组件与真实飞行相结合，定制虚拟实体的行为和能力。在将虚拟实体集成到机载传感器后，飞行员可以按照装备的方式使用武器系统。ET无需复杂的LVC 组织保障训练，使用ET 的参与人员更少、资产使用少、成本更低。由于ET 在LVC 训练中包含了L 和C，因此它在该机器上实现了“真实”和“虚拟”的对抗模式，这是实现LVC 之前的关键部分。

（四）作战训练方面

LVC 技术已经用于美国军方的各项军事演习当中。“红旗”军演是美国太平洋空军司令部为美军进行的一系列野战训练演习，它提供联合空对空作战、空对面作战、拦截、近距离空中支援等训练内容。在2018 年的美军进行的全部红旗军演中都使用了LVC 技术，它通过使用分布式加密安全网络将百名模拟器飞行员和构建的数字兵力模型从全国各个基地连接到同一个战场环境中。

“北 方 利刃”（Northern Edge）是由美国太平洋司令部在阿拉斯加举行的军事演习。在这个军事演习项目中，LVC 的技术训练项目模拟远程轰炸机、预警机、指挥机等模拟器，以及计算机生成的武器系统，为友军和敌军部队有效提高了战斗场景的真实性。

“虚拟旗”（Virtual Flag）演习是美军将飞行模拟器组网进行训练的活动，由分布式任务作战中心（DMOC）负责，每年举行4 次，该演习是美军目前唯一的全谱系飞机的作战人员都能参与的重点演习，同时，美海军和海军陆战队的模拟器也陆续加入到了演习当中。2015 年，美军将采用实装对抗的“红旗”军演与“虚拟旗”军演相结合，传统的“红旗”军演区域只有3.8 万平方公里左右，加入了“虚拟旗”之后，虚拟的可用面积增加到了34 万平方公里。同时，参加演习的装备种类也更加齐全，参与演习的模拟器几乎覆盖了美军及其盟国的整个航空装备谱系，这些充分体现了LVC在作战训练中的巨大优势。

（五）重点基础设施

美军在建设LVC 时充分吸收了在建项目的优势，这其中即有装备层面的基础设施，也有成体系的实体组织，F-35 系列飞机仿真基础设施和VTTC 第三阶段任务中提到的JSE 就是此两种类型的代表。

F-35 系列飞机是美军未来体系作战环节中最核心的装备之一，美军通过建设F-35 全任务模拟器（FMS）及F-35 虚 拟 仿 真 模 型（Virtual Simulation，VSim）作为支撑美军研发、测试和训练的基础。除了传统的真机训练外，F-35 全任务模拟器（FMS）是F-35飞行员训练计划的最重要部分。随着飞机作战能力更强、任务系统复杂，美军在对高端作战飞机的训练已不再聚焦在基本飞行训练，而是更重视与实装相同OFP，达到面向作战任务训练的目的。未来通过融入DMON 从而接入到LVC，美军四代机的训练水平将达到一个全新的高度，而F35 FMS 也将成为LVC 中“V”域中最为重要的系统之一。

JSE 是美国防部测试F-35 任务系统的关键设施，JSE 正是美军在制定LVC 发展策略中“VC”域中VTTC 第三阶段重点发展的内容。美军对JSE 的初始作战能力（Initial Operational Capability，IOC）是：要有战区级的仿真能力，提供对上千种的红方、蓝方和中立方装备的联合仿真能力，包括：作战飞机及其武器、舰艇及其武器、综合防空系统、地空导弹、固定目标和机动目标、士兵、具备电子战攻防功能的设备等。还需要实现模拟天气和烟雾对可见光传感器和红外传感器的影响，以及大环境中的日夜交替现象。可以说JSE 的建设将为美军构建LVC 前进一大步。

四、结论

未来随着体系作战成为战场常态，如何构建实战化的体系作战训练环境，如何研制出具备高体系贡献率的装备将是我们必须面临的问题。通过美军LVC 建设方式方法以及过程可以得出以下几个结论：

1、LVC 是实现体系化作战训练最好的方式；

2、LVC 是未来验证装备体系贡献率最好的技术路径；

3、LVC 建设不是一蹴而就，而是在做好统一规划的同时对已有项目的不断演进；

4、LVC 建设需要一个强健的组织管理系统；

5、模型和实装同等重要，模型建设是LVC 中“C”域的核心；

6、模拟器不只是用来节约训练经费和加快训练进度，联网的模拟器将是LVC 中“V”域的核心，将在体系环境下发挥更重要的作用；

7、模拟器建设需要统一架构标准；

8、实装训练加入LVC 后将无线接近真实战场环境；

9、嵌入式训练系统建设是构建LVC 的现实有效途径；

10、梳理并解决当前存在的问题是开展LVC 建设的第一步。

尽管和美军相比，我们在很多领域不足甚至是空白，但从美军已经走过的路来看，我们也不必气馁，LVC建设更多是需要我们在明确好一个目标后，持之以恒、充分发挥团队的力量，一点一滴，一步一个脚印的去攻坚克难，而我们天然就有这样的优势，有这样的传统，制定好一个长远计划，统一认识，集中力量去办，相信未来的十年将会是仿真在我军体系建设的一个新高潮。