美军主要仿真系统及其对现代战争的影响

黄其旺，朱 旭

(军事科学院评估论证研究中心，北京 100091)

1 引言

21世纪以来，随着科学技术的飞速发展以及新型高科技在现代化武器装备体系中的应用，现代战争也随之进入了信息化时代，近年来伴随人工智能、机器学习以及大数据等智能化技术的迅猛发展，现代战争将要迈入智能化的时代[1]。信息化战争或者智能化战争的实质是对抗双方或者多方作战体系之间的对抗，仿真推演系统可以综合多种武器装备体系和各种战术运用，是一种适合复杂战场环境下武器装备体系对抗的经济而有效的技术手段，具有其它技术无法替代的重要作用[2]。对战争的模拟历来是人们研究战争的重要手段与方法。从战争模拟发展历史来看，从手工兵棋到计算机模拟，对战争进行模拟推演的脚步从来没有停滞过[3]。

随着仿真技术在科技进步和社会发展中的作用愈来愈显重要，特别是军事科学，随着高、精、尖武器系统的研制和发展，对军用仿真技术的应用和研究提出了更高的要求。美军一直将仿真推演系统列为建模与仿真技术研究与应用的重点，其在仿真推演系统研究过程中所产生的标准已成为世界各国开发作战仿真系统的蓝本和基础[4]。目前，美国已将仿真推演系统作为作战研究、军事训练、新型武器系统采办和推动军事革命的首选工具，这也是美军始终保持军事强国地位的重要因素之一。同时，其在作战问题研究、新一代武器系统的研制和军事训练演习过程中不断完善仿真推演方法，改进仿真推演手段，以提高研究、研制和训练演习的综合效益。军用仿真技术在新型作战概念和作战样式创新、验证，武器系统战技指标论证、方案选择、研制、试验、鉴定，以及部队维护保养和训练演习中的应用，已得到研制方和使用部队的承认和重视。仿真推演系统对加快作战概念更新周期，提高新一代武器系统综合性能，减少系统实物试验次数、缩短研制周期，节省研制经费，提高维护水平，延长寿命周期，强化部队训练等方面都具有非常重要的作用。

2 仿真推演技术发展历程

仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一种综合性技术。它综合集成了计算机、网络技术、图形图像技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识[5]。仿真技术是一门利用计算机并通过建立模型进行科学实验的技术。它具有经济、可靠、实用、安全、灵活、可多次重复使用的优点，已成为对系统进行分析、设计、试验和评估的有效方法。军事仿真是指所有应用于军事目的的仿真，它可以有多种仿真类型，可以采用多种仿真技术，可以应用于多种军事场所，可以实现多种军事目的，可以采取多种评估方法。仿真技术在军事领域的广泛应用，具有十分广阔的发展前景。军事仿真包括武器技术仿真、武器系统仿真以及作战仿真等，已经在军队训练、武器装备研制、作战指挥和规划计划等方面发挥重要作用，成为国防领域的一项关键技术[6]。随着计算机技术和信息技术的发展，军事建模与仿真备受各国军方的重视，美国已把建模与仿真看作是“兵力和经费的倍增器”，是“五角大楼处理事务的核心方法中的一种战略性技术”，经过几十年的持续投入，在建模与仿真领域处于世界领先水平，基本上代表了该领域的发展方向[7]。军事建模与仿真技术的发展主要经历了以下三个时期。

2.1 传统建模理论为代表的分析模型

传统的建模理论方法一般将作战中的武器装备及其系统性能按照一定的算法进行参数化处理，最后得到可比较的数值用于表示武器装备效能，然后用概率论的相关理论对武器装备体系在战争中的作战效能进行分析和预测。传统的建模理论方法的优点是可操作性强，方便实用，缺点是参数转化、概率生成的标准难以确定、随意性较大，无法体现协作、合同的效能。

2.2 分布式交互技术为代表的多层次联邦模型

美军在二十世纪八、九十年代构建了类型众多的仿真模型，这些模型可分为工程级、系统级、战术级、战役级以及战略级等不同层次，在建立之初这些模型不能相互交互，但是随着军事需求和技术的不断发展，单个武器系统的仿真已远远不能满足美军武器装备体系发展和部队作战、训练的需要。1996年8月，美国国防部正式颁布了针对建模仿真领域的通用技术框架—高层体系结构HLA(High Level Architecture)，基于HLA的分布式仿真体系能够通过创建一个仿真联邦，将各个仿真成员自由地加入作战仿真联邦中，应用RTI进行各个仿真成员之间的对抗和信息交互。

2.3 C4ISR建模为核心的集成建模与仿真技术

高新技术的发展对作战理论、军事装备和作战方法等方面带来了巨大的影响。在新的作战理论方面，出现了“由海向陆”、“非对称作战”、“网络中心战”、“火力圈外打击”、“空海一体战”、“分布式打击”、“蜂群作战”、“多域战”等一系列新的概念。这些新的作战概念对军用建模与仿真领域产生了重大而深远的影响。

美国海军负责的NSS是“以C4ISR为核心建模”的仿真系统，能够有效的评价C4ISR系统对武器装备作战效能以及战局的影响。兰德公司开发的SEAS(System Effectiveness Analysis Simulation)同样是“以C4ISR为核心”的仿真系统，该系统在仿真结构上采用了集中服务式的仿真体系结构，并通过闭环蒙特卡洛随机仿真来统计分析网络信息技术对作战效能的影响。“以信息系统为核心建模”已成为对抗仿真系统的主要特征。大数据、云计算以及人工智能相关技术在仿真系统中的应用越来越广泛，逐步形成了“建模仿真即服务”(MSaaS)的概念。

图1 美军建模仿真发展路线图

3 美军典型仿真推演系统

3.1 兵力结构效能仿真系统(4ACES)

4ACES(Force Architecture Capabilities Effectiveness Simulation)最初是由Mertron公司为美海军专门设计开发的建模仿真分析系统，由NSS(Naval Simulation System，海军仿真系统)发展而来，主要是对海空作战进行仿真分析[8]。

4ACES能够较好地实现对C4ISR实体功能及其组织管理关系的建模，支持对从维护和平与人道主义援助、小规模地区冲突到战区作战行动的模拟仿真。系统可根据具体需求灵活设置红、蓝、绿等多个作战方，具备对典型的空、天、海上作战行动的仿真能力，系统具有对武器装备、通信设备、传感器、信息融合以及后勤等进行多分辨率建模的能力，可以根据研究问题的使用需求选择合适的模型分辨率，增强了仿真结果的可信性以及系统运用的灵活性。

3.2 扩展防空仿真系统(EADSIM)

EADSIM(Extended Air Defense Simulation)是一个主要用于防空作战分析的仿真系统，同时能在一定程度上支持作战指挥训练以及作战规划。EADSIM支持的作战领域包括空战、导弹战、空间战等，系统建模粒度可细化到武器平台层次，如单枚导弹、单架战机等，同时能够对平台上的C4ISR设备进行详细建模[9]。

EADSIM采用结构化仿真和事件驱动/时间步进机制，建立了防空C3I系统指挥作战过程所涉及的一系列模型，包括防空作战、空战模型、通信模型、电子战模型和地形模型等。EADSIM主要应用于分析评估防空C3I系统的作战效能及各种指挥控制功能，适用于作战力量分析、作战方案和系统运行过程的研究。

3.3 战区联合作战模拟系统(JTLS)

JTLS(Joint Theater Level Simulation)是一套由计算机仿真陆、海、空、天、电等作战环境，支持红、蓝对抗模拟的军事训练系统。这套系统是美军、北约及其它东亚十三个盟国现行使用的联合作战计算机兵棋系统，它最多可以模拟十国间战区领导阶层的联合作战。JTLS的原本设计是一套兵力、战场分析工具，用来进行联合及混合作战计划的模拟，但也经常当成训练各军种指挥官的作战演习训练系统使用。

JTLS拥有与美军若干实际C4ISR系统的接口，因此在训练与演习过程中，可以实现仿真系统与实际系统的联合[10]。在每年一次的美日“尖刃”联合军事演习和美泰“金色眼镜蛇”联合军事演习中，JTLS均发挥着积极作用[11]。台军也利用该系统举行了多次“汉光兵棋推演”，提高部队的联合作战能力[12]。

3.4 美军联合作战仿真系统(JWARS)

JWARS是一个战役级的军事仿真系统，由美国国防部长办公室主持签约开发。它的用户包括美国国防部长办公室、联合参谋部、后勤部和美军作战司令部。JWARS能为以上用户提供联合作战仿真，包括作战计划与实施、兵力评估研究、系统采办分析及概念与条令开发。在JWARS中，以战场空间实体(Battle Space Entity，BSE)作为模型来描述作战部队和战场环境，战场环境的实体主要包括指挥所、机场、港口等[13]。作战部队实体的建模粒度，海军描述到单艘舰船、陆军描述到营一级、空军描述到飞行编队一级、情报侦察、探测感知和毁伤评估描述到单个平台一级。

3.5 半自动兵力仿真系统(OneSAF)

OneSAF(One Semi-Automated Forces)是一个可重组、新一代的计算机生成兵力(CGF)系统[13]。该系统可对单兵、单作战平台到营层次的作战行动、系统与控制过程进行仿真，对选定兵力单元作战行为建模至营层次、对指挥实体建模到旅层次。系统具有可变的仿真等级，以支持不同领域的模型与仿真。它能够精确、有效地描述部队的作战、勤务保障行动过程和指挥、控制、通信、计算机与情报流程，同时，也能较好地表现物理环境及其对仿真行为和活动的影响。

3.6 现代空海作战兵棋推演系统(CMANO)

CMANO(Command Modern Air/Naval Opreations)是2003年美军提出反拒止“空海一体战”的背景下，由原“鱼叉”(Harpoon)研发团队的人员设计实现的新一代作战推演系统[13]。重点聚焦各型武器装备平台、地海面、空中力量等不同作战单元之间的协同配合，完成多国、多方之间对战的推演仿真。CMANO分为军用版本和民用版本(游戏)，民用版本可以在网上自由购买，基本是市面上能买到最专业的军事推演软件。

3.7 体系效能分析仿真系统(SEAS)

SEAS(System Effectiveness Analysis Simulation)是美国空军研发的一款基于Agent的复杂作战体系仿真建模工具。该仿真推演软件面向联合作战条件下的体系对抗，将作战实体抽象为Agent对象，从作战兵力、作战单元、作战平台、探测设备、武器系统、通讯设备、作战实体自主决策行为以及影响作战实体的环境等多方面对信息化作战条件下的作战实体进行抽象，从决策行为开发、探测设备定义、武器系统定义、通讯设备定义、作战平台组合、作战单元组合和作战兵力规划、作战环境特征定义等方面支持装备体系的定义，并通过仿真运行支持装备体系的对抗仿真。SEAS代表了最新的分析仿真技术(或构造仿真技术)，提供了强有力的基于Agent的建模仿真环境，在模型框架中特别强调了空间和C4ISR系统的影响和作用，支持不同规模的联合作战想定分析，可以进行不同体系架构和作战行动的建模和仿真。

SEAS在模型框架中特别强调了空间和C4ISR系统的影响和作用，能够为系统工程师、军事行动研究人员和采办决策者提供了一个灵活的、快速探索新型作战能力的工具。SEAS代表了最新的分析仿真技术(或构造仿真技术)，提供了强有力的基于Agent的建模仿真环境，支持小规模到大规模的联合作战想定分析，可以进行不同体系设计、体系架构和作战行动概念(Concepts of Operation，CONOPs)探索和量化分析。

4 仿真推演对现代战争的影响分析

作战仿真依据用途大致分为三类：一类是分析类仿真，主要用于作战分析、战法研究等，通过仿真分析比较决策或方案在各种条件下的可能性，以得出较为可行的、比较优化的结果，比如作战方案的分析、推演和优化。典型案例有美国兰德公司“恐怖的海峡：台海危机的军事问题与美国的政策选择”。第二类是训练类仿真，主要用于各级指挥员、参谋人员及战斗人员的训练，通过营造一个逼真的战场环境来训练这些作战的参与者适应作战环境，体验战争的具体决策、指挥、作战或行动。典型案例有“美军千年挑战2000”系列演习。第三类是采办类仿真，主要用于武器发展战略规划论证以及武器装备概念或型号研制论证，通过仿真分析为武器装备的研制、采办、发展、运用和改进提供依据[14]。根据以上仿真推演的分类，其对现代战争的影响主要体现以下在三个方面。

4.1 促进作战概念、作战理论和作战样式的创新发展

针对具体的作战问题，识别需要分析的影响因子，设计相应的实验方案，利用仿真推演系统进行计算实验，通过观察和分析受控变量与观测结果的因果联系或关系，识别、开发、评估、提出新的作战概念和任务能力及条令、组织、训练、物资、领导、人员、设施的变革需求，依据对作战带来的影响和效果，为转型、改革、发展提供决策支持，尽快将新的理念、技术、能力形成部队实战能力，是仿真推演系统的重要发展趋势和应对未来挑战的重要手段。美军以往重要的作战和非战争军事行动都必须在事前经过大量的计算机仿真评估和优化迭代，以减少因作战方案和行动计划不当带来的损失，近年来的多场局部战争，包括伊拉克战争、阿富汗战争、南联盟战争等，都在战前进行了大量仿真推演和评估，有效地减少了作战伤亡，加速了作战胜利的进程。“由海向陆”“非对称作战”“网络中心战”“火力圈外打击”“空海一体战”“分布式打击”“蜂群作战”“多域战”等一系列新的作战概念的出现和逐步走向成熟都与推演仿真系统息息相关。

4.2 提升各级指挥员和战斗人员的指挥和作战能力

仿真推演系统可以在装备训练、业务训练和指挥训练三方面发挥训练作用，受训人员在虚拟环境中完成作战指挥、作战行动和装备操作，模拟训练在指挥、战术和单兵技能等方面都是不可或缺的重要的组成部分。现在以仿真推演系统为基础的模拟训练，正在向一体化的、联合作战的方向发展演进，通过“沉浸式”的模拟训练提升实际作战能力、应变能力以及快速决策的能力等。

4.3 优化新型武器装备的发展模式和运用方式

从美国国防部制定装备的发展战略、规划计划、采购部署到维修退役，美军大力推行基于仿真的采办，将仿真应用到装备建设的全生命周期。仿真推演系统通过支持装备体系的对抗仿真，进而可以通过作战结果分析不同装备体系在探测能力、通讯能力、毁伤能力以及指挥决策能力上的差别，为武器装备体系的发展和决策提供相对意义上的定量分析支持。仿真推演系统可以支持装备从发展规划、设计定型、研制生产到部署使用、维修保障的整个生命周期，通过仿真提高全生命周期的工作效率。

5 结论与启示

美军一直将仿真推演系统列为建模与仿真技术研究与应用的重点，其在仿真推演系统研究过程中所产生的标准已成为世界各国开发作战仿真系统的蓝本和基础。目前，美国已将仿真推演系统作为作战研究、军事训练、新型武器系统采办和推动军事革命的首选工具，这也是美军始终保持军事强国地位的重要因素之一[15]。我国是世界军事强国之一，经济总量也已经位居世界第二，经过多年的努力，在建模仿真技术和仿真推演系统的开发方面取得了很大的进步，但相较于美国还存在一些差距，主要存在烟囱式发展、平台建设不成体系、缺乏自主创新和广泛的应用等问题，针对这些问题可以从以下几个方面进行改进。

5.1 深化体系工程理论方法

体系工程是在系统工程的基础上发展而来的，是对系统工程的延伸和拓展。体系工程是对一个由现有或新开发系统组成的混合系统的能力进行设计、规划、开发、组织和集成的过程，这个过程比简单的对成员系统进行能力叠加要复杂的多，它强调通过发展和实现某种标准来推动成员系统间的互操作。建立体系工程过程是保证大型复杂系统建设的关键活动，在构建仿真推演系统上需要确定一组以时间为序的举措和活动，用以提高仿真推演系统各个组分之间的互操作能力，并降低开发过程中相关的技术和成本风险，同时改进开发期间各部门之间的交流与协作。因此，在仿真推演系统的总体规划和具体开发实现过程中都要引入体系工程的理论方法，避免烟囱式发展。

5.2 探索新型仿真推演模型体系

现有的仿真推演系统体系结构和模型规范都是学习美军的经验而来，缺乏自主创新和我军特色，为了适应我军作战和训练特点，需要加紧探索设计新型仿真推演模型体系，为打赢信息化和智能化战争添砖加瓦。因此，对于模型体系的研究要继续深入，特别是新技术标准体系下的系统体系结构和模型规范设计要一直持续下去。

5.3 注重仿真推演系统的应用

仿真推演系统的设计开发的重要性毋庸置疑，但是如果只开发不使用也无法发挥其重要作用，因此，在设计和开发的基础上要注重系统的应用培训，避免设计开发出来的系统只有开发人员能够使用。为了实现这一目标，一是要在设计开发的过程中充分与实际用户进行沟通交流，找准需求。二是要形成良好的培训机制，在开发设计的全过程要充分考虑针对不同用户的培训内容和方式方法。