基于虚实一体的舰艇编队战术训练系统设计∗

王 苗 陈 奇 饶世钧

（海军大连舰艇学院信息系统系 大连 116018）

1 引言

美海军20世纪末即实现实兵训练、虚拟模拟与推演模拟三种训练方式结合在一起的虚实结合训练（LVC）。此类训练既可以体现实兵训练的真实性，又具备模拟训练的高效性和灵活性，有较好的训练效果和较高的效费比［1～3］。

现阶段各国海军都面临水面舰艇执行任务多，训练时间紧张，编队对抗训练次数少，现有的实装配套装备的模拟训练软件存在对抗性不足、训练相对固定独立等问题.如能借鉴美军LVC训练方式，运用虚实结合训练设计理论与工程方法，对舰艇进行实装软硬件嵌入式设计，可有效解决海上编队实兵对抗训练组织难度大、成本高、纯模拟训练逼真受限等编队海上对抗性训练难题［4～5］，实现水面舰艇训练效益的跨越式提升。

文献［6～7］中对能够实现这一功能目标的虚实一体舰艇编队战术训练系统进行了需求分析和初步构建，这里在前期构建的体系架构基础上，对系统内部各部分的软、硬件组成及数据交互进行进一步的研究。

2 系统设计

为更好依托实装开展虚实结合的水面舰艇编队海上对抗训练，需要对舰艇作战系统进行升级改造，实现虚拟兵力部分相关的战场电磁环境、兵力与兵器实体等仿真生成与实装注入；具备虚实一体化管控的作战时钟推进、战场态势生成、战果裁决、采集评估等功能的综合训练导调控制［8～9］。

因此，设计如图1所示的由编队导调控制系统、综合态势模拟系统和综合训练网络三部分组成的水面舰艇编队战术训练系统。

图1 编队战术训练系统组成

2.1 编队导调控制系统设计

编队导调控制系统，是组织参训舰艇进行虚实结合训练的核心。训练中，它既扮演导调控制的角色，又是虚实兵力交互的仿真平台，实际运用中部署于组训编队舰所载的编队模拟综合导控评估设备中。在准备阶段，其根据训练内容，设置作战想定、加载战场环境与生成虚拟兵力，训练过程中，通过内部数据收发管理设备完成与各参训舰艇之间的数据交互，实现对训练过程的导调控制，包括战场态势生成与发布、虚实交战过程一体化仿真、战果裁决等功能，还能实现训练监控、数据采集与评估、记录与回放训练管理功能。

根据任务功能，该系统主要由计算机仿真子系统、综合态势显示子系统、导调控制子系统、数据库子系统、代理管理子系统、训练监控与裁决子系统和训练评估子系统七个部分组成，其软件功能如图2所示。

图2 编队导调控制系统软件组成

2.2 综合态势模拟系统设计

综合态势模拟主要是针对于参训舰艇而言的，训练中如何有效地让参训舰艇感知到战场各虚实兵力态势的变化是提高训练逼真度的关键。在这里可以采用以下两种方式，一是通过在舰艇内部嵌入模块终端来完成训练目标信号的生成与注入，实现参训舰艇对战场各兵力态势的感知。二是在外部通过半实物仿真，利用有人/无人等平台携带便携式载荷进行目标信号的模拟。根据模拟的方式，我们将综合态势模拟系统分为舰艇嵌入式训练系统和半实物仿真系统两部分［10］。

1）舰艇嵌入式训练系统

舰艇嵌入式训练系统，主要由虚实交互控制终端、传感器嵌入式终端、武器系统嵌入式终端以及导航仿真系统组成，组成结构如图3所示。

图3 舰艇嵌入式训练系统组成

通过对水面舰艇进行模块终端嵌入，使其既可以与编队导调控制系统进行数据交互，又能驱动嵌入传感器系统、武器系统内部的模块终端和导航仿真系统，完成对目标的感知、打击与地理环境的模拟，实现带动不同战位参与复杂环境下的编队对抗训练。它是参训舰艇实现虚实结合训练的重要基础。

（1）虚实交互控制终端

虚实交互控制终端主要包括仿真计算机、虚实融合终端、操控台三部分。它是驱动参训舰艇传感器（嵌入终端）系统、软硬武器（嵌入终端）系统、导航仿真系统产生作用的重要部分，是参训舰艇进行虚实结合训练的关键。

舰载仿真计算机根据编队导调控制系统内的虚实交互情况，接收相关导调控制信息、交互裁决信息以及其他训练信息，对编队训练过程本舰面临的情况进行仿真，仿真数据指令激励各嵌入在传感器系统内部的模块终端，驱动传感器系统、软硬武器系统以及导航仿真系统产生和真实作战情况相同的效果，从而带动所有战位进行训练。虚实融合终端利用内部的数据接收、信息采集与中间件等模块，实现与编队导调控制系统的数据交互功能。操控台则主要是用于显示、编辑训练信息，对训练过程进行管理控制，该设备主要是在单舰虚实结合训练中使用。

（2）传感器嵌入式终端

传感器嵌入式终端是指嵌入到各传感器系统显示与战术处理显控台之前的模块设备，其按照实装传感器信息处理机柜与显控机柜报文约定，接收由导调控制系统模拟产生的实体仿真信息，在后端进行目标信号的模拟。通过在实装传感器设备界面的显示，实现传感器对目标的感知。传感器嵌入式终端主要包括雷达嵌入模块、电子战嵌入模块、红外/光电嵌入模块以及声纳嵌入模块等部分。

（3）武器系统嵌入式终端

武器系统嵌入式终端，是指嵌入到软硬武器系统内部的各终端模块，通过接收武器系统武器发射、干扰弹发射等操控命令，模拟不同时刻软硬武器的使用情况（如箔条干扰、导弹发射、弹药数量减少等情况），进行软硬武器系统使用效果的模拟，使得整个训练更加真实。

（4）导航仿真系统

在海上训练过程中，一般情况下，可以直接依托当前真实的海域位置和海况信息。但是针对特殊海域的演习，或者是参训舰艇在驻泊地或者锚泊地时，则需要使用导航仿真系统对舰艇的位置、航向、航速等信息进行模拟仿真，以满足不同情况下的训练要求。

系统软件功能主要包括以下三个部分，即可实现训练仿真功能、实现训练过程管理控制功能和实现与编队导调控制系统交互功能。各软件功能如图4所示。

图4 舰艇嵌入式训练系统内部功能

2）半实物仿真系统

半实物仿真系统主要是指从舰艇外部对目标信号进行半实物仿真。通常主要是通过有人/无人等平台携带各种便携式载荷对目标信号、复杂电磁环境进行模拟，使得训练环境更加真实。

2.3 综合训练网络

综合训练网络主要是为训练中数据信息的交互提供传输通道。由无线通信网络和舰艇内部以太网两部分组成。

海上无线通信网络主要是用于编队训练中各参训舰艇之间、参训舰艇与组训舰艇之间进行数据信息传输。通常传输的数据信息包括作战指挥信息、导调控制信息、兵力交战信息三部分［11～12］。作战指挥信息主要是指参训舰艇（实兵）之间进行的指挥类信息，它是训练中编队指挥员指挥兵力进行作战的集中体现。导调控制信息主要是指训练过程中导演部对训练情况的导调干预信息，主要用于导演部对训练进行过程导调、控制和监控，从而能够实现作战场景的改变，突发情况的设置以及作战难度的调整，进一步掌控训练、丰富内容、提升效果。兵力交战信息则主要是指在联邦虚拟空间中虚实兵力的交互情况，主要包括实体状态信息和行为信息，状态信息主要包括各个兵力的实时速度、位置、战斗力、任务、受损等信息；行为信息主要是指兵力在战斗中实施的某一具体动作，主要包括机动行为、软、硬武器对抗行为、通信行为以及其他的舰艇动作行为。

舰艇内部以太网主要是指在舰艇内部保障训练数据传输的通道。它是舰艇内部虚实交互控制终端、各传感器（嵌入式终端）系统、武器（嵌入式终端）系统、导航仿真系统、通信系统和指挥控制系统等设备数据交互的重要保障，虚实交互控制终端可利用该网络驱动嵌入各实装的模块终端，实现带动全舰各战位进行协同训练的功能。

3 结语

针对水面舰艇执行任务多、编队对抗训练次数少、计算机仿真训练逼真度较低等问题，通过借鉴美军LVC虚实结合训练的优势经验，采用系统工程方法，构建基于虚实一体的舰艇编队战术训练系统，对训练系统的硬件组成、软件功能以及数据交互进行了设计，明确了虚实训练工程实现的逻辑架构，在功能上能够实现带动多艘舰艇（实兵）参与虚实结合下的编队训练，可用于支撑后续详细技术设计与工程实现，并可为其他虚实结合训练系统的构建提供借鉴。