联合仿真试验训练一体化平台设计

摘要：根据某型飞行器鉴定试验、模擬训练、联合演练的需求，设计完成了一体化的飞行器联合仿真试验训练平台，飞行器依托各自的平台，可与其它各型飞行器、舰艇、飞机、岸导等装备的平台联合完成攻防对抗、演习演练等训练内容。平台的架构也可以应用于其它型号武器系统的联合试验训练系统的设计中。

关键词：仿真;训练;一体化

中图分类号：E23   文献标识码：A  文章编号：1007-9416（2020）06-0000-00

1 背景

未来战争是信息化战争，考验的是联合作战能力[1]，在军事斗争准备过程中，一方面要通过实战化训练、联战联训，增强军兵种协同作战能力，培养高素质的军事人才;另一方面要加强实战化条件下的武器装备体系的作战能力试验。实战化训练要求的是全系统全要素的联合训练，武器装备的作战能力考核是需要在体系对抗的基础上进行的，这些都要求武器装备系统不能独立的出现在试验或训练中，武器装备系统在立项过程中就要考虑联合试验、实战化训练的相关事宜。演习演练是进行实战化训练、考核作战能力最有效的方式，但是其组织难度大、投入成本高，使其不能成为常态化的训练和考核手段。

本文根据实际需求，针对某型飞行器进行了联合仿真试验一体化平台的结构设计，将数字/半实物仿真系统、模拟训练系统等通过数据交互支撑平台与武器系统实装相联，进行虚实结合的性能鉴定试验、联合仿真试验、体系对抗试验以及实战化训练，以此来提高部队联合作战能力。

2 现状

目前美军的联合试验训练的各种标准已经比较完善，如：ADS（先进分布仿真）、HLA（高层体系结构）、TENA（试验与训练使能体系结构）等，各种训练系统、仿真系统和实装参与的联合试验系统也大规模投入使用[2]。

国内各相关部门也在联合打击、攻防对抗等仿真领域进行了不断的探索，但是各型号武器系统的联合仿真试验训练能力并不完善，原因主要有一下几点：（1）现有可用于联合试验训练的数字/半实物飞行器仿真系统的型号覆盖不全;（2）联合试验中，不同平台间数据交互所需的基础支撑架构还未能有统一的标准;（3）操作培训用的模拟训练系统与飞行器数字/半实物仿真系统之间的联合程度相对较低;（4）武器系统实装与飞行器数字/半实物仿真系统之间的联合试验训练还远未形成规模。

3 设计思路

本文对单型号飞行器系统的仿真试验训练平台进行了总体规划和设计，设定了典型使用方式，并对本平台与其它系统平台进行联合试验训练的模式进行了初步的探讨。

从实战或实战化训练的角度分析，一型飞行器从储运状态直至击中目标，需要经过很多步骤，其中主要包括：拆封、测试、封装、吊装、运输、装填、武器控制、航路规划、参数装订、发射、飞行、突防、命中等。除去吊装、运输、装填等相对通用的专业科目，其它环节的工作流程和内容都是每型飞行器所特有的，要完成相应步骤的训练任务，就要使用实装或者对应的仿真、模拟、训练系统来完成。

飞行器的拆封、测试、封装过程主要在飞行试验前的飞行器准备或地面维护工作中进行。由于实装训练存在成本高、风险大等问题，因此训练方式通常采用实物操作讲解、多媒体教学等方式，极大降低了训练覆盖度和训练效果。采用VR（虚拟现实）或AR（增强现实）等技术手段，建设飞行器测试训练系统，将能大幅提高训练水平并降低训练成本和风险。

武器控制、航路规划、参数装订、发射等过程是在武器装载平台上完成的，其武器控制软件基本都有训练模式，但是上岗前的培训不可能直接使用实装，而且该训练模式无法完成与其它系统的交互操作，不具备联合训练能力。建立一套与实装外形和功能都高度一致的模拟训练系统，使其不仅能够完成岗位人员的操管培训，还能够与飞行器飞行仿真系统、武器装载平台仿真系统、战场环境感知模拟系统等进行交互，完成装载平台级的训练任务。

飞行器仿真系统一直是系统仿真领域的研究热点，广泛应用于飞行器设计、性能测试、导航、制导与控制等系统的研发，已成为我国军事训练、高校院所教学与研究的重要方向[3]。真实飞行器的飞行、突防、命中等过程仅在性能试验、批检试验、演习演练等具有少量的子样，根本无法满足日益增长的联合试验、联合训练需求，而且飞行器的性能考核也离不开仿真试验，因此对应型号的数字/半实物仿真系统的建设是非常必要的。

为了更好地进行实兵实装训练，又出现了在实际战位上进行模拟训练、联合演练的需求，为了提高训练效果、降低训练消耗，可以将内场的仿真系统和模拟训练系统与外场实装进行联接，通过数据交互，完成虚实结合的打靶试验、联合演练等训练内容。

最后，各武器系统的试验训练平台不能只完成本型号的试验训练任务，还要能够与其它武器系统、武器系统装载平台、编队指挥、战场环境模拟、蓝军模拟等实装或仿真系统进行交互，完成联合打击、攻防对抗等试验训练内容。

4 总体方案

某型飞行器联合仿真试验训练一体化平台包括：飞行器测试VR训练系统、飞行器发射控制模拟训练系统、飞行器数字/半实物仿真系统、内外场联合试验训练模块和实战化联合试验训练模块。

4.1 飞行器测试VR训练系统

虚拟现实技术与常规的训练方式相比较，具有环境逼真，“身临其境”感强、场景多变、训练针对性强和安全经济、可控制性强等特点。这些特点能带来训练质和量的大幅提升，以及训练成本的大幅减少，已经广泛应用于各军兵种的单兵单装训练、作战指挥训练、战役战术训练等各个层次[4]。该系统主要包含试验测试训练和维护测试训练两种方式，试验测试训练系统侧重于各种飞行试验准备过程的岗位人员培训，维护测试训练则侧重于库存飞行器使用前的维护测试培训，前者的训练工作量相对大一些，但是核心的内容基本一致，都需要具备如下要素：（1）趋近于真实的三维模型;（2）单项操作规范及测试流程梳理;（3）单兵及协同训练手段;（4）训练考核及结果评估。

4.2 飞行器发射控制模拟训练系统

本系统主要用于操作手上岗培训和岗位人员训练，并兼顾联合仿真和联合训练功能，在实装无法参与的情况下，代替发射控制系统实装完成相应的动作、模拟相应的流程。模拟的主要内容包括：发射控制台、航路规划台、信息接口设备、供电设备、发射装置等，及其相应的软件。系统在单独使用情况下，还要有飞行器模拟硬件设备或者软件功能模块，用于模拟飞行器的自检、参数装订、发射等交互流程。系统的核心要求就是与实装的一致性，包括设备外形、图形界面、信息交互流程，如果有设备维护的训练需求，还要建立相应的线缆、执行结构等必要的硬件模拟设备以及故障模拟模块。通常情况下，装载平台上的指挥控制系统、导航系统、目标探测系统等的模拟也是必须的，但这部分只需要模拟与本训练系统相关的数据或语音交互部分。

4.3 飞行器数字/半实物仿真系统

飞行器系统的研制过程中必须进行一系列的指标考核试验，实装飞行试验是必不可少的环节，但是受制于组织难度大、试验成本高等问题，实装飞行试验的次数相对较少，而部分技战术指标的考核无法通过有限的实装飞行子样来完成。利用经过验证的全数字模型或部分核心器件进行的仿真试验，可以有效的弥补子样数不足的问题，辅助进行技术指标评定。当飞行器定型列装后，该数字/半实物仿真系统仍可以用于模拟训练、联合打击、攻防对抗、联合演练等应用场景。

4.3.1 数字仿真系统

数字仿真系统的核心在于飞行器数学模型，模型的置信度要通过相关的认证，而且要利用实飞数据进行模型的校验和修正。分布式数字仿真系统通常采用双网结构，需要强实时运行环境的节点连接反射内存，其它的辅助节点运行在以太网环境中，具体连接示意见图1。

全数字仿真系统可以调整运算周期，能够完成大规模的统计仿真。

4.3.2 半实物仿真系统

通常由飞行器的飞行控制计算机、导航、雷达、高度表、舵系统实物，以及转台、仿真控制计算机和各种模拟设备组成，具体连接形式参见图2。

仿真控制计算机负责仿真流程控制，以及控制目标模拟设备、高度模擬器、角度模拟器，并生成转台姿态控制信号和接收处理实物设备的各种反馈信号等。半实物仿真系统的优势是利用飞行器上的实物设备，得到的仿真数据更加趋近于飞行试验数据，但是它运行在实时模式下，仿真试验与实际飞行的时间基本相同，无法进行大规模的统计仿真。

4.4 内外场联合试验训练模块

主要用于将内场的仿真系统与外场的实装进行联接，完成虚实结合的打靶试验、联合演练等训练内容。内外场联合试验训练模块主要包括实装端接口设备、靶场现有通信设备及链路、仿真系统端的实装代理设备等。

利用内外场联合试验训练模块进行虚实结合的试验和训练时，有两种典型的工作模式。一种是在无实装飞行器时，通过实装发射控制系统进行飞行器的准备、航路规划、参数装订及发射训练，由数字/半实物仿真系统完成飞行器准备过程中的各种反馈以及飞行仿真计算;另一种是在飞行器实装飞行试验中，以飞行器装载平台目标感知系统探测到的实际目标为基础，由数字/半实物仿真系统的目标特性模拟设备生成多个虚拟的目标，发射前通过内外场联合试验训练模块注入实装发射控制等相关系统，发射后通过上行通信链路传送给飞行器实装，完成多目标选择等指标考核试验或演习任务，此工作模式需要飞行器上有虚拟目标接收设备配合[5]。

4.5 实战化联合试验训练模块

用于全系统全要素的试验和训练任务，完成联合打击、攻防对抗等演习演练任务。该模块将本型飞行器联合仿真试验训练一体化平台的其它分系统相联，共同构成本型飞行器节点，完成本型飞行器的所有模拟及仿真任务，通过实战化联合试验训练仿真支撑平台[6]，接入实战化试验训练体系;各个参与试验和训练的实装飞行器装载平台需要加装嵌入式训练模块，通过联合训练实装通信模块接入实战化试验训练体系;其它型号飞行器的一体化平台和独立的仿真或模拟训练系统也通过各自网关等设备接入实战化试验训练体系。实战化联合试验训练体系结构如图3所示。

随着联合仿真试验训练规模的增大，还需加入蓝军模拟系统、调度中心等重要组成部分。

5 结论

飞行器的联合试验仿真训练能力应该在型号立项开始时就着手准备，随着型号试验过程不断完善，与型号飞行器共同形成战斗力。目前该型飞行器仍处于试验阶段，发射控制模拟训练系统、数字仿真系统、内外场联合试验训练模块已经完成初步建设，测试VR训练系统和实战化联合试验训练模块正在筹划中，相信在后续的各项试验以及飞行器列装后的联合训练中能够发挥出较大作用，满足低成本、高质量的训练需求，为实战化训练、体系对抗试验等提供有力支撑。

参考文献

[1]白洪波，李雄伟，张旭光.开展多靶场联合试验的思考[J].装备学院学报，2016，27（3）：126-128.

[2]许雪梅.分布式LVC联合试验环境构建[J].遥测遥控，2017，38（4）：58-63.

[3]王成，王会霞.导弹飞行仿真系统可视化设计与实现[J].航天控制，2013，31（1）：62-66.

[4]李会杰，李雅峰，何循来.基于虚拟现实技术的某型导弹仿真训练系统研究[J].系统仿真学报，2008，20（9）：2323-2324.

[5]孙茂义，肖冰.飞行器多目标选择虚实合成试验方法[J].计算机测量与控制，2017，25（3）：237-239.

[6]张高峰，吉玉洁，蔡继红.联合试验训练仿真支撑平台及应用[J].指挥控制与仿真，2020，42（1）：112-117.

收稿日期：2020-05-15

作者简介：杜鹏（1977—），男，黑龙江哈尔滨人，硕士，高级工程师，研究方向：武器系统总体及系统仿真。