聯合作戰演練系統及仿真模型的構建

張明星，黃曉霞

(1．四川航天技術系統工程研究所，成都 610100； 2．中國兵器工業第五九研究所，重慶 400039)

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【信息科學與控制工程】

聯合作戰演練系統及仿真模型的構建

張明星1，黃曉霞2

(1．四川航天技術系統工程研究所，成都 610100； 2．中國兵器工業第五九研究所，重慶 400039)

針對聯合作戰演練的特點及存在問題，提出了構建聯合作戰演練系統及仿真模型的必要性。聯合作戰演練系統需要解決的問題、功效及仿真模型的設計等提出了聯合作戰演練系統建模框架的設計思路。對美國JTCTS聯合作戰演練系統特點進行了分析，可為有關研發者提供借鑒。

建模與仿真；聯合作戰；演練系統

聯合作戰是貫穿不同歷史時期的基本作戰形式，不同歷史條件下有不同樣式和水平的聯合作戰。現代意義上的聯合作戰是指不同軍兵種之間互相協同配合的作戰行動，如閃擊戰、空地一體戰等。隨著科學技術的發展，特別是信息技術在軍事領域的深入應用，軍隊的作戰思想、作戰樣式也發生革命性的變革。與此相適應，對聯合作戰進行科學、合理地分析，通過建模仿真，構建能夠用于作戰分析和聯合作戰演練的仿真模型體系，不僅能極大地促進我軍在信息化條件下的演練和作戰水平，而且對于研究聯合作戰理論，創新聯合作戰戰法，進行聯合作戰體系建設，都具有十分重要的意義[1,2]。

軍隊的聯合作戰演練，需要各種復雜的戰場環境，各種不同數量、不同類型的兵種都要按演練需求提供，由于真實兵力的保障和作戰態勢的限制，無疑給作戰演練帶來很大的局限性[3]。另外，任何現代系統都非常復雜，一旦設計完成并實施，更改設計缺陷可能會產生非常昂貴的成本。同時，測試這些作戰系統需要使用軍用飛機和艦船等裝備。聯合作戰演練系統及虛擬樣機和仿真模型可以幫助解決這些問題[4]。

1 聯合作戰演練系統的特點

美國JTCTS聯戰演練系統為整個海空戰提供海空聯合演練支持，支持所有類型的戰爭，如襲擊戰、防空站、水面作戰、空間和電子戰、反潛艇戰、兩棲作戰及地雷戰；支持各個級別的作戰群以及兩棲預備隊演練，包括單個平臺對抗單一威脅，多個平臺對抗多個威脅。

JTCTS聯戰演練系統的主要控制器安裝在旗艦或岸上的核心控制裝置中。其他參與艦船和裝備具有第二場景控制能力。裝有JTCTS系統控制裝置后，艦船、飛機及其他參與裝備會通過一個安全和獨立的數據鏈連接到核心控制單元。這些裝置會向核心控制單元提供近實時的數據連接、數據變化及數據儲存、數據轉換等信息。當獨立或成組的參與者與核心控制單元的數據鏈斷鏈時，參與者的控制裝置會在獨立于核心控制單元中的“分離集群”模式下繼續運行。圖1為JTCTS系統分布式體系結構示意圖。

圖1 JTCTS分布式體系結構

圖1顯示的JTCTS分布式聯戰演練系統所有的控制裝置保持各自的獨特性能。控制裝置可以推算出系統中其他參與者及裝備的位置。控制裝置可提供其參戰裝備的地面實況及變化信息。

2 聯合作戰演練系統的應用結構設計

2.1 聯合作戰演練系統需要解決的問題

1) 必須獲得系統中參與者及裝備的精準位置。

2) 參與的空中控制裝置必須對地面實況保持一致的視角。

3) 可能形成分離的參與者集群能返回與核心控制裝置連接。

4) 能使用仿真武器記錄武器交戰的次數。

如果這4個設計中任何一個沒有解決，聯合作戰演練系統將無效，因此，在應用結構的設計中一般要考慮以下幾個方面。

2.2 參與者位置確定

為了準確確定是否擊中目標，飛機投擲炸彈的位置必須準確把握在幾米的誤差范圍內。在不使用專用儀器(如跟蹤雷達或多點定位系統)的情況下，獲得這些實際參與者的位置數據需要使用全球定位系統(GPS)和/或慣性導航系統。然而，慣性導航系統既昂貴又占空間，GPS接收器便宜且體積小。一般采用GPS。GPS接收范圍內的衛星數將影響接收的精確性及差分糾錯的能力[5-7]。另一方面，接收范圍的衛星數量又取決于GPS接收器天線的位置和方向，這可以通過平臺的操作，將GPS衛星顯現于可接收范圍內。另外，在接收不到衛星信號時，可考慮使用稍價廉的慣性導航器[5]。

2.3 地面實況的連續獲取

如JTCTS系統需要超過100個實時的控制單元與JTCTS的核心控制裝置以及距離核心控制裝置400 nm半徑的每個其他核心控制裝置保持近實時聯系。在進行實時演練時，基本通信系統的穩定性十分重要。實時控制單元使用某種射頻(RF)數據鏈接，傳送量必須達到最大值，延時(數據從出發點到目的地所花費的時間)必須減到最小[8,9]。RF數據鏈接的傳送量涉及頻率、能量、TDMA時隙大小及分配、數據編碼等變量。通過使用數據鏈接中更多推送量的數字通量，可獲得更多的TDMA時隙；使用有效的路由算法，可以減少延時。這樣可獲取連續的地面實況。

2.4 分離集群與核心控制裝置的再連接

當聯合作戰參者到處移動時，他們會移出或移入與核心控制裝置的直接聯系。移出聯系可能是短暫的或長期的。雖然某個獨立控制裝置可能會失去與核心控制裝置的連接，但是附近的其他控制裝置可能還保持連接狀態，這時需要一個中繼站。然而在某一時刻，一群參與者會完全離開核心控制裝置連接然后形成一個分離集群。這個分離集群控制的地面實況會與核心裝置相連的參與者偏離。因此，分離集群需要再次與核心控制裝置連接，使分離集群的參與者與核心控制裝置連接的其他參與者再次配合。

2.5 仿真武器設計

仿真武器可記錄武器交戰的數量。仿真武器在裝有聯合作戰演練系統控制裝置的艦船或飛機上運行。炸彈類武器只需要很少的參數變量，就可以進行精確計數。然而，一些其他的武器，例如防空導彈會受金屬箔片、照明彈，或者目標機動能力等反措施的影響，仿真武器必須考慮這些影響。這就要求控制裝置(裝在帶導彈的飛機上)從目標飛機獲得反措施數據。這種情況下的延時可能有上千毫秒并可能得出不確定的結果。另一種思路是在導彈飛行過程中的某一時刻將仿真武器的控制從帶導彈飛機轉移到目標裝置[5-7]。

3 聯合作戰仿真模型

如圖2所示，聯合作戰演練系統模型一般由5個主要組件構成。模型的第一個組件提供參戰裝備仿真。模擬參戰艦船、飛機和其他武器，參與的路徑通常由腳本決定，由一定參數控制的智能管理員管理參戰范圍內的參與路徑。

第二個組件是全球定位系統/慣性導航儀仿真。全球定位系統仿真需要考慮到一些狀況，例如天線隱蔽，信號丟失中的慣性濾波以及平臺運動等。

第三個組件模擬控制裝置。模擬控制裝置提供一個參戰控制裝置的仿真。該組件涉及數據鏈，提供系統中其他數據的推測位置，通過數據鏈識別參與者及裝備。

第四個組件模擬微波環境。該組件模擬天線定向和離散的影響，以及地形和一些大氣效應。根據特殊測試的需要，可實現在每一項測試時打開或者關閉環境影響。

最后，性能監控組件從其他組件中收集性能數據。該組件提供性能分析數據。可以根據一項特殊測試中的數據決定性能監控測試結果是否可行或者不可行。

圖2 聯合戰術演練系統模型的5個主要組件

4 聯合作戰演練系統的優勢

聯合作戰演練系統為避免實戰的高昂費用而研發。聯合作戰演練系統不僅能夠修正不良設計，還可以確定和保留運行良好的設計。使用聯合作戰演練系統只要保證參與者的位置誤差在限制范圍內，即可保障聯合參與者及裝備的時效性[10-12]。

聯合作戰演練系統能在實施前修正設計錯誤，且校正費用低，能提供收集系統性能數據分析的方法。系統模型具有可擴充性，通過使用聯合作戰演練系統代碼相同軟件開發環境，系統模型會得到很快的發展。仿真模型可以實現對整個聯合作戰演練進行評估，可實現帶控制裝置參與者百個以上集群規模的演練[13-14]。

5 結束語

聯合作戰作為信息化戰爭的基本作戰形式，其本質特點和內在規律還有待于人們繼續深入研究。目前，多分辨率建模在理論上和技術上都還存在許多亟待解決的問題，不恰當地使用多分辨率建模技術會增加建模仿真的復雜性，比如增加模型間一致性維護的難度，增大網絡信息的流量等。在聯合作戰的建模與仿真中，大規模分布式交互仿真中的多分辨率建模問題尤為突出。采用計算機仿真的方式對作戰演練進行推演和優化對提升作戰演練的可靠性、科學性、費效比等都具有重要作用[15-17]。這需要研究人員做大量艱苦的工作，研發出更好地滿足我軍在現代聯合作戰條件下的演練系統。

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(責任編輯 楊繼森)

Modeling Framework for Test and Training Simulation in Joint Operations

ZHANG Ming-xing1， HUANG Xiao-xia2

(1.Sichuan Aerospace Technology System Engineering Research Institute, Chengdu 610100, China； 2. 59 Research Institute of China Ordnance Industry, Chognqing 400039, China)

According to the characteristics and problems of joint operation training, the necessity of constructing of the joint operation training system and the simulation model were put forward. The problems, functions and the design of simulation model were introduced in detail and the design ideas of the modeling framework of joint operation training system were introduced. The characteristics of the United States JTCTS joint operation training system were analyzed, which provides reference for the relevant research and development.

modeling and simulation; joint operation; training system

2016-05-19；

2016-07-10

張明星(1977—)，男，高級工程師，主要從事飛行器總體設計研究。

10.11809/scbgxb2016.10.020

張明星，黃曉霞.聯合作戰演練系統及仿真模型的構建[J].兵器裝備工程學報，2016(10):96-98.

format:ZHANG Ming-xing，HUANG Xiao-xia.Modeling Framework for Test and Training Simulation in Joint Operations[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(10):96-98.

TJ391.9

A

2096-2304(2016)10-0096-03