嵌入式仿真訓練系統(tǒng)概述

鮑君瀟　王欽釗　郭傲兵

【摘 要】嵌入式仿真訓練是軍事訓練技術的最新發(fā)展趨勢之一，傳統(tǒng)的模擬器和仿真設備已不能滿足打贏技術戰(zhàn)爭的需求。本文闡述了嵌入式仿真的概念、特點、技術原理及系統(tǒng)的關鍵技術，介紹了嵌入式在軍事訓練中的研究成果及發(fā)展趨勢。

【關鍵詞】嵌入式仿真訓練系統(tǒng)；關鍵技術；發(fā)展動態(tài)

中圖分類號： TP391.9 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）30-0163-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.071

Overview of Embedded Simulation Training System

BAO Jun-xiao WANG Qin-zhao GUO Ao-bin

（Army Armored of Armored Forces，Beijing 100072，China）

【Abstract】Embedded simulation training is one of the latest development trends of military training technology. Traditional simulators and simulation equipment can not meet the needs of winning technical wars.This paper describes the concept，characteristics，technical principles and key technologies of embedded simulation system，and introduces the research results and development trend of embedded in military training.

【Key words】Embedded simulation training system；Key technology；Development trend

自20世紀50年代仿真技術發(fā)展以來，軍事訓練仿真技術的應用已達到相當規(guī)模和水平。訓練模擬設備和軍事模擬系統(tǒng)直接或間接地促進了戰(zhàn)斗力的產(chǎn)生。然而，隨著高科技武器裝備在現(xiàn)代軍事作戰(zhàn)應用的比例不斷增加，完全依靠簡單傳統(tǒng)模擬器的訓練方法已無法滿足高科技武器裝備系統(tǒng)關系復雜、規(guī)模龐大的訓練需求。而隨著裝備技術研究的進步，嵌入式仿真訓練的方法可以為以上問題提供新的解決思路。

1 嵌入式仿真訓練簡介

1.1 嵌入式仿真訓練的概念

嵌入式仿真（Embedded Simulation）系統(tǒng)的目的是通過有效、近似實際作戰(zhàn)的模擬訓練，提高部隊作戰(zhàn)人員和武器裝備在現(xiàn)代復雜戰(zhàn)場環(huán)境下的作戰(zhàn)能力。在實際應用中，實際設備通常用作物理效果設備，實時模擬計算機系統(tǒng)使用接口設備嵌入到安裝中，以此實現(xiàn)了將虛擬仿真和實時仿真的結(jié)合，為使用者提供了較為逼真的訓練環(huán)境[1]。

由于嵌入式仿真發(fā)展起步較晚，世界軍事領域?qū)η度胧接柧毾到y(tǒng)并沒有嚴格的定義，僅進行了定性的描述。通過綜合資料，本文認為具有嵌入式仿真訓練系統(tǒng)所涉及的功能或作用的軍用訓練設備或軍事技術都可稱為嵌入式仿真訓練系統(tǒng)。同時為了對不同功能的嵌入式訓練系統(tǒng)有所區(qū)分，進一步細分為完全嵌入式培訓系統(tǒng)、其他嵌入式系統(tǒng)、基于計算機的輔助決策系統(tǒng)、嵌入式幫助系統(tǒng)（專家系統(tǒng)）和一些獨立的系統(tǒng)。雖然嵌入式軍事應用系統(tǒng)種類繁多，但具有以下特點：它可以產(chǎn)生復雜的操作環(huán)境，威脅武器系統(tǒng)和戰(zhàn)斗前和戰(zhàn)斗期間應出現(xiàn)在戰(zhàn)場上的一些信息；能夠自動評估培訓結(jié)果；向操作員和指揮官提供反饋；能記錄和回放訓練過程。

1.2 嵌入式仿真訓練系統(tǒng)原理

嵌入式仿真系統(tǒng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入，是通過接收和采集虛擬戰(zhàn)場的實時態(tài)勢信息、各類傳感器和武器設備以及作戰(zhàn)指揮命令的多種裝備狀態(tài)數(shù)據(jù)（位置，姿態(tài)，速度，航向，油量等）實現(xiàn)的；嵌入式仿真訓練系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)后，即可按訓練計劃進行戰(zhàn)斗對抗仿真，推進實施虛擬作戰(zhàn)進程，生成新的虛擬數(shù)據(jù)信息再次輸入到實際設備中；實際裝備接收到虛擬作戰(zhàn)進程信息，在武器裝備作戰(zhàn)終端上實時展現(xiàn)當前戰(zhàn)場態(tài)勢信息，參訓人員借助虛擬戰(zhàn)場態(tài)勢信息，按照相關作戰(zhàn)條例進行作戰(zhàn)操作訓練，至此形成了裝備-虛擬作戰(zhàn)環(huán)境-裝備的仿真閉環(huán)回路，其系統(tǒng)原理如圖1所示[2]。

1.3 嵌入式仿真訓練系統(tǒng)組成

（1）嵌入式仿真系統(tǒng)的功能模塊

系統(tǒng)為保證功能的完備性和使用的可靠性與便捷性，應具備戰(zhàn)場作戰(zhàn)對抗的基本要素仿真，并滿足作戰(zhàn)訓練組織與實施的基本需求。由此設計的系統(tǒng)功能模塊組成如圖2所示[3]。

（2）嵌入式仿真訓練系統(tǒng)支撐環(huán)境

為滿足仿真訓練的功能需求，嵌入式仿真訓練系統(tǒng)在充分考慮作戰(zhàn)人員、作戰(zhàn)裝備和作戰(zhàn)環(huán)境仿真實現(xiàn)方法的同時，還需根據(jù)作戰(zhàn)訓練的一般過程和需求，具備相應的仿真訓練支撐環(huán)境以保證仿真訓練的順利組織與實施，具體組成如圖3所示。

2 嵌入式仿真訓練系統(tǒng)關鍵技術

2.1 嵌入式仿真訓練系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

嵌入式仿真訓練系統(tǒng)作為整個武器裝備系統(tǒng)架構(gòu)的重要部分，在開發(fā)過程中有三種架構(gòu)可供選擇：獨立嵌入式仿真系統(tǒng)、集成仿真系統(tǒng)、混合系統(tǒng)。其中介紹獨立嵌入式仿真訓練系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，如圖4所示[4]。

2.2 嵌入式仿真訓練系統(tǒng)的互聯(lián)、互操作性

隨著武器裝備信息化建設和成體系發(fā)展的逐步深入，僅使用單一組織或功能的嵌入式仿真訓練器很難滿足現(xiàn)有武器裝備的訓練需求。因此，大型武器裝備系統(tǒng)通常由不同功能的分布嵌入式裝備仿真器通過既定的標準集結(jié)互聯(lián)而成。目前廣泛使用的既定標準就是HLA/RTI系統(tǒng)架構(gòu)標準，如圖5所示。

3 研究成果與發(fā)展動態(tài)

3.1 外軍的嵌入式訓練系統(tǒng)成果

在21世紀，美國陸軍為其主戰(zhàn)設備開發(fā)了嵌入式仿真訓練系統(tǒng)。例如，使用與實裝軟件和硬件均相同數(shù)字仿真系統(tǒng)構(gòu)建M2A3步戰(zhàn)車嵌入式射擊訓練系統(tǒng)；M1A2SEP主戰(zhàn)坦克嵌入式訓練器，可通過經(jīng)濟、安全的方法完成陸軍坦克乘員的初級操作和作戰(zhàn)運用訓練。由洛克希德馬丁公司開發(fā)的主戰(zhàn)坦克嵌入式射擊訓練模擬器將美軍對M1A2SEP坦克在射擊功能的所有現(xiàn)代化更新技術均集成在了嵌入式射擊訓練系統(tǒng)中。在虛擬戰(zhàn)場中的敵方目標可以直接顯示在實裝的主炮瞄準器和車長獨立終端的態(tài)勢顯示屏上。與此同時，英國空軍和俄羅斯導彈部隊的研究機構(gòu)也分別開發(fā)了雙座F-16B戰(zhàn)斗機嵌入式仿真訓練系統(tǒng)和C-300A-1、C-300A-2地對空導彈嵌入式訓練系統(tǒng)，以完成大型武器裝備的操作與作戰(zhàn)運用訓練科目。

3.2 我軍對嵌入式仿真訓練系統(tǒng)的探索

我軍非常重視仿真訓練系統(tǒng)在軍事作戰(zhàn)、評估和裝備訓練的應用。例如，在文獻[5]中，完成了現(xiàn)有的坦克和裝甲車輛已經(jīng)嵌入和修改，以提供仿真訓練系統(tǒng)功能，以提高設備的訓練能力。文獻[6]在不改變現(xiàn)有武器系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，從主戰(zhàn)坦克的火炮系統(tǒng)著手進行了嵌入式改造，保證了武器裝備的操作性能和手感，使實裝具備嵌入式射擊訓練的功能。但總體來看，我軍在嵌入式技術的理解與運用確與美、俄等軍事強國存在一定的差距，對于系統(tǒng)的研究還不成體系，需要提高與進步的空間還很大。

3.3 嵌入式仿真訓練系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

在體系發(fā)展和武器裝備信息化、智能化的發(fā)展趨勢下，嵌入式仿真訓練系統(tǒng)也主要向以下方向發(fā)展：

（1）優(yōu)化訓練系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)。新型嵌入式訓練系統(tǒng)將綜合集成多種形式的嵌入式仿真訓練功能，形成功能配套、性能匹配的軍兵種模擬系統(tǒng)，適用于裝備研發(fā)、驗證和使用的各個階段，避免裝備空擋期的出現(xiàn)。

（2）制定標準、規(guī)格統(tǒng)一的硬件和軟件開發(fā)規(guī)范。在嵌入式仿真系統(tǒng)的研究中，我們將走“一式多變”的發(fā)展道路，開發(fā)一種便攜、易升級、系統(tǒng)支持互操作的嵌入式仿真系統(tǒng)，避免多次重復建立繁瑣的武器裝備模型。

（3）加強嵌入式仿真訓練系統(tǒng)的評估和反饋技術研究。目前世界各國使用的嵌入式仿真訓練系統(tǒng)并不具備系統(tǒng)反饋和評估功能，只是簡單的完成了模擬裝備作戰(zhàn)操作的過程，沒有從數(shù)據(jù)層對裝備操作和使用效果進行有針對性的分析與評估，無法從人機結(jié)合的角度考察參訓人員的裝備運用水平。

4 總結(jié)

嵌入式仿真技術是將仿真技術小型化、可編程化和模塊化后以嵌入式系統(tǒng)的形式嵌入實際裝備系統(tǒng)的一種技術。嵌入式仿真技術可為軍事裝備研發(fā)、作戰(zhàn)訓練和作戰(zhàn)運用演示提供高效、經(jīng)濟、靈活的解決方案。嵌入式仿真訓練系統(tǒng)作為一種創(chuàng)新的訓練方式可以滿足裝備現(xiàn)代化建設在一體化、實戰(zhàn)化方面的要求。

【參考文獻】

[1]張立東，王國宏，曹培謙.嵌入式仿真技術在軍事訓練中的應用[J].航天電子對抗，2010，（06）：61-64.

[2]李偉，李宗毅，翟中敏.嵌入式仿真技術及其在軍事上的應用[J].系統(tǒng)仿真學報，2009，（21）：6968-6971.

[3]樊世友，朱元昌.嵌入式仿真研究[J].計算機仿真，2005，（12）：10-13.

[4]王軍，耿振余.嵌入式仿真技術及其在軍事訓練中的應用研究[J].航空科學技術，2014，（11）：56-60.

[5]趙清華，林學華，孫少斌.坦克嵌入式射擊訓練仿真系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].指揮控制與仿真，2011，（02）：64-67.

[6]榮明，王春忠，王欽釗，李小龍，黃鑫.坦克嵌入式車場射擊訓練系統(tǒng)仿真技術研究[J].裝甲兵工程學院學報，2008，（06）：11-14+38.