仿真模擬訓練系統總體設計

朱峰 陳忠 蔡駿

摘要：按照戰訓一致的原則，發展仿真模擬訓練系統，對于構建完整的訓練體系、模擬近似實戰的環境與對手、提升訓練的效能從而最終提升部隊打勝仗的能力具有重要的意義。介紹了發展仿真模擬訓練系統的必要性。重點開展了仿真模擬訓練系統總體設計，規劃了系統的體系架構，分析了主要仿真技術的優缺點及在模擬訓練中的應用適應性，提煉了系統的關鍵技術，最后對全文進行了總結。

關鍵詞：戰術級；模擬仿真訓練；虛擬現實技術；影像靶；增強現實

中圖分類號：TN92文獻標識碼： A

按照“戰訓”一致的原則，實兵、實裝、實彈等條件下的實兵訓練作為最古老的作戰模擬方式，是最為理想的訓練方式，但同時存在以下不足：一是大規模調遣多軍兵種聯合兵力，組織全要素的實兵對抗訓練，協調難度大，安全風險高，且容易對周邊造成不必要的緊張局勢；二是訓練消耗大，保障困難，訓練成本高，難以實現訓練的常態化；三是難以對“代差級”武器裝備性能進行有效模擬，無法開展真正意義上的“紅藍”對抗；四是無法模擬交戰雙方尚未服役武器裝備的作戰效能，不支持超前訓練功能。

在作戰裝備建設的基礎上，仿真模擬訓練系統基于計算機生成兵力技術，從兵力、裝備、行為、作戰規則等各個維度對假想敵進行模擬，為作戰部隊提供多樣化、貼近實際的藍軍對手，通過環境構設系統，構建了符合實際的復雜戰場環境，基于半實物仿真技術和虛擬仿真技術，提供逼真、可交互操作的模擬裝備。在作戰任務驅動之下，構建完整的仿真模擬訓練系統，實現多人條件下的人機對抗訓練、人人對抗訓練，能夠輔助提升單兵戰術技能，強化對作戰裝備的掌握和靈活運用，提升班、排的戰斗協同能力，輔助聯合作戰能力生成，全面提高任務部隊遂行各類作戰任務的能力。

1 仿真模擬訓練的建設必要性分析

1.1 對仿真模擬訓練的理解

在仿真模擬訓練的定義中，“仿真”是指，使用模擬器、計算機模型等方法，仿制現實環境中無法獲得或者常態化使用費用較高、組織困難的作戰資源，例如敵方、境外作戰環境、運輸直升機、偵察無人機、水面艦艇等。“模擬訓練”是與實兵訓練相對的概念，是建立在仿真基礎上的訓練模式，隨著信息技術的不斷發展，其可支持的訓練內容不斷擴展，與實兵訓練的界線趨于模糊，虛實趨于一體。

仿真模擬訓練由于其主體以虛擬化為主，并不能取代所有的軍事訓練內容，而應該有所重點支持，作為對實兵訓練的一種重要補充。在右圖中，基礎訓練是仿真模擬訓練的入場條件，但仿真模擬訓練可以支持對一些重點裝備學習與操控的訓練；仿真模擬訓練重點在對班組、分隊等級別作戰能力訓練；仿真模擬訓練能夠作為聯合作戰訓練的下級，納入整個訓練體系；在臨戰條件下，根據對各類仿真模擬訓練科目進行定制，構建與具體戰斗任務一致的訓練內容。

1.2 發展仿真模擬訓練系統的必要性

仿真模擬訓練系統能夠為戰術對抗訓練構建動態逼真的敵后復雜作戰環境。虛擬軍事仿真平臺可以針對不同作戰方向典型地域構建動態逼真的敵后復雜環境，并設置各種可能的突發情況，提供靈活多變、貼近實戰的訓練環境。

仿真模擬訓練系統能夠為戰術對抗訓練提供多樣化、貼近實際的模擬作戰對手。一方面基于計算機生成兵力技術，從兵力、裝備、行為、作戰規則等多方面對假想敵進行建模仿真。另一放面基于半實物仿真技術和虛擬仿真技術，為作戰部隊提供逼真的，可交互操作的模擬裝備。

仿真模擬訓練系統能夠為戰術對抗訓練提供高效實用的協同訓練手段。傳統訓練手段無法針對實戰構建訓練環境、模擬作戰對手行動和設定突發情況，使得訓練效果大打折扣，而仿真模擬訓練可以解決這個問題。

2 仿真模擬訓練系統總體設計

2.1 系統架構

著眼任務部隊戰斗力的有效生成與常態保持，以提高遂行典型作戰任務中的指揮控制能力、戰術對抗能力、協同作戰能力和臨機處置能力為核心訓練目標，綜合運用虛擬現實技術、計算機生成兵力技術、大數據、云計算等先進技術手段，與作戰裝備、半實物仿真模擬器、虛擬現實設備等訓練資源互聯互通，構造一種戰場環境逼真、對抗要素齊全、兵力模型可信、高度沉浸交互的綜合性、對抗性模擬訓練支撐環境，有效滿足任務部隊自主組織模擬訓練的需要，為構建具有我軍特色的作戰訓練體系提供支撐。

仿真模擬訓練系統體系架構圖

在圖中，構建了仿真模擬訓練的運行支撐平臺，提供了統一的仿真模型和仿真平臺服務，通過訓練資源接入服務統一接入各類作戰平臺、作戰裝備、半實物仿真設備等，在服務總線支持下統一調度與管理。從系統功能角度，分為訓練管理和訓練應用系統兩個方面，前者重在對日常訓練的規劃和管理工作，面向機關參謀人員；后者重在具體訓練內容的實施開展，面向組訓和受訓人員。根據部隊訓練內容的需要，集成相應的專業化訓練手段，比如虛擬現實、影像靶等相關設備，在仿真模擬訓練平臺的支撐下，打造個性化的訓練系統。戰術級仿真模擬訓練主要能夠支持作戰裝備操控、戰術協同訓練、戰術對抗訓練、行動方案推演等訓練內容。

2.2 主要仿真技術應用分析

2.2.1 虛擬現實技術（VR）

虛擬現實技術是指借助計算機圖形學、傳感器、立體顯示等多種技術，創造出的一種嶄新的人機交互方式，為用戶帶來逼真的、身臨其境的體驗。該技術能夠把戰場環境的渲染與裝備運用的真實感、未來戰場的嚴酷性一致起來，最大程度地再現戰時場景，使受訓部隊在近似實戰環境中開展訓練。

從訓練的角度來講，虛擬現實技術的優點在于，能夠充分模擬各類戰場環境，戰場環境沉浸感強，具有多類仿真資源，人機實時互動。由于完全沉浸于虛擬空間，其缺點也顯而易見，首先與單兵作戰裝備結合比較困難，需要在系統中準確地模擬所有裝備，支持協同行動訓練有限，無法模擬真實環境下的戰斗協同，眩暈感強，在當前的技術條件下，僅能支持1小時以內的訓練，運動狀態下的時間更為有限（2030分鐘）。

針對該技術的優缺點，在模擬仿真訓練中，該技術能夠支持對戰場環境的認知訓練，對重點作戰裝備的學習與操作訓練，支持作戰方案推演評估以及簡單戰斗協同行動演練。

2.2.2 影像靶技術

影像靶技術運用激光定位、建模仿真、高清投影技術，構建和變換不同的數字圖像場景，營造聲、光、電等戰場效果，支持單兵實裝實彈或操作仿真槍械進行人人對抗或人機對抗，能夠控制訓練進程和支持結果實時判定，能夠鍛煉單兵射擊技能和戰術素養。

該技術的優點在于，戰場環境沉浸感強，支持單兵全實裝訓練，作戰效果實時顯示。缺點是，國內尚未廣泛應用，對技術運用模式認識不夠明確，同時只能在有限的物理范圍內展開。

根據該技術的優缺點，在模擬仿真訓練中，該技術可以支持室內條件下戰斗射擊技能訓練、小場地協同訓練、戰術對抗訓練等訓練內容。

2.2.3 LVC技術

LVC是將Live、Virtual、Constructive三類仿真資源進行異構網絡互聯的關鍵技術，實質是采取綜合集成的思路，通過定義綜合集成標準，設計綜合集成框架，將多種訓練資源有效連接在一起，構建綜合仿真訓練環境，滿足不同類型作戰人員和指揮人員進行聯合訓練的需求。

該技術屬于體系互聯技術，其優點是，支持多種訓練模式，異構訓練系統廣泛融合，訓練場地異地共用。而缺點在于，系統整體運用把握困難，異構系統時空同步互聯技術實現難度大。

在仿真模擬訓練系統中，該技術可以用來構建分布交互式對抗訓練以及帶實兵的全系統全要素集成訓練。

2.2.4 增強現實/混合現實技術（AR/MR）

增強現實/混合現實技術，通過計算機圖形學和視覺技術，將虛擬的信息添加到真實世界，使得真實的環境和虛擬的物體實時地出現在同一個畫面或空間，在虛擬世界、現實世界和用戶之間搭起一個交互反饋的信息回路。

AR訓練目前能夠支持行動方案的人在回路推演，但由于對實時對抗行動支持弱（動作識別困難、精度差），對該技術在軍事訓練中的運用尚需一定的技術積累。

3 關鍵技術

3.1 仿真模型的體系化、標準化和組件化

為實現驅動各類模型開展信息化條件下的仿真訓練，作戰仿真系統的兵力仿真模型的設計與實現需做到體系化、標準化和組件化。體系化是指根據特種作戰特點，構建層次清晰、分類合理、功能切分明確的模型體系，通過模型組合運行能夠完整再現“虛擬戰場”；標準化是指為規范各單位仿真模型研制，實現各類模型在同一平臺、同一框架下協調運行，需建立明確的建模標準，構建仿真對象模型模板，在模型功能描述、交互方式、輸入輸出、驅動方式等方面做出明確的約束；組件化是指為滿足系統研制和運行需要，各個仿真模型應能封裝成組件，實現模型組件與模型運行平臺分離，模型與數據分離，便于實際使用中的各類不同模型的靈活組配和調用。

3.2 CGF智能化建模技術

CGF模型主要用于模擬紅方特戰隊員和藍方兵力。為此，CGF模型在組件化建模的基礎上運用智能化建模技術，構建具有一定行為決策和智能決策能力的單兵CGF模型行為組件，使模擬的紅方特戰隊員、藍方士兵、恐怖分子等能夠智能化地自動響應戰場環境，增強模擬訓練的仿真度與可信度。建模包括三個層次：CGF的指揮決策模型采用基于決策行為樹的方法構建，以作戰規則作為行為決策的依據；實體行為模型采用層次化的并行狀態機實現，符合我軍兵力實體作戰特點；構建機器學習的行為庫，輔助提升CGF指揮和行為模型的智能化、擬真化。

3.3 基于信息系統的異構系統互聯技術

基于信息系統的異構系統互聯技術是研究的重點和難點之一。異構系統互聯重點研究采用RTI和DDS等互聯方式，實現異構系統互聯互通互操作解決方案。其技術的基礎是仿真互聯中間件的研發，采用LVC分布式仿真互連中間件，實現與異構系統的互聯設計框架。其具體內容包括異構系統互聯框架設計、數據接口、訂閱發布、不同頻率系統仿真時間管理問題、數據交換的實時性問題等。

4 結語

本文全面考察了各類仿真技術在軍事訓練領域的應用可行性，構建了戰術訓練運行支撐平臺，能夠接入各類作戰平臺及裝備、半實物仿真設備、虛擬訓練模型等各類訓練資源，通過與專用訓練手段的服務化集成，按需構建符合部隊實際任務需要的訓練系統。仿真模擬訓練代表了訓練領域的重要發展方向，發展仿真模擬訓練系統，能夠支撐作戰部隊開展常態化、面向實戰的戰術訓練，對于全面提升其遂行作戰任務的能力具有重要的現實意義。

參考文獻：

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