摘要：仿真技術(shù)是水面艦艇作戰(zhàn)試驗中必不可少的重要技術(shù)，美軍對此極為重視，出臺了一系列指導(dǎo)性文件來規(guī)范如何將仿真技術(shù)應(yīng)用于作戰(zhàn)試驗。在介紹美軍作戰(zhàn)試驗經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，研討了仿真技術(shù)應(yīng)用于水面艦艇作戰(zhàn)試驗時需要關(guān)注的幾個焦點技術(shù)，并對技術(shù)的特點、應(yīng)用模式、原理和方法進行了分析，最后提出了仿真技術(shù)應(yīng)用于水面艦艇作戰(zhàn)試驗的初步思路。

　　關(guān)鍵詞：仿真技術(shù),水面艦艇,作戰(zhàn)試驗

　　0引言

　　作戰(zhàn)試驗要求將武器裝置于接近真實的戰(zhàn)場環(huán)境中進行作戰(zhàn)使用性能和作戰(zhàn)適應(yīng)性的考核[1]。外場試驗環(huán)境的構(gòu)造設(shè)置受裝備、場地、經(jīng)費、保密等因素的影響，很難全面模擬武器裝備可能面臨的戰(zhàn)場環(huán)境，而內(nèi)場仿真在這方面具有較大優(yōu)勢，可以通過研究對抗兵力的構(gòu)成、裝備性能和作戰(zhàn)樣式，建立仿真模型，進而形成可與之對抗的虛擬兵力，通過內(nèi)外場互連的試驗方式，由內(nèi)場仿真為外場實際參試裝備提供作戰(zhàn)對象，進行聯(lián)合試驗;或者在外場試驗的基礎(chǔ)上開展內(nèi)場獨立實施的補充試驗。

　　從宏觀角度講，在具體的作戰(zhàn)試驗中，仿真試驗方法在試驗前分析階段，可以利用經(jīng)過驗證的模型與仿真系統(tǒng)來幫助設(shè)計試驗場景、建立試驗環(huán)境和預(yù)測試驗結(jié)果;在試驗和數(shù)據(jù)管理階段，利用歷史試驗數(shù)據(jù)的建模與仿真代替對當(dāng)前被試武器裝備的實際試驗來彌補歷史數(shù)據(jù)的不足;在試驗后綜合與鑒定階段，利用模型與仿真來處理試驗數(shù)據(jù)，并利用從試驗中所獲得的數(shù)據(jù)對武器裝備進行綜合鑒定。

　　1仿真技術(shù)在美軍作戰(zhàn)試驗中的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　美軍積極鼓勵將建模仿真作為作戰(zhàn)試驗鑒定活動的關(guān)鍵工具，構(gòu)建作戰(zhàn)試驗仿真環(huán)境，開展全系統(tǒng)模擬，節(jié)約外場試驗實踐和費用，提高試驗鑒定置信度，并在此方面形成了健全的組織機構(gòu)和規(guī)范化的指南文件。美海軍作戰(zhàn)試驗與鑒定司令指示《建模與仿真在作戰(zhàn)試驗中的應(yīng)用》，就建模與仿真在作戰(zhàn)試驗中的作用和應(yīng)用問題進行了規(guī)范：確定了如何用建模與仿真來補充研制試驗場景的不足;確定了由誰來執(zhí)行建模與仿真驗證、核實以及鑒定;確定了可用來補充作戰(zhàn)試驗與鑒定不足的信息源(例如，研制試驗、相關(guān)系統(tǒng)的試驗、建模、仿真);描述了關(guān)鍵模型以及它們預(yù)期的用途;給出了將用建模與仿真來滿足的作戰(zhàn)試驗?zāi)繕?biāo);確定了所需的數(shù)據(jù)和計劃進行的鑒定工作[2]。

　　同時，美海軍在頒布了《在作戰(zhàn)試驗中應(yīng)用建模與仿真》;美空軍強調(diào)《應(yīng)用建模與仿真技術(shù)開展作戰(zhàn)試驗》;美國防部發(fā)布了《仿真試驗過程指南》[3，4]。美軍之所以能在作戰(zhàn)試驗中充分應(yīng)用建模與仿真，核心是其積累的強大的建模與仿真能力，主要表現(xiàn)在：(1)模型資源數(shù)量大、類型多;(2)戰(zhàn)場環(huán)境仿真要素全、表示規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)全面;(3)支持仿真試驗的基礎(chǔ)設(shè)施比較完備;(4)模型數(shù)據(jù)可信度高;(5)管理規(guī)范，支持全壽命期的作戰(zhàn)試驗。充分借鑒美軍建模與仿真技術(shù)在作戰(zhàn)試驗中的應(yīng)用經(jīng)驗，加強計算機建模與仿真能力建設(shè)，形成對作戰(zhàn)試驗的支撐能力，對水面艦艇作戰(zhàn)試驗具有重要意義。

　　2仿真技術(shù)應(yīng)用于水面艦艇作戰(zhàn)試驗需要關(guān)注的幾個焦點

　　2.1作戰(zhàn)試驗方案仿真推演技術(shù)

　　水面艦艇作戰(zhàn)試驗涉及兵力多、對抗性強，試驗保障設(shè)備多、數(shù)據(jù)采集要求高等特點，需要在試驗籌劃階段進行細致分析、統(tǒng)籌考慮和綜合設(shè)計，建議構(gòu)建試驗設(shè)計支持系統(tǒng)，基于仿真模型，運用仿真推演方法，為作戰(zhàn)試驗的開展提供有效的工具支撐，服務(wù)于試驗想定規(guī)劃、兵力構(gòu)設(shè)、評估體系、數(shù)據(jù)采集要素、評估指標(biāo)和實施方案協(xié)同動作等整個籌劃階段，提高作戰(zhàn)試驗方案設(shè)計的統(tǒng)籌性和科學(xué)性。

　　服務(wù)的主要方式一是對試驗設(shè)計進行合理性檢查，二是動態(tài)展示設(shè)計的試驗過程。檢查方案合理性的目的是找出試驗設(shè)計失誤，而所有設(shè)計失誤都可以分為“不能”和“不該”兩類。“不能”類設(shè)計失誤的共同特點是在試驗過程中參試兵力某時刻狀態(tài)“不能”與設(shè)計中保持一致;“不該”類設(shè)計失誤則更多是安全、保密等非技術(shù)因素，這類失誤共同特點是設(shè)計中參試兵力某時刻狀態(tài)“不該”出現(xiàn)。試驗過程動態(tài)展示的目的是便于試驗設(shè)計人員對試驗方案進行研討優(yōu)化。

　　因而，要實現(xiàn)試驗方案合理性檢查和試驗過程動態(tài)展示，首先要根據(jù)試驗方案推演得到試驗過程中任意時刻參試兵力的狀態(tài)參數(shù)即推演數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，對這些狀態(tài)參數(shù)按照試驗進程進行動態(tài)展示，根據(jù)任意時刻狀態(tài)參數(shù)檢查方案合理性。

　　2.2艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)

　　作戰(zhàn)試驗貫穿于裝備的全壽命周期，從立項論證開展，通過建模與仿真技術(shù)，延續(xù)性開展針對艦艇作戰(zhàn)能力的內(nèi)場仿真評估工作，不斷更新、迭代、校驗作戰(zhàn)系統(tǒng)模型，形成不同階段對艦艇作戰(zhàn)效能進行評估的支撐能力。艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)建模與仿真主要圍繞在艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)仿真試驗和作戰(zhàn)試驗應(yīng)用來進行，建模與仿真的層次在工程級和交戰(zhàn)級。工程級主要使用組件級的模型，考察單個部件或子系統(tǒng)的技術(shù)性能是否符合設(shè)計意圖。交戰(zhàn)級主要使用武器系統(tǒng)級的模型，用于模擬在某個仿真的劇情下某個武器綜合系統(tǒng)與單個或多個敵方威脅交戰(zhàn)，評價武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能，包括與之相關(guān)的戰(zhàn)術(shù)和條令。

　　國外的FLAMES軟件等成熟軟件主要針對于這兩個層次，具有較大的借鑒價值。全面保障艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)仿真試驗和作戰(zhàn)試驗應(yīng)用，需要首先建立仿真模型譜系，而后逐步填充該譜系，最終形成仿真模型庫。在水面艦艇作戰(zhàn)試驗中，仿真模型主要用于與海軍實際武器裝備、靶場測控裝備以及物理效應(yīng)模擬器配合，形成虛擬戰(zhàn)場、虛實合成戰(zhàn)場。在虛擬戰(zhàn)場中，所有影響作戰(zhàn)過程與結(jié)果的因素均由仿真模型體現(xiàn)，仿真模型需求覆蓋虛實合成戰(zhàn)場仿真模型需求，可按照構(gòu)建虛擬戰(zhàn)場進行分析靶場仿真模型需求。

　　考察水面艦艇作戰(zhàn)過程，可以發(fā)現(xiàn)影響作戰(zhàn)過程與結(jié)果的因素主要包括：(1)作戰(zhàn)、試驗、訓(xùn)練時的天氣、海況、地形、地貌、地物等自然環(huán)境以及電磁環(huán)境;(2)敵、我、中立三方的飛機、水面艦艇、潛艇、車輛、衛(wèi)星等裝備搭載平臺;(3)敵、我、中立三方的雷達、電子對抗設(shè)備、導(dǎo)彈、火炮等裝備;(4)敵、我、中立三方的各級指揮員和裝備操作員。靶場需要針對這些因素建設(shè)相關(guān)仿真模型。另外，考慮到試驗方案的推演和需求，還需要對靶場各類試驗訓(xùn)練專用平臺、專用裝備以及靶場指揮員、裝備操作員進行建模。艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)模型構(gòu)建涉及的專業(yè)多，難度大，周期長，見效慢。

　　但是一旦建成，對于后續(xù)試驗?zāi)Ｊ降霓D(zhuǎn)型和作戰(zhàn)效能的仿真評估將具有重要意義。后續(xù)可依托各項保障條件建設(shè)，選擇合適的仿真平臺，綜合集成不同裝備研制單位的專業(yè)優(yōu)勢仿真資源，深化仿真技術(shù)在試驗鑒定工作中的作用，支持艦艇平臺級作戰(zhàn)效能的評估，同時可為艦艇編隊區(qū)域防空作戰(zhàn)效能評估研究提供數(shù)據(jù)支撐。

　　例如，在艦艇自防御效能評估中，可采用功能級與信號級相結(jié)合的數(shù)字仿真模型與作戰(zhàn)應(yīng)用軟件集成，建立全系統(tǒng)、全要素的交戰(zhàn)環(huán)節(jié)，構(gòu)建全數(shù)字仿真綜合試驗環(huán)境;采用多參數(shù)、大樣本的方法，重點檢查系統(tǒng)頂層和作戰(zhàn)應(yīng)用軟件中對于單武器使用約束、多武器系統(tǒng)交戰(zhàn)規(guī)則、決策規(guī)則等的設(shè)定是否合理;采集試驗數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析，評估試驗結(jié)果。驗證軟硬武器協(xié)同使用決策功能，綜合決策規(guī)則設(shè)計，主要性能指標(biāo)設(shè)計，重點檢驗邊界條件。

　　2.3基于LVC虛實結(jié)合的聯(lián)合試驗技術(shù)

　　深化LVC技術(shù)在艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)試驗中的應(yīng)用研究，綜合集成靶場現(xiàn)有試訓(xùn)資源，構(gòu)建靶場內(nèi)外融合、虛實結(jié)合且覆蓋探測、決策、交戰(zhàn)和評估各個環(huán)節(jié)的聯(lián)合試驗環(huán)境，評估作戰(zhàn)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能指標(biāo)[5，6]。目前對聯(lián)合試驗概念還沒有一個準(zhǔn)確的描述。從試驗?zāi)康慕嵌葘ζ溥M行界定，聯(lián)合試驗就是檢驗信息化武器裝備體系在聯(lián)合作戰(zhàn)條件下作戰(zhàn)效能的試驗活動。聯(lián)合試驗強調(diào)武器系統(tǒng)成體系的對抗試驗和近似聯(lián)合作戰(zhàn)環(huán)境下的試驗。

　　體系內(nèi)所有武器實裝參與聯(lián)合試驗，極大地增加了試驗成本和試驗的不確定性，因此，除了被試武器系統(tǒng)，其他實裝可以通過M&S技術(shù)以虛擬形式加入到被試武器系統(tǒng)試驗環(huán)境中;聯(lián)合試驗環(huán)境的構(gòu)建是開展信息化武器系統(tǒng)試驗，準(zhǔn)確檢驗其作戰(zhàn)效能基礎(chǔ)。

　　在聯(lián)合試驗理論框架下，試驗環(huán)境需具備如下特點：(1)為被試信息化武器系統(tǒng)提供完備的作戰(zhàn)系統(tǒng)。信息化武器系統(tǒng)包括多種類型，其應(yīng)用條件和作用不同，可以通過模擬訓(xùn)練器、CGF等仿真技術(shù)形成一個完備的裝備體系;(2)為被試裝備提供逼真的試驗環(huán)境，包括各種地形條件、氣候條件和電磁場條件等;(3)為被試裝備提供逼真的對抗兵力。現(xiàn)有的物理靶場是根據(jù)武器裝備技術(shù)性能測試的需求而確定的特定物理環(huán)境和空間，不具備聯(lián)合試驗環(huán)境的特點，不能為信息化武器系統(tǒng)試驗提供逼真的試驗環(huán)境。

　　重新建立符合信息化武器裝備體系試驗的靶場可以解決水面艦艇作戰(zhàn)試驗的條件構(gòu)設(shè)問題，但是這樣既耗時又耗財。美軍在聯(lián)合試驗靶場建設(shè)方面提供了很好的借鑒，即充分利用現(xiàn)有的靶場試驗設(shè)施，引入M&S技術(shù)，通過多種資源的重用、組合、互操作構(gòu)建一個滿足聯(lián)合試驗的試驗環(huán)境。

　　2.4艦艇作戰(zhàn)試驗評估技術(shù)

　　一般說來，系統(tǒng)評估指的是評估主體對系統(tǒng)在規(guī)定的環(huán)境和約束條件下，完成規(guī)定的作戰(zhàn)指揮、情報處理等功能(一般表現(xiàn)為戰(zhàn)術(shù)使用要求)的程度的度量過程，評估的主要內(nèi)容是系統(tǒng)的能力。通常主要包括以下環(huán)節(jié)[7]：(1)明確評估目標(biāo)和內(nèi)容，定出系統(tǒng)邊界;(2)選用仿真評估方法;(3)確定適合仿真評估的指標(biāo)體系及評估模型;(4)構(gòu)建系統(tǒng)仿真評估環(huán)境;(5)設(shè)計系統(tǒng)仿真評估試驗方案;(6)開展仿真試驗;(7)利用仿真試驗數(shù)據(jù)獲得仿真評估結(jié)果;(8)分析和評價仿真評估結(jié)果。

　　其中，最為關(guān)鍵的是第一部分，后續(xù)都是在此基礎(chǔ)上展開的。一般來說，對系統(tǒng)的試驗和評估都從靜態(tài)描述和動態(tài)分析著眼，靜態(tài)評估主要側(cè)重對系統(tǒng)功能檢查和性能檢驗，即對水面艦艇系統(tǒng)本身的屬性特征的評估;動態(tài)評估側(cè)重對系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估，重在反應(yīng)系統(tǒng)完成作戰(zhàn)任務(wù)的程度。其中，水面艦艇作戰(zhàn)效能評估主要包括水面艦艇單艦作戰(zhàn)效能評估、艦艇作戰(zhàn)適用性及其在艦艇編組作戰(zhàn)的體系貢獻率三個方面。

　　水面艦艇單艦作戰(zhàn)效能是指水面艦艇在近似實戰(zhàn)的環(huán)境中，由典型的作戰(zhàn)人員使用完成特定試驗內(nèi)容的程度，影響因素包括作戰(zhàn)人員的技術(shù)水平、艦艇使用戰(zhàn)術(shù)、作戰(zhàn)環(huán)境等。艦艇作戰(zhàn)適用性是指在考慮到可靠性、可用性、維修性、人機工程、障性、運輸性、安全性等因素下[8]，水面艦艇能夠令人滿意地投入作戰(zhàn)使用的程度。艦艇編組作戰(zhàn)的體系貢獻率是指在完成水面艦艇單艦單元試驗和體系試驗的基礎(chǔ)上，考慮面向特定戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)役應(yīng)用目的的情況中水面艦艇在編組完成預(yù)定作戰(zhàn)任務(wù)或作戰(zhàn)使命的程度。

　　與靜態(tài)試驗所具有的評估的環(huán)境、條件明確，評估指標(biāo)和內(nèi)容方便可測，評估方法選取具體不同，水面艦艇動態(tài)試驗中存在著太多的不確定性，艦艇作戰(zhàn)效能、作戰(zhàn)適用性和體系貢獻率都是動態(tài)變化的，都不是靜態(tài)確定值，它們都隨戰(zhàn)場環(huán)境和作戰(zhàn)任務(wù)的變化而變化，因此，需要根據(jù)不同的試驗需要和應(yīng)用目標(biāo)進行動態(tài)分析，設(shè)計科學(xué)的試驗方案，確定評估的層次和指向，在此基礎(chǔ)上，確定需評估的指標(biāo)、評估方法并最終形成評估模型。

　　3結(jié)論

　　水面艦艇作戰(zhàn)試驗是一項龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要先進技術(shù)手段的有效支持。仿真技術(shù)從開始籌劃到形成試驗結(jié)論的各個階段，都能發(fā)揮重要作用。本文只是提出了在水面艦艇作戰(zhàn)試驗中應(yīng)用仿真技術(shù)的總體思路，具體細節(jié)還需進一步研究。

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　　相關(guān)科技類刊物推薦：國防科技(雙月刊)創(chuàng)刊于1978年，是國防科技大學(xué)主辦的科技軍事類綜合性學(xué)術(shù)期刊，雜志兼承國防和軍隊現(xiàn)代化建設(shè)法服務(wù)的宗旨，對世界國防科技、先進武器裝備跟蹤、研究。讀者為科技、軍事領(lǐng)域教學(xué)科研人員、國家軍隊人員。