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海军航空装备作战运用实验室建设研究

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《航空科学技术》2017年第1期

摘要:海军航空装备作战运用实验室具有单平台战斗使用方法、多平台综合运用和攻防体系对抗运用等实验功能,在支撑教学与培训、提供咨询与建议、促进科研与学术等方面具有重要作用.在分析该实验室的主要用途、基本功能、建设目标、建设思路的基础上,对实验平台的组成及基本功能、主要设计思想进行了阐述,对同类型实验室的建设具有一定的参考意义.

关键词:海军航空装备;作战运用实验室;对抗推演;分析

仿真海湾战争后,美军确立了“提出理论—作战实验—实兵演练—实战检验”的军队发展途径,建立了陆军实验室、空军实验室、海军实验室和陆战队实验室等一批专职实验室,在作战训练、武器评估、作战条令检验及作战能力分析等方面取得了显著成果[2G3].目前,在作战实验室中进行战争“预实验”已经是先进军队的主流做法,我军在此方面也进行了卓有成效的探索.随着我海军新型航空装备的陆续服役,如何创新航空装备作战理论、用好现有航空装备、挖掘航空装备作战潜能、培养高素质航空装备使用人员,是迫切需要解决的问题.实践经验表明:作战实验室是解决上述问题的有效途径.因此,加强航空装备作战运用实验室建设,对于探索航空装备战斗力生成模式和航空装备人才培养途径具有重要意义.

1海军航空装备作战运用实验室的建设思路

1.1主要用途海军航空装备作战运用实验室主要为满足海军航空装备作战推演实践教学和培训的需求,进行海军航空装备使用优化,为海军航空机载武器装备的战斗使用、单平台作战应用、多平台作战综合运用及航空装备攻防作战体系对抗运用提供实验环境和研究手段.其主要用途为:(1)支撑教学与培训:为航空装备、战术学专业研究生和相关专业本科生的课程实验教学、毕业综合演练和部队接装培训服务,提供装备推演、分析实验环境和辅助教学的平台;(2)提供咨询与建议:依托实验室研究平台,开展航空装备作战理论研究,取得的具有指导意义的研究成果可为学院、部队和机关开展航空装备运用与发展研究提供对策和建议;(3)促进科研与学术进步:一是为相关专业研究生完成学位论文提供实验条件;二是为海军航空装备作战理论与方法的研究活动提平台支撑;三是促进海军航空装备作战应用方向的深化研究,拓展航空装备研究方向.

1.2基本功能

1.2.1海军航空装备单武器平台战斗使用方法研究功能

以航空单平台及所属武器装备为研究对象,为以下科研和训练活动提供实验手段和支撑环境:(1)海军航空装备作战性能评估及影响因素分析;(2)海军航空平台与所属武器装备的组合、匹配方法研究;(3)海军航空装备战斗使用方法综合分析与优化;(4)单机飞行技能及战斗技能训练.

1.2.2海军航空装备多武器平台作战运用方法研究功能

以航空多平台为研究对象,为以下科研和训练活动提供实验手段和支撑环境:(1)多武器平台组合运用方法研究;(2)多武器平台协同方法研究;(3)多武器平台综合作战能力分析;(4)飞机编队战术对抗训练.

1.2.3海军航空装备攻防体系对抗运用方法研究功能

以航空装备攻防对抗体系为研究对象,为以下科研和训练活动提供实验手段和支撑环境:(1)海军航空装备攻防体系对抗能力分析;(2)海军航空装备攻防体系结构组合、替换与优化;(3)海军航空装备攻防体系对抗运用方法研究;(4)航空兵机群作战体系对抗推演.

1.3建设目标

海军航空装备作战运用实验室的建设以培养高素质信息化航空装备军事人才为主线,以挖掘信息化条件下的航空装备作战潜能和创新航空装备作战理论为目标,以服务部队作战应用为宗旨,以面向海军航空装备作战应用仿真所需的基础数据、模型和平台为建设重点,建成实验手段先进、平台运行稳定、模型数据齐备、仿真过程逼真、仿真结果可靠、评估手段多样、能适应海军航空装备作战运用研究的实验环境.实验室完全建成后,提供面向海军航空装备作战运用研究的实验平台,支持装备级、平台级、编队级和体系级的仿真实验。

1.4建设思路

(1)需求牵引,聚焦实战.以重大军事斗争准备需求、部队急需解决的作战军事问题和培养高素质军事人才为牵引,以形成航空装备作战运用实验能力为目标,推动实验室的建设.充分贯彻实战化教学训练理念,在仿真模型、能力数据、作战规则、信息流转、对抗环境、武器使用方法、指挥控制方式、训练模式、交互界面等方面与实战对接,正确反映航空装备运用方法、战场环境、作战对象、战术战法等外在因素对航空装备作战的影响,客观揭示航空装备攻防对抗制胜机理与战斗使用规律,为实战化教学训练提供有效支撑.

(2)突出重点,边建边用.航空装备作战运用实验室是一个系统工程,其基础模型建设、支撑环境建设、应用支持工具开发、仿真应用系统集成的工作量大、技术难度高,不可能一次性全部建成.因此,实验室将模型、数据与基础平台建设作为重点,分步实施.以急需解决的重点实验问题作为牵引,构建仿真实验运行环境,推动实验室滚动发展.在取得初步建设成果后,通过逐步应用、迭代开发、不断完善,进而促进实验室的全面建设.

(3)继承已有,创新发展.在继承本单位航空装备作战运用的优秀成果基础上,跟踪与借鉴国内外先进技术与成果,在研究方法、共性技术框架、仿真应用底层算法、集成方式、应用模式上创新发展,建立先进可靠、可控性和可扩展性强的航空装备作战应用仿真实验平台,制定科学、规范的仿真实验开发与应用指南,走出一条符合海军实际的作战运用实验室建设道路.

2实验平台的组成与功能

当前仿真学界认为:仿真是继理论研究、实验研究的第三种科学研究方法.海军航空装备作战运用实验平台的建设应充分发挥现代建模与仿真技术的优势,形成开放的体系结构,将部队作战训练规则、数据及人的经验纳入系统中,为实现实验室的顶层目标提供支撑服务.仿真平台主要由1个基础支撑平台、2个应用系统、3个资源库、4个工具软件组成,如图1所示.基础支撑平台是分布并行仿真模型调度引擎;应用系统包括航空装备作战应用推演系统和航空装备作战应用分析系统;资源库包括模型库、数据库和规则库;工具软件包括实验设计软件、想定编辑软件、导调控制软件和分析评估软件。

2.1资源层与支撑层

分布并行仿真模型调度引擎是实验平台底层核心基础支撑平台.该引擎通过采用类的自我描述特性、基于扩展的OODA指控理论、基于类工厂设计模式和基于数字地球的地理信息构建技术等,构建仿真引擎的顶层框架,使其具有想定加载、解析、时间管理、对象管理、模型调度、任务计划管理、组织结构管理、组件管理、组件间数据共享、实体间通信仿真、外部管理与控制、仿真数据的内部截取、断点保存与恢复、坐标变换与地理信息运行期查询、分布并行执行等功能,可有效支撑人在回路的交互式对抗推演和闭环大样本仿真实验两类典型应用系统的开发.

2.2工具层

为应用层软件提供实用工具,支持运行前想定编辑与实验设计、运行中导调控制和运行后的分析评估.(1)实验设计软件.实验设计软件主要辅助实验设计人员根据实验目标设计仿真基本想定,依据基本想定所包含的信息与相应的模型描述信息,进行实验指标选取、设置,实验因素选取、设置,并根据选定的实验设计方法规划样本空间、设定仿真次数、生成仿真实验方案.(2)想定编辑软件.为部队提供易用、快捷的人机交互界面,用于完成战场环境的设置、作战兵力设置、作战行动计划编辑及作战任务编辑,为实验运行提供初始想定方案及战场、兵力、任务、行动约束框架.想定编辑软件运行界面如图2所示.(3)导调控制软件.主要用来辅助导调人员快速制订演练规划、部署仿真资源、设计演练对抗过程、调控演练进程、控制系统运行、观察战场态势,以确保仿真按预期目的有序、有效、安全、可控运行.仿真导调控制软件运行界面如图3所示.(4)分析评估软件.分析评估软件以满足海军航空装备作战效能评估和作战辅助决策的应用需求为目标,以效能评估流程为框架、以评估指标体系为牵引、以评估分析模型为核心,在对仿真系统数据采集的基础上,挖掘和分析影响航空装备效能的制约因素,为单平台战斗使用优化、多平台综合运用和攻防体系对抗运用提供支持.

2.3应用层

海军航空装备作战运用影响因素多、交互关系复杂,且与攻防态势密切相关.为此,实验室通过构建海军航空装备战术对抗推演系统和海军航空装备作战应用分析系统两个应用系统支撑作战运用方法研究.前者采用人在回路的双边对抗推演方式,将人的决策认知引入仿真推演系统,主要用于红蓝方作战筹划、指挥控制决策训练以及对抗条件下的战法推演;后者采用闭环大样本仿真实验分析方式,充分发挥现代计算机处理速度快的优势,采用蒙特卡洛方法统计分析给定初始条件下的作战寻优问题,可得到人在回路的双边对抗推演方式下不易取得的定量分析结论.两者各有优长,相互补充.(1)海军航空装备战术对抗推演系统.基于HLA/RTI分布交互仿真技术,构建一个以装备能力为基础、以人主导的攻防对抗推演环境,用以支撑体系对抗条件下的海军航空装备作战运用方法研究.实验流程分为推演准备、推演实施和推演总结3个阶段.推演准备阶段主要完成的工作有问题提出、模型准备、想定生成和模型部署;推演实施阶段即进行作战推演;推演总结阶段主要完成的工作有结果分析、经验规则提取、模型完善补充.在线研讨贯穿于实验流程的各个阶段.(2)海军航空装备作战应用分析系统.以海军典型主战航空装备为主要研究对象,构建航空装备作战应用分析系统,使其具有大样本仿真实验能力,为武器系统使用、作战平台应用及多平台综合运用方法研究、分析、优化与评估提供支持.该系统可为航空装备对抗推演系统提供辅助决策支持.实验流程分为实验设计、想定编辑、仿真运行与数据记录、仿真结果分析与评估4个阶段.想定编辑是根据实验问题编辑形成基本仿真想定,实验设计对基本仿真想定进行可变因素变换,并形成含有m个想定的想定空间集,将m个想定调度到仿真引擎各执行n次,最后统计分析m×n次运行结果数据,找出影响实验问题的敏感因素,分析各因素对结果的影响程度.

3主要设计思想

3.1分布并行一体化

为提高仿真运行的效率,系统采用并行与分布相结合的处理方式.各仿真节点通过局域网连接,运行HLA/RTI仿真平台之后,实现各仿真节点的分布处理.高性能仿真模型服务器作为仿真成员连接于RTI总线上,同时为了发挥服务器并行计算能力,其各仿真模型采用并行处理方式,同时满足分布交互推演与闭环并行仿真开发需求.

3.2前台与后台分离设计

后台是在分布仿真运行调度框架约束与控制下执行仿真模型的解算、交互、调度与管理的环境,并对外提供仿真模型的控制接口,也称为仿真引擎.前台是为仿真控制人员(包括红蓝方指挥员,兵力、武器设备操作控制人员,导调控制人员)指挥控制兵力、控制仿真运行、调度仿真资源提供前端服务(收集兵力及仿真信息、下达控制命令)的应用软件,通常带有显控界面.采用前台和后台分离的设计思想,有利于仿真模型的模块化、组件化设计,提高仿真模型的可重用性.对前端功能的退化、裁剪或增强,可以使仿真系统适应不同的仿真应用需求。

3.3体系结构的开放性设计

一是模型库、数据库和规则库与模型调度引擎分离,可以在不编译源代码的前提下,对模型、数据和规则进行升级维护,使仿真实验可以迭代进行,模型、数据和规则VV&A更加容易,并提高系统的可维护性.二是实验系统采用开放的配置脚本,配置脚本采用XML标准化文档格式描述,可实现在线调阅与修改,不影响系统的运行框架,可显著增强系统的灵活性和适应性,提高定制能力.三是实体拥有的属性、外部可控的接口及行为计划的自我描述,可使应用前端进行查询与自动理解,提高系统的可扩展性和可控性.四是采用分布对称部署结构和反射技术,使对象的组织结构和属性在远程异地与本地完全一致,适应仿真节点的动态变化,提高系统的伸缩性.

3.4参数化建模、模块化组装参数化

建模,即“通用模型+能力参数”形成具体型号装备的模型,使得模型具有较好的通用性、可扩展性和快速修改能力.通过基础模型,可派生出不同子类,不同子类通过参数化定制,形成一定型号的设备.如从传感器模型派生一个子类“CGuideRdarSnsorae”,通过赋予该子类一些能力指标,如发射功率、增益、搜索角速度、搜索范围等,可描述空舰导弹的另一型号末制导雷达的基本能力。模块化组装,即采用“装备模型+共享属性状态池+控制器模型+装配脚本”的方式,构成具有特定功能和行为的作战实体,用于描述某一型复杂作战平台的能力.实例化后便成为一个具体的作战单元.由于采用组装方式,模型可以装配到各种平台,显著提高了模型的可复用性.

4结语

加强航空装备作战运用实验室的建设,不仅是改进教学条件、创新研究方法的有效手段,也是加速推进航空装备战斗力生成模式转变的有效途径,模块化组装基本原理示意图空装备作战理论的创新发展、航空装备作战能力的深度挖掘、航空装备使用人才的有效培养和航空装备学科的深化拓展产生积极意义.在实验室深化建设过程中,一是要继续强化标准和规范的建设和应用,搞好系统的顶层设计,增强系统适应需求的能力;二是注重模型、数据和规则的建设,提高仿真的可信度与逼真度,确保实验室的“生命力”.目前,海军航空装备作战运用实验室已向海军航空兵、岸防部队以及学院兵种战术学、军事装备学专业开放,完成了多项防空反导、航空反潜、对海突击战法实验任务,为部队完善战法训法和学院推进实战化教学提供了有效支撑。

参考文献:

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[10]杨南征.虚拟演兵[M].北京:解放军出版社,2007:4.

作者:滕克难1;侯学隆2;姜青山2 单位:1.海军航空工程学院,2.海军航空工程学院

航空科学技术杂志责任编辑:冯紫嫣    阅读:人次
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