軍用仿真技術(shù)發(fā)展設(shè)想

一、 概述

    仿真技術(shù)是以相似原理、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和各種物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究的一種綜合性技術(shù)。它綜合集成了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖形圖像技術(shù)、多媒體、軟件工程、信息處理、自動(dòng)控制等多個(gè)高新技術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)。

    隨著仿真技術(shù)在科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展中的作用愈來(lái)愈顯重要，特別是軍事科學(xué)，隨著高、精尖武器系統(tǒng)的研制和發(fā)展，對(duì)軍用仿真技術(shù)的應(yīng)用和研究提出了更高的要求。世界各軍事強(qiáng)國(guó)竟相在新一代武器系統(tǒng)的研制過(guò)程中不斷完善仿真方法，改進(jìn)仿真手段，以提高研制工作的綜合效益。軍用仿真技術(shù)在武器系統(tǒng)戰(zhàn)技指標(biāo)論證、方案選擇、研制、試驗(yàn)、鑒定、改進(jìn)提高以及部隊(duì)維護(hù)保養(yǎng)和訓(xùn)練中的應(yīng)用，已得到研制方和使用部隊(duì)的承認(rèn)和重視。它對(duì)提高新一代武器系統(tǒng)綜合性能，減少系統(tǒng)實(shí)物試驗(yàn)次數(shù)、縮短研制周期，節(jié)省研制經(jīng)費(fèi)，提高維護(hù)水平，延長(zhǎng)壽命周期，強(qiáng)化部隊(duì)訓(xùn)練等方面都可大有作為。

二、 國(guó)內(nèi)外軍用仿真技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1．國(guó)外軍用仿真技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀態(tài)

    美國(guó)國(guó)防部高度重視仿真技術(shù)的發(fā)展，近十多年來(lái)，美國(guó)一直將建模與仿真列為重要的國(guó)防關(guān)鍵技術(shù)。1992年公布了“國(guó)防建模與仿真倡議”，并成立了國(guó)防建模與仿真辦公室，負(fù)責(zé)倡議的實(shí)施：1992年7月美國(guó)防部公布了“國(guó)防科學(xué)技術(shù)戰(zhàn)略”，“綜合仿真環(huán)境”被列為保持美國(guó)軍事優(yōu)勢(shì)的七大推動(dòng)技術(shù)之一；1995年10月，美國(guó)防部公布了“建模與仿真主計(jì)劃”，提出了美國(guó)防部建模與仿真的六個(gè)主目標(biāo)；1997年度的“美國(guó)國(guó)防技術(shù)領(lǐng)域計(jì)劃”，將“建模與仿真”列為“有助于能極大提高軍事能力的四大支柱（戰(zhàn)備、現(xiàn)代化、部隊(duì)結(jié)構(gòu)、持續(xù)能力）的一項(xiàng)重要技術(shù)，并計(jì)劃從1996年至2001年投資5.4億美元、年均投資0.9億美元”。同時(shí)美國(guó)國(guó)防科學(xué)局（Defense Science Board）認(rèn)為建立集成的綜合仿真環(huán)境和仿真系統(tǒng)，必須解決五個(gè)層次的使能技術(shù)，(enabling technologies )（即應(yīng)能解決實(shí)現(xiàn)的技術(shù)）

• 第一層次——基礎(chǔ)技術(shù)。
  包括：光纖通訊、集成電路、軟件工具、人的行為模型、環(huán)境模型等。
• 第二層次——元、部件級(jí)技術(shù)
  包括：內(nèi)存、顯示、局域網(wǎng)、微處理器、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，數(shù)/模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，建模與仿真構(gòu)造工具，測(cè)試設(shè)備等。
• 第三層次——系統(tǒng)級(jí)技術(shù)
  包括：微機(jī)系統(tǒng)，人一機(jī)界面，遠(yuǎn)距離通訊/廣域網(wǎng)、計(jì)算機(jī)圖象生成。
• 第四層次——應(yīng)用級(jí)技術(shù)
  包括：制造過(guò)程仿真、工程設(shè)計(jì)建模與仿真，含人仿真系統(tǒng)，隨機(jī)作戰(zhàn)仿真等。
• 第五層次——集成綜合環(huán)境和建模與仿真工程
  包括：原型機(jī)、規(guī)劃、設(shè)計(jì)與制造，訓(xùn)練與備戰(zhàn)，測(cè)試與評(píng)估。

    上述使能技術(shù)有些商業(yè)市場(chǎng)解決，如微機(jī)系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離通訊/廣域網(wǎng)、人一機(jī)界面、計(jì)算圖象生成、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、局域網(wǎng)、光纖通訊、軟件工程工具等，也就是大部份的硬件和網(wǎng)絡(luò)能力由商業(yè)市場(chǎng)作為成熟產(chǎn)品提供。而為滿(mǎn)足軍用仿真需求，有些如制造過(guò)程仿真，工程設(shè)計(jì)建模與仿真，隨機(jī)作戰(zhàn)仿真，環(huán)境模型等都由關(guān)國(guó)防部組織解決。

    數(shù)學(xué)模型是仿真的基礎(chǔ)，要仿真，必須對(duì)被仿真的對(duì)象或系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，也就是對(duì)客觀世界中客觀事物進(jìn)行數(shù)學(xué)抽象和數(shù)學(xué)描述。數(shù)學(xué)模型的正確與否以及其精確度直接影響仿真的置信度。所以，建模以后必須經(jīng)過(guò)驗(yàn)?zāi)�，�?yàn)?zāi)＞褪菍?duì)模型的評(píng)估過(guò)程。但對(duì)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中的某些部件，由于它的非線(xiàn)性，很難用數(shù)學(xué)模型表達(dá)得那么準(zhǔn)確。因此，導(dǎo)彈武器系統(tǒng)，無(wú)論是戰(zhàn)術(shù)的還是戰(zhàn)略的，美國(guó)三軍都非常重視半實(shí)物仿真在導(dǎo)彈研制中的作用。雖然這是化費(fèi)較大的工程，但是幾年來(lái)，美、歐、日各方都化費(fèi)巨資建立半實(shí)物仿真系統(tǒng)，以加快精確制導(dǎo)武器的研制。

    同樣，歐洲對(duì)于仿真的研究歷來(lái)也十分重視。北大西洋公約組織（NATO）于1992年9月成立了DIS工作組。同年歐洲學(xué)術(shù)界的二百個(gè)成員成立了歐洲仿真特殊興趣組，并于次年組建了“仿真未來(lái)：新概念、工具和應(yīng)用”基礎(chǔ)研究工作組。制定了仿真基礎(chǔ)研究和開(kāi)發(fā)為第一優(yōu)先主題。其第二個(gè)主題即為開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域。尤其是象并行和分布式仿真這樣的基礎(chǔ)技術(shù)，圍繞這個(gè)主題將就“仿真互操作性”展開(kāi)行動(dòng)計(jì)劃。并對(duì)應(yīng)于美國(guó)DIS工作組成立一些對(duì)應(yīng)的“影子”機(jī)構(gòu)進(jìn)行跟蹤研究。

2．國(guó)內(nèi)軍用仿真技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

    我國(guó)軍用仿真技術(shù)的發(fā)展已有四十年的歷史。尤其在“七五”以來(lái)的十多年中，通過(guò)邊建邊用，以及上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的重視，仿真技術(shù)得到了飛速發(fā)展。突出表現(xiàn)在以下方面：

    ⑴ 建成了航天機(jī)電集團(tuán)以北京仿真中心為代表的，科技集團(tuán)以上海八院八部的射頻、紅外仿真系統(tǒng)為代表的服務(wù)于各類(lèi)新型導(dǎo)彈、衛(wèi)星、運(yùn)載火箭和魚(yú)雷等仿真的“八大仿真系統(tǒng)”以及用于新型軍機(jī)研制的飛機(jī)工程仿真系統(tǒng)，為仿真技術(shù)的研究和應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

    ⑵ 90年代我國(guó)開(kāi)始對(duì)分布交互仿真，虛擬現(xiàn)實(shí)等先進(jìn)仿真技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行研究，開(kāi)展了較大規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)仿真，由單個(gè)武器平臺(tái)的性能仿真發(fā)展為多武器平臺(tái)在作戰(zhàn)環(huán)境下的對(duì)抗仿真。

    ⑶ 研制出了連續(xù)系統(tǒng)仿真語(yǔ)言ICSLⅡ和ICSL++仿真環(huán)境，連續(xù)/離散（事件）系統(tǒng)仿真語(yǔ)言IHSL和圖形輸入仿真語(yǔ)言IFAS等通用仿真語(yǔ)言及射頻、紅外、反坦克導(dǎo)彈、衛(wèi)星、戰(zhàn)略導(dǎo)彈和運(yùn)載火箭等半實(shí)物仿真專(zhuān)用軟件。正在研制基于高檔微機(jī)、工作站通用、并發(fā)、一體化仿真軟件。

    ⑷ 視頻/紅外動(dòng)態(tài)圖象轉(zhuǎn)換技術(shù)攻關(guān)，并研制出了能產(chǎn)生紅外動(dòng)態(tài)圖象的原理試驗(yàn)樣機(jī)。其中，MOS電阻橋陣方案已研制出64×64象元，幀頻100HZ的工程試驗(yàn)樣機(jī)；紅外CRT已研制出8~12μm的工程試驗(yàn)樣機(jī)。

    ⑸ 堅(jiān)持邊建邊用的原則，在應(yīng)用方面取得顯著成果。有效的應(yīng)用于新型武器的研制，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高武器系統(tǒng)性能；以及診斷并排除隱患和故障、提高型號(hào)研制質(zhì)量；大大減少實(shí)彈試驗(yàn)次數(shù)和試驗(yàn)數(shù)量，從而起到了縮短研制周期、節(jié)約研制經(jīng)費(fèi)、提高武器系統(tǒng)效費(fèi)比的巨大作用。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，仿真技術(shù)可縮短導(dǎo)彈武器研制周期20~40%，節(jié)約導(dǎo)彈定型試驗(yàn)所需彈數(shù)10~30%；魚(yú)雷試航次數(shù)減少50~80%；縮短艦船作戰(zhàn)系統(tǒng)、武器系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時(shí)間40~60%。從可量化的數(shù)字看，至95年底，仿真技術(shù)在我國(guó)各類(lèi)導(dǎo)彈（含魚(yú)雷、運(yùn)載火箭）、衛(wèi)星、飛機(jī)、艦船、坦克和高炮的研制中，仿真創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益達(dá)人民幣5億元以上。

    射頻目標(biāo)雜波、干擾和多路徑效應(yīng)仿真，已可基本滿(mǎn)足相應(yīng)型號(hào)仿真工程建設(shè)的要求。

三、 軍用仿真的發(fā)展設(shè)想

1．環(huán)境仿真

    無(wú)論是單武器平臺(tái)性能仿真還是多武器平臺(tái)在對(duì)抗作戰(zhàn)環(huán)境下的體系對(duì)抗仿真，環(huán)境仿真都是重要的組成部分。美國(guó)在環(huán)境仿真方面，研制了各種運(yùn)動(dòng)仿真器，如高精度飛行仿真轉(zhuǎn)臺(tái)、加速度模擬器、真空模擬器等，建立了逐步完善的各種實(shí)體模型數(shù)據(jù)庫(kù)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境（如地形、地貌、海洋、大氣、空間等）數(shù)據(jù)庫(kù)，并用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，建立虛擬仿真環(huán)境、虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境等，以支撐其各種仿真的需要。

    要完成環(huán)境仿真，必須解決兩方面的問(wèn)題

    ⑴ 環(huán)境模型的建立
    軍事應(yīng)用中的環(huán)境是千變?nèi)f化的，不同的地形、地貌、氣象、電磁干擾、噪聲等等都有其不同的環(huán)境特征，要對(duì)其建立有相當(dāng)置信度的模型是很復(fù)雜的，所以環(huán)境仿真建模工作應(yīng)作為基礎(chǔ)性研究進(jìn)行。

    ⑵ 環(huán)境效應(yīng)
    這是一個(gè)更加復(fù)雜的問(wèn)題，實(shí)際上也就是仿真環(huán)境動(dòng)態(tài)變化時(shí)，對(duì)仿真結(jié)果所產(chǎn)生的影響。例如，軍艦，反艦導(dǎo)彈與海情，風(fēng)力、風(fēng)速，加上多路徑這些環(huán)境之間是相互交互的。這些都增加了仿真達(dá)到相當(dāng)置信度的難度。

    2．分布式仿真技術(shù)與訓(xùn)練仿真技術(shù)

    美國(guó)是較早發(fā)展分布式交互仿真技術(shù)的國(guó)家。1983年美國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）

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