仿真模拟训练系统总体设计

朱峰 陈忠 蔡骏

摘要：按照战训一致的原则，发展仿真模拟训练系统，对于构建完整的训练体系、模拟近似实战的环境与对手、提升训练的效能从而最终提升部队打胜仗的能力具有重要的意义。介绍了发展仿真模拟训练系统的必要性。重点开展了仿真模拟训练系统总体设计，规划了系统的体系架构，分析了主要仿真技术的优缺点及在模拟训练中的应用适应性，提炼了系统的关键技术，最后对全文进行了总结。

关键词：战术级；模拟仿真训练；虚拟现实技术；影像靶；增强现实

中图分类号：TN92文献标识码： A

按照“战训”一致的原则，实兵、实装、实弹等条件下的实兵训练作为最古老的作战模拟方式，是最为理想的訓练方式，但同时存在以下不足：一是大规模调遣多军兵种联合兵力，组织全要素的实兵对抗训练，协调难度大，安全风险高，且容易对周边造成不必要的紧张局势；二是训练消耗大，保障困难，训练成本高，难以实现训练的常态化；三是难以对“代差级”武器装备性能进行有效模拟，无法开展真正意义上的“红蓝”对抗；四是无法模拟交战双方尚未服役武器装备的作战效能，不支持超前训练功能。

在作战装备建设的基础上，仿真模拟训练系统基于计算机生成兵力技术，从兵力、装备、行为、作战规则等各个维度对假想敌进行模拟，为作战部队提供多样化、贴近实际的蓝军对手，通过环境构设系统，构建了符合实际的复杂战场环境，基于半实物仿真技术和虚拟仿真技术，提供逼真、可交互操作的模拟装备。在作战任务驱动之下，构建完整的仿真模拟训练系统，实现多人条件下的人机对抗训练、人人对抗训练，能够辅助提升单兵战术技能，强化对作战装备的掌握和灵活运用，提升班、排的战斗协同能力，辅助联合作战能力生成，全面提高任务部队遂行各类作战任务的能力。

1 仿真模拟训练的建设必要性分析

1.1 对仿真模拟训练的理解

在仿真模拟训练的定义中，“仿真”是指，使用模拟器、计算机模型等方法，仿制现实环境中无法获得或者常态化使用费用较高、组织困难的作战资源，例如敌方、境外作战环境、运输直升机、侦察无人机、水面舰艇等。“模拟训练”是与实兵训练相对的概念，是建立在仿真基础上的训练模式，随着信息技术的不断发展，其可支持的训练内容不断扩展，与实兵训练的界线趋于模糊，虚实趋于一体。

仿真模拟训练由于其主体以虚拟化为主，并不能取代所有的军事训练内容，而应该有所重点支持，作为对实兵训练的一种重要补充。在右图中，基础训练是仿真模拟训练的入场条件，但仿真模拟训练可以支持对一些重点装备学习与操控的训练；仿真模拟训练重点在对班组、分队等级别作战能力训练；仿真模拟训练能够作为联合作战训练的下级，纳入整个训练体系；在临战条件下，根据对各类仿真模拟训练科目进行定制，构建与具体战斗任务一致的训练内容。

1.2 发展仿真模拟训练系统的必要性

仿真模拟训练系统能够为战术对抗训练构建动态逼真的敌后复杂作战环境。虚拟军事仿真平台可以针对不同作战方向典型地域构建动态逼真的敌后复杂环境，并设置各种可能的突发情况，提供灵活多变、贴近实战的训练环境。

仿真模拟训练系统能够为战术对抗训练提供多样化、贴近实际的模拟作战对手。一方面基于计算机生成兵力技术，从兵力、装备、行为、作战规则等多方面对假想敌进行建模仿真。另一放面基于半实物仿真技术和虚拟仿真技术，为作战部队提供逼真的，可交互操作的模拟装备。

仿真模拟训练系统能够为战术对抗训练提供高效实用的协同训练手段。传统训练手段无法针对实战构建训练环境、模拟作战对手行动和设定突发情况，使得训练效果大打折扣，而仿真模拟训练可以解决这个问题。

2 仿真模拟训练系统总体设计

2.1 系统架构

着眼任务部队战斗力的有效生成与常态保持，以提高遂行典型作战任务中的指挥控制能力、战术对抗能力、协同作战能力和临机处置能力为核心训练目标，综合运用虚拟现实技术、计算机生成兵力技术、大数据、云计算等先进技术手段，与作战装备、半实物仿真模拟器、虚拟现实设备等训练资源互联互通，构造一种战场环境逼真、对抗要素齐全、兵力模型可信、高度沉浸交互的综合性、对抗性模拟训练支撑环境，有效满足任务部队自主组织模拟训练的需要，为构建具有我军特色的作战训练体系提供支撑。

仿真模拟训练系统体系架构图

在图中，构建了仿真模拟训练的运行支撑平台，提供了统一的仿真模型和仿真平台服务，通过训练资源接入服务统一接入各类作战平台、作战装备、半实物仿真设备等，在服务总线支持下统一调度与管理。从系统功能角度，分为训练管理和训练应用系统两个方面，前者重在对日常训练的规划和管理工作，面向机关参谋人员；后者重在具体训练内容的实施开展，面向组训和受训人员。根据部队训练内容的需要，集成相应的专业化训练手段，比如虚拟现实、影像靶等相关设备，在仿真模拟训练平台的支撑下，打造个性化的训练系统。战术级仿真模拟训练主要能够支持作战装备操控、战术协同训练、战术对抗训练、行动方案推演等训练内容。

2.2 主要仿真技术应用分析

2.2.1 虚拟现实技术（VR）

虚拟现实技术是指借助计算机图形学、传感器、立体显示等多种技术，创造出的一种崭新的人机交互方式，为用户带来逼真的、身临其境的体验。该技术能够把战场环境的渲染与装备运用的真实感、未来战场的严酷性一致起来，最大程度地再现战时场景，使受训部队在近似实战环境中开展训练。

从训练的角度来讲，虚拟现实技术的优点在于，能够充分模拟各类战场环境，战场环境沉浸感强，具有多类仿真资源，人机实时互动。由于完全沉浸于虚拟空间，其缺点也显而易见，首先与单兵作战装备结合比较困难，需要在系统中准确地模拟所有装备，支持协同行动训练有限，无法模拟真实环境下的战斗协同，眩晕感强，在当前的技术条件下，仅能支持1小时以内的训练，运动状态下的时间更为有限（2030分钟）。

针对该技术的优缺点，在模拟仿真训练中，该技术能够支持对战场环境的认知训练，对重点作战装备的学习与操作训练，支持作战方案推演评估以及简单战斗协同行动演练。

2.2.2 影像靶技术

影像靶技术运用激光定位、建模仿真、高清投影技术，构建和变换不同的数字图像场景，营造声、光、电等战场效果，支持单兵实装实弹或操作仿真枪械进行人人对抗或人机对抗，能够控制训练进程和支持结果实时判定，能够锻炼单兵射击技能和战术素养。

该技术的优点在于，战场环境沉浸感强，支持單兵全实装训练，作战效果实时显示。缺点是，国内尚未广泛应用，对技术运用模式认识不够明确，同时只能在有限的物理范围内展开。

根据该技术的优缺点，在模拟仿真训练中，该技术可以支持室内条件下战斗射击技能训练、小场地协同训练、战术对抗训练等训练内容。

2.2.3 LVC技术

LVC是将Live、Virtual、Constructive三类仿真资源进行异构网络互联的关键技术，实质是采取综合集成的思路，通过定义综合集成标准，设计综合集成框架，将多种训练资源有效连接在一起，构建综合仿真训练环境，满足不同类型作战人员和指挥人员进行联合训练的需求。

该技术属于体系互联技术，其优点是，支持多种训练模式，异构训练系统广泛融合，训练场地异地共用。而缺点在于，系统整体运用把握困难，异构系统时空同步互联技术实现难度大。

在仿真模拟训练系统中，该技术可以用来构建分布交互式对抗训练以及带实兵的全系统全要素集成训练。

2.2.4 增强现实/混合现实技术（AR/MR）

增强现实/混合现实技术，通过计算机图形学和视觉技术，将虚拟的信息添加到真实世界，使得真实的环境和虚拟的物体实时地出现在同一个画面或空间，在虚拟世界、现实世界和用户之间搭起一个交互反馈的信息回路。

AR训练目前能够支持行动方案的人在回路推演，但由于对实时对抗行动支持弱（动作识别困难、精度差），对该技术在军事训练中的运用尚需一定的技术积累。

3 关键技术

3.1 仿真模型的体系化、标准化和组件化

为实现驱动各类模型开展信息化条件下的仿真训练，作战仿真系统的兵力仿真模型的设计与实现需做到体系化、标准化和组件化。体系化是指根据特种作战特点，构建层次清晰、分类合理、功能切分明确的模型体系，通过模型组合运行能够完整再现“虚拟战场”；标准化是指为规范各单位仿真模型研制，实现各类模型在同一平台、同一框架下协调运行，需建立明确的建模标准，构建仿真对象模型模板，在模型功能描述、交互方式、输入输出、驱动方式等方面做出明确的约束；组件化是指为满足系统研制和运行需要，各个仿真模型应能封装成组件，实现模型组件与模型运行平台分离，模型与数据分离，便于实际使用中的各类不同模型的灵活组配和调用。

3.2 CGF智能化建模技术

CGF模型主要用于模拟红方特战队员和蓝方兵力。为此，CGF模型在组件化建模的基础上运用智能化建模技术，构建具有一定行为决策和智能决策能力的单兵CGF模型行为组件，使模拟的红方特战队员、蓝方士兵、恐怖分子等能够智能化地自动响应战场环境，增强模拟训练的仿真度与可信度。建模包括三个层次：CGF的指挥决策模型采用基于决策行为树的方法构建，以作战规则作为行为决策的依据；实体行为模型采用层次化的并行状态机实现，符合我军兵力实体作战特点；构建机器学习的行为库，辅助提升CGF指挥和行为模型的智能化、拟真化。

3.3 基于信息系统的异构系统互联技术

基于信息系统的异构系统互联技术是研究的重点和难点之一。异构系统互联重点研究采用RTI和DDS等互联方式，实现异构系统互联互通互操作解决方案。其技术的基础是仿真互联中间件的研发，采用LVC分布式仿真互连中间件，实现与异构系统的互联设计框架。其具体内容包括异构系统互联框架设计、数据接口、订阅发布、不同频率系统仿真时间管理问题、数据交换的实时性问题等。

4 结语

本文全面考察了各类仿真技术在军事训练领域的应用可行性，构建了战术训练运行支撑平台，能够接入各类作战平台及装备、半实物仿真设备、虚拟训练模型等各类训练资源，通过与专用训练手段的服务化集成，按需构建符合部队实际任务需要的训练系统。仿真模拟训练代表了训练领域的重要发展方向，发展仿真模拟训练系统，能够支撑作战部队开展常态化、面向实战的战术训练，对于全面提升其遂行作战任务的能力具有重要的现实意义。

参考文献：

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