海軍航空裝備作戰(zhàn)運用實驗室建設研究范文

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《航空科學技術(shù)》2017年第1期

摘要:海軍航空裝備作戰(zhàn)運用實驗室具有單平臺戰(zhàn)斗使用方法、多平臺綜合運用和攻防體系對抗運用等實驗功能,在支撐教學與培訓、提供咨詢與建議、促進科研與學術(shù)等方面具有重要作用.在分析該實驗室的主要用途、基本功能、建設目標、建設思路的基礎上,對實驗平臺的組成及基本功能、主要設計思想進行了闡述,對同類型實驗室的建設具有一定的參考意義.

關(guān)鍵詞:海軍航空裝備;作戰(zhàn)運用實驗室;對抗推演;分析

仿真海灣戰(zhàn)爭后,美軍確立了“提出理論—作戰(zhàn)實驗—實兵演練—實戰(zhàn)檢驗”的軍隊發(fā)展途徑,建立了陸軍實驗室、空軍實驗室、海軍實驗室和陸戰(zhàn)隊實驗室等一批專職實驗室,在作戰(zhàn)訓練、武器評估、作戰(zhàn)條令檢驗及作戰(zhàn)能力分析等方面取得了顯著成果[2G3].目前,在作戰(zhàn)實驗室中進行戰(zhàn)爭“預實驗”已經(jīng)是先進軍隊的主流做法,我軍在此方面也進行了卓有成效的探索.隨著我海軍新型航空裝備的陸續(xù)服役,如何創(chuàng)新航空裝備作戰(zhàn)理論、用好現(xiàn)有航空裝備、挖掘航空裝備作戰(zhàn)潛能、培養(yǎng)高素質(zhì)航空裝備使用人員,是迫切需要解決的問題.實踐經(jīng)驗表明:作戰(zhàn)實驗室是解決上述問題的有效途徑.因此,加強航空裝備作戰(zhàn)運用實驗室建設,對于探索航空裝備戰(zhàn)斗力生成模式和航空裝備人才培養(yǎng)途徑具有重要意義.

1海軍航空裝備作戰(zhàn)運用實驗室的建設思路

1．1主要用途海軍航空裝備作戰(zhàn)運用實驗室主要為滿足海軍航空裝備作戰(zhàn)推演實踐教學和培訓的需求,進行海軍航空裝備使用優(yōu)化,為海軍航空機載武器裝備的戰(zhàn)斗使用、單平臺作戰(zhàn)應用、多平臺作戰(zhàn)綜合運用及航空裝備攻防作戰(zhàn)體系對抗運用提供實驗環(huán)境和研究手段.其主要用途為:(1)支撐教學與培訓:為航空裝備、戰(zhàn)術(shù)學專業(yè)研究生和相關(guān)專業(yè)本科生的課程實驗教學、畢業(yè)綜合演練和部隊接裝培訓服務,提供裝備推演、分析實驗環(huán)境和輔助教學的平臺;(2)提供咨詢與建議:依托實驗室研究平臺,開展航空裝備作戰(zhàn)理論研究,取得的具有指導意義的研究成果可為學院、部隊和機關(guān)開展航空裝備運用與發(fā)展研究提供對策和建議;(3)促進科研與學術(shù)進步:一是為相關(guān)專業(yè)研究生完成學位論文提供實驗條件;二是為海軍航空裝備作戰(zhàn)理論與方法的研究活動提平臺支撐;三是促進海軍航空裝備作戰(zhàn)應用方向的深化研究,拓展航空裝備研究方向.

1．2基本功能

1．2．1海軍航空裝備單武器平臺戰(zhàn)斗使用方法研究功能

以航空單平臺及所屬武器裝備為研究對象,為以下科研和訓練活動提供實驗手段和支撐環(huán)境:(1)海軍航空裝備作戰(zhàn)性能評估及影響因素分析;(2)海軍航空平臺與所屬武器裝備的組合、匹配方法研究;(3)海軍航空裝備戰(zhàn)斗使用方法綜合分析與優(yōu)化;(4)單機飛行技能及戰(zhàn)斗技能訓練.

1．2．2海軍航空裝備多武器平臺作戰(zhàn)運用方法研究功能

以航空多平臺為研究對象,為以下科研和訓練活動提供實驗手段和支撐環(huán)境:(1)多武器平臺組合運用方法研究;(2)多武器平臺協(xié)同方法研究;(3)多武器平臺綜合作戰(zhàn)能力分析;(4)飛機編隊戰(zhàn)術(shù)對抗訓練.

1．2．3海軍航空裝備攻防體系對抗運用方法研究功能

以航空裝備攻防對抗體系為研究對象,為以下科研和訓練活動提供實驗手段和支撐環(huán)境:(1)海軍航空裝備攻防體系對抗能力分析;(2)海軍航空裝備攻防體系結(jié)構(gòu)組合、替換與優(yōu)化;(3)海軍航空裝備攻防體系對抗運用方法研究;(4)航空兵機群作戰(zhàn)體系對抗推演.

1．3建設目標

海軍航空裝備作戰(zhàn)運用實驗室的建設以培養(yǎng)高素質(zhì)信息化航空裝備軍事人才為主線,以挖掘信息化條件下的航空裝備作戰(zhàn)潛能和創(chuàng)新航空裝備作戰(zhàn)理論為目標,以服務部隊作戰(zhàn)應用為宗旨,以面向海軍航空裝備作戰(zhàn)應用仿真所需的基礎數(shù)據(jù)、模型和平臺為建設重點,建成實驗手段先進、平臺運行穩(wěn)定、模型數(shù)據(jù)齊備、仿真過程逼真、仿真結(jié)果可靠、評估手段多樣、能適應海軍航空裝備作戰(zhàn)運用研究的實驗環(huán)境.實驗室完全建成后,提供面向海軍航空裝備作戰(zhàn)運用研究的實驗平臺,支持裝備級、平臺級、編隊級和體系級的仿真實驗。

1．4建設思路

(1)需求牽引,聚焦實戰(zhàn).以重大軍事斗爭準備需求、部隊急需解決的作戰(zhàn)軍事問題和培養(yǎng)高素質(zhì)軍事人才為牽引,以形成航空裝備作戰(zhàn)運用實驗能力為目標,推動實驗室的建設.充分貫徹實戰(zhàn)化教學訓練理念,在仿真模型、能力數(shù)據(jù)、作戰(zhàn)規(guī)則、信息流轉(zhuǎn)、對抗環(huán)境、武器使用方法、指揮控制方式、訓練模式、交互界面等方面與實戰(zhàn)對接,正確反映航空裝備運用方法、戰(zhàn)場環(huán)境、作戰(zhàn)對象、戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法等外在因素對航空裝備作戰(zhàn)的影響,客觀揭示航空裝備攻防對抗制勝機理與戰(zhàn)斗使用規(guī)律,為實戰(zhàn)化教學訓練提供有效支撐.

(2)突出重點,邊建邊用.航空裝備作戰(zhàn)運用實驗室是一個系統(tǒng)工程,其基礎模型建設、支撐環(huán)境建設、應用支持工具開發(fā)、仿真應用系統(tǒng)集成的工作量大、技術(shù)難度高,不可能一次性全部建成.因此,實驗室將模型、數(shù)據(jù)與基礎平臺建設作為重點,分步實施.以急需解決的重點實驗問題作為牽引,構(gòu)建仿真實驗運行環(huán)境,推動實驗室滾動發(fā)展.在取得初步建設成果后,通過逐步應用、迭代開發(fā)、不斷完善,進而促進實驗室的全面建設.

(3)繼承已有,創(chuàng)新發(fā)展.在繼承本單位航空裝備作戰(zhàn)運用的優(yōu)秀成果基礎上,跟蹤與借鑒國內(nèi)外先進技術(shù)與成果,在研究方法、共性技術(shù)框架、仿真應用底層算法、集成方式、應用模式上創(chuàng)新發(fā)展,建立先進可靠、可控性和可擴展性強的航空裝備作戰(zhàn)應用仿真實驗平臺,制定科學、規(guī)范的仿真實驗開發(fā)與應用指南,走出一條符合海軍實際的作戰(zhàn)運用實驗室建設道路.

2實驗平臺的組成與功能

當前仿真學界認為:仿真是繼理論研究、實驗研究的第三種科學研究方法.海軍航空裝備作戰(zhàn)運用實驗平臺的建設應充分發(fā)揮現(xiàn)代建模與仿真技術(shù)的優(yōu)勢,形成開放的體系結(jié)構(gòu),將部隊作戰(zhàn)訓練規(guī)則、數(shù)據(jù)及人的經(jīng)驗納入系統(tǒng)中,為實現(xiàn)實驗室的頂層目標提供支撐服務.仿真平臺主要由1個基礎支撐平臺、2個應用系統(tǒng)、3個資源庫、4個工具軟件組成,如圖1所示.基礎支撐平臺是分布并行仿真模型調(diào)度引擎;應用系統(tǒng)包括航空裝備作戰(zhàn)應用推演系統(tǒng)和航空裝備作戰(zhàn)應用分析系統(tǒng);資源庫包括模型庫、數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫;工具軟件包括實驗設計軟件、想定編輯軟件、導調(diào)控制軟件和分析評估軟件。

2．1資源層與支撐層

分布并行仿真模型調(diào)度引擎是實驗平臺底層核心基礎支撐平臺.該引擎通過采用類的自我描述特性、基于擴展的OODA指控理論、基于類工廠設計模式和基于數(shù)字地球的地理信息構(gòu)建技術(shù)等,構(gòu)建仿真引擎的頂層框架,使其具有想定加載、解析、時間管理、對象管理、模型調(diào)度、任務計劃管理、組織結(jié)構(gòu)管理、組件管理、組件間數(shù)據(jù)共享、實體間通信仿真、外部管理與控制、仿真數(shù)據(jù)的內(nèi)部截取、斷點保存與恢復、坐標變換與地理信息運行期查詢、分布并行執(zhí)行等功能,可有效支撐人在回路的交互式對抗推演和閉環(huán)大樣本仿真實驗兩類典型應用系統(tǒng)的開發(fā).

2．2工具層

為應用層軟件提供實用工具,支持運行前想定編輯與實驗設計、運行中導調(diào)控制和運行后的分析評估.(1)實驗設計軟件.實驗設計軟件主要輔助實驗設計人員根據(jù)實驗目標設計仿真基本想定,依據(jù)基本想定所包含的信息與相應的模型描述信息,進行實驗指標選取、設置,實驗因素選取、設置,并根據(jù)選定的實驗設計方法規(guī)劃樣本空間、設定仿真次數(shù)、生成仿真實驗方案.(2)想定編輯軟件.為部隊提供易用、快捷的人機交互界面,用于完成戰(zhàn)場環(huán)境的設置、作戰(zhàn)兵力設置、作戰(zhàn)行動計劃編輯及作戰(zhàn)任務編輯,為實驗運行提供初始想定方案及戰(zhàn)場、兵力、任務、行動約束框架.想定編輯軟件運行界面如圖2所示.(3)導調(diào)控制軟件.主要用來輔助導調(diào)人員快速制訂演練規(guī)劃、部署仿真資源、設計演練對抗過程、調(diào)控演練進程、控制系統(tǒng)運行、觀察戰(zhàn)場態(tài)勢,以確保仿真按預期目的有序、有效、安全、可控運行.仿真導調(diào)控制軟件運行界面如圖3所示.(4)分析評估軟件.分析評估軟件以滿足海軍航空裝備作戰(zhàn)效能評估和作戰(zhàn)輔助決策的應用需求為目標,以效能評估流程為框架、以評估指標體系為牽引、以評估分析模型為核心,在對仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的基礎上,挖掘和分析影響航空裝備效能的制約因素,為單平臺戰(zhàn)斗使用優(yōu)化、多平臺綜合運用和攻防體系對抗運用提供支持.

2．3應用層

海軍航空裝備作戰(zhàn)運用影響因素多、交互關(guān)系復雜,且與攻防態(tài)勢密切相關(guān).為此,實驗室通過構(gòu)建海軍航空裝備戰(zhàn)術(shù)對抗推演系統(tǒng)和海軍航空裝備作戰(zhàn)應用分析系統(tǒng)兩個應用系統(tǒng)支撐作戰(zhàn)運用方法研究.前者采用人在回路的雙邊對抗推演方式,將人的決策認知引入仿真推演系統(tǒng),主要用于紅藍方作戰(zhàn)籌劃、指揮控制決策訓練以及對抗條件下的戰(zhàn)法推演;后者采用閉環(huán)大樣本仿真實驗分析方式,充分發(fā)揮現(xiàn)代計算機處理速度快的優(yōu)勢,采用蒙特卡洛方法統(tǒng)計分析給定初始條件下的作戰(zhàn)尋優(yōu)問題,可得到人在回路的雙邊對抗推演方式下不易取得的定量分析結(jié)論.兩者各有優(yōu)長,相互補充.(1)海軍航空裝備戰(zhàn)術(shù)對抗推演系統(tǒng).基于HLA/RTI分布交互仿真技術(shù),構(gòu)建一個以裝備能力為基礎、以人主導的攻防對抗推演環(huán)境,用以支撐體系對抗條件下的海軍航空裝備作戰(zhàn)運用方法研究.實驗流程分為推演準備、推演實施和推演總結(jié)3個階段.推演準備階段主要完成的工作有問題提出、模型準備、想定生成和模型部署;推演實施階段即進行作戰(zhàn)推演;推演總結(jié)階段主要完成的工作有結(jié)果分析、經(jīng)驗規(guī)則提取、模型完善補充.在線研討貫穿于實驗流程的各個階段.(2)海軍航空裝備作戰(zhàn)應用分析系統(tǒng).以海軍典型主戰(zhàn)航空裝備為主要研究對象,構(gòu)建航空裝備作戰(zhàn)應用分析系統(tǒng),使其具有大樣本仿真實驗能力,為武器系統(tǒng)使用、作戰(zhàn)平臺應用及多平臺綜合運用方法研究、分析、優(yōu)化與評估提供支持.該系統(tǒng)可為航空裝備對抗推演系統(tǒng)提供輔助決策支持.實驗流程分為實驗設計、想定編輯、仿真運行與數(shù)據(jù)記錄、仿真結(jié)果分析與評估4個階段.想定編輯是根據(jù)實驗問題編輯形成基本仿真想定,實驗設計對基本仿真想定進行可變因素變換,并形成含有m個想定的想定空間集,將m個想定調(diào)度到仿真引擎各執(zhí)行n次,最后統(tǒng)計分析m×n次運行結(jié)果數(shù)據(jù),找出影響實驗問題的敏感因素,分析各因素對結(jié)果的影響程度.

3主要設計思想

3．1分布并行一體化

為提高仿真運行的效率,系統(tǒng)采用并行與分布相結(jié)合的處理方式.各仿真節(jié)點通過局域網(wǎng)連接,運行HLA/RTI仿真平臺之后,實現(xiàn)各仿真節(jié)點的分布處理.高性能仿真模型服務器作為仿真成員連接于RTI總線上,同時為了發(fā)揮服務器并行計算能力,其各仿真模型采用并行處理方式,同時滿足分布交互推演與閉環(huán)并行仿真開發(fā)需求.

3．2前臺與后臺分離設計

后臺是在分布仿真運行調(diào)度框架約束與控制下執(zhí)行仿真模型的解算、交互、調(diào)度與管理的環(huán)境,并對外提供仿真模型的控制接口,也稱為仿真引擎.前臺是為仿真控制人員(包括紅藍方指揮員,兵力、武器設備操作控制人員,導調(diào)控制人員)指揮控制兵力、控制仿真運行、調(diào)度仿真資源提供前端服務(收集兵力及仿真信息、下達控制命令)的應用軟件,通常帶有顯控界面.采用前臺和后臺分離的設計思想,有利于仿真模型的模塊化、組件化設計,提高仿真模型的可重用性.對前端功能的退化、裁剪或增強,可以使仿真系統(tǒng)適應不同的仿真應用需求。

3．3體系結(jié)構(gòu)的開放性設計

一是模型庫、數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫與模型調(diào)度引擎分離,可以在不編譯源代碼的前提下,對模型、數(shù)據(jù)和規(guī)則進行升級維護,使仿真實驗可以迭代進行,模型、數(shù)據(jù)和規(guī)則VV&A更加容易,并提高系統(tǒng)的可維護性.二是實驗系統(tǒng)采用開放的配置腳本,配置腳本采用XML標準化文檔格式描述,可實現(xiàn)在線調(diào)閱與修改,不影響系統(tǒng)的運行框架,可顯著增強系統(tǒng)的靈活性和適應性,提高定制能力.三是實體擁有的屬性、外部可控的接口及行為計劃的自我描述,可使應用前端進行查詢與自動理解,提高系統(tǒng)的可擴展性和可控性.四是采用分布對稱部署結(jié)構(gòu)和反射技術(shù),使對象的組織結(jié)構(gòu)和屬性在遠程異地與本地完全一致,適應仿真節(jié)點的動態(tài)變化,提高系統(tǒng)的伸縮性.

3．4參數(shù)化建模、模塊化組裝參數(shù)化

建模,即“通用模型＋能力參數(shù)”形成具體型號裝備的模型,使得模型具有較好的通用性、可擴展性和快速修改能力.通過基礎模型,可派生出不同子類,不同子類通過參數(shù)化定制,形成一定型號的設備.如從傳感器模型派生一個子類“CGuideRdarSnsorae”,通過賦予該子類一些能力指標,如發(fā)射功率、增益、搜索角速度、搜索范圍等,可描述空艦導彈的另一型號末制導雷達的基本能力。模塊化組裝,即采用“裝備模型＋共享屬性狀態(tài)池＋控制器模型＋裝配腳本”的方式,構(gòu)成具有特定功能和行為的作戰(zhàn)實體,用于描述某一型復雜作戰(zhàn)平臺的能力.實例化后便成為一個具體的作戰(zhàn)單元.由于采用組裝方式,模型可以裝配到各種平臺,顯著提高了模型的可復用性.

4結(jié)語

加強航空裝備作戰(zhàn)運用實驗室的建設,不僅是改進教學條件、創(chuàng)新研究方法的有效手段,也是加速推進航空裝備戰(zhàn)斗力生成模式轉(zhuǎn)變的有效途徑,模塊化組裝基本原理示意圖空裝備作戰(zhàn)理論的創(chuàng)新發(fā)展、航空裝備作戰(zhàn)能力的深度挖掘、航空裝備使用人才的有效培養(yǎng)和航空裝備學科的深化拓展產(chǎn)生積極意義.在實驗室深化建設過程中,一是要繼續(xù)強化標準和規(guī)范的建設和應用,搞好系統(tǒng)的頂層設計,增強系統(tǒng)適應需求的能力;二是注重模型、數(shù)據(jù)和規(guī)則的建設,提高仿真的可信度與逼真度,確保實驗室的“生命力”.目前,海軍航空裝備作戰(zhàn)運用實驗室已向海軍航空兵、岸防部隊以及學院兵種戰(zhàn)術(shù)學、軍事裝備學專業(yè)開放,完成了多項防空反導、航空反潛、對海突擊戰(zhàn)法實驗任務,為部隊完善戰(zhàn)法訓法和學院推進實戰(zhàn)化教學提供了有效支撐。

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作者：滕克難1；侯學隆2；姜青山2 單位：1．海軍航空工程學院，2．海軍航空工程學院