海軍航空裝備作戰運用實驗室建設研究范文

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《航空科學技術》2017年第1期

摘要:海軍航空裝備作戰運用實驗室具有單平臺戰斗使用方法、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.

關鍵詞:海軍航空裝備;作戰運用實驗室;對抗推演;分析

仿真海灣戰爭后,美軍確立了“提出理論—作戰實驗—實兵演練—實戰檢驗”的軍隊發展途徑,建立了陸軍實驗室、空軍實驗室、海軍實驗室和陸戰隊實驗室等一批專職實驗室,在作戰訓練、武器評估、作戰條令檢驗及作戰能力分析等方面取得了顯著成果[2G3].目前,在作戰實驗室中進行戰爭“預實驗”已經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服役,如何創新航空裝備作戰理論、用好現有航空裝備、挖掘航空裝備作戰潛能、培養高素質航空裝備使用人員,是迫切需要解決的問題.實踐經驗表明:作戰實驗室是解決上述問題的有效途徑.因此,加強航空裝備作戰運用實驗室建設,對于探索航空裝備戰斗力生成模式和航空裝備人才培養途徑具有重要意義.

1海軍航空裝備作戰運用實驗室的建設思路

1．1主要用途海軍航空裝備作戰運用實驗室主要為滿足海軍航空裝備作戰推演實踐教學和培訓的需求,進行海軍航空裝備使用優化,為海軍航空機載武器裝備的戰斗使用、單平臺作戰應用、多平臺作戰綜合運用及航空裝備攻防作戰體系對抗運用提供實驗環境和研究手段.其主要用途為:(1)支撐教學與培訓:為航空裝備、戰術學專業研究生和相關專業本科生的課程實驗教學、畢業綜合演練和部隊接裝培訓服務,提供裝備推演、分析實驗環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、部隊和機關開展航空裝備運用與發展研究提供對策和建議;(3)促進科研與學術進步:一是為相關專業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境:(1)海軍航空裝備作戰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)海軍航空裝備戰斗使用方法綜合分析與優化;(4)單機飛行技能及戰斗技能訓練.

1．2．2海軍航空裝備多武器平臺作戰運用方法研究功能

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境:(1)多武器平臺組合運用方法研究;(2)多武器平臺協同方法研究;(3)多武器平臺綜合作戰能力分析;(4)飛機編隊戰術對抗訓練.

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構組合、替換與優化;(3)海軍航空裝備攻防體系對抗運用方法研究;(4)航空兵機群作戰體系對抗推演.

1．3建設目標

海軍航空裝備作戰運用實驗室的建設以培養高素質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潛能和創新航空裝備作戰理論為目標,以服務部隊作戰應用為宗旨,以面向海軍航空裝備作戰應用仿真所需的基礎數據、模型和平臺為建設重點,建成實驗手段先進、平臺運行穩定、模型數據齊備、仿真過程逼真、仿真結果可靠、評估手段多樣、能適應海軍航空裝備作戰運用研究的實驗環境.實驗室完全建成后,提供面向海軍航空裝備作戰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.以重大軍事斗爭準備需求、部隊急需解決的作戰軍事問題和培養高素質軍事人才為牽引,以形成航空裝備作戰運用實驗能力為目標,推動實驗室的建設.充分貫徹實戰化教學訓練理念,在仿真模型、能力數據、作戰規則、信息流轉、對抗環境、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對接,正確反映航空裝備運用方法、戰場環境、作戰對象、戰術戰法等外在因素對航空裝備作戰的影響,客觀揭示航空裝備攻防對抗制勝機理與戰斗使用規律,為實戰化教學訓練提供有效支撐.

(2)突出重點,邊建邊用.航空裝備作戰運用實驗室是一個系統工程,其基礎模型建設、支撐環境建設、應用支持工具開發、仿真應用系統集成的工作量大、技術難度高,不可能一次性全部建成.因此,實驗室將模型、數據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,構建仿真實驗運行環境,推動實驗室滾動發展.在取得初步建設成果后,通過逐步應用、迭代開發、不斷完善,進而促進實驗室的全面建設.

(3)繼承已有,創新發展.在繼承本單位航空裝備作戰運用的優秀成果基礎上,跟蹤與借鑒國內外先進技術與成果,在研究方法、共性技術框架、仿真應用底層算法、集成方式、應用模式上創新發展,建立先進可靠、可控性和可擴展性強的航空裝備作戰應用仿真實驗平臺,制定科學、規范的仿真實驗開發與應用指南,走出一條符合海軍實際的作戰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.海軍航空裝備作戰運用實驗平臺的建設應充分發揮現代建模與仿真技術的優勢,形成開放的體系結構,將部隊作戰訓練規則、數據及人的經驗納入系統中,為實現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、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度引擎;應用系統包括航空裝備作戰應用推演系統和航空裝備作戰應用分析系統;資源庫包括模型庫、數據庫和規則庫;工具軟件包括實驗設計軟件、想定編輯軟件、導調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字地球的地理信息構建技術等,構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、模型調度、任務計劃管理、組織結構管理、組件管理、組件間數據共享、實體間通信仿真、外部管理與控制、仿真數據的內部截取、斷點保存與恢復、坐標變換與地理信息運行期查詢、分布并行執行等功能,可有效支撐人在回路的交互式對抗推演和閉環大樣本仿真實驗兩類典型應用系統的開發.

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實驗目標設計仿真基本想定,依據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,并根據選定的實驗設計方法規劃樣本空間、設定仿真次數、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,用于完成戰場環境的設置、作戰兵力設置、作戰行動計劃編輯及作戰任務編輯,為實驗運行提供初始想定方案及戰場、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)導調控制軟件.主要用來輔助導調人員快速制訂演練規劃、部署仿真資源、設計演練對抗過程、調控演練進程、控制系統運行、觀察戰場態勢,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效能評估和作戰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,在對仿真系統數據采集的基礎上,挖掘和分析影響航空裝備效能的制約因素,為單平臺戰斗使用優化、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

海軍航空裝備作戰運用影響因素多、交互關系復雜,且與攻防態勢密切相關.為此,實驗室通過構建海軍航空裝備戰術對抗推演系統和海軍航空裝備作戰應用分析系統兩個應用系統支撐作戰運用方法研究.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,主要用于紅藍方作戰籌劃、指揮控制決策訓練以及對抗條件下的戰法推演;后者采用閉環大樣本仿真實驗分析方式,充分發揮現代計算機處理速度快的優勢,采用蒙特卡洛方法統計分析給定初始條件下的作戰尋優問題,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論.兩者各有優長,相互補充.(1)海軍航空裝備戰術對抗推演系統.基于HLA/RTI分布交互仿真技術,構建一個以裝備能力為基礎、以人主導的攻防對抗推演環境,用以支撐體系對抗條件下的海軍航空裝備作戰運用方法研究.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推演;推演總結階段主要完成的工作有結果分析、經驗規則提取、模型完善補充.在線研討貫穿于實驗流程的各個階段.(2)海軍航空裝備作戰應用分析系統.以海軍典型主戰航空裝備為主要研究對象,構建航空裝備作戰應用分析系統,使其具有大樣本仿真實驗能力,為武器系統使用、作戰平臺應用及多平臺綜合運用方法研究、分析、優化與評估提供支持.該系統可為航空裝備對抗推演系統提供輔助決策支持.實驗流程分為實驗設計、想定編輯、仿真運行與數據記錄、仿真結果分析與評估4個階段.想定編輯是根據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個想定調度到仿真引擎各執行n次,最后統計分析m×n次運行結果數據,找出影響實驗問題的敏感因素,分析各因素對結果的影響程度.

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,系統采用并行與分布相結合的處理方式.各仿真節點通過局域網連接,運行HLA/RTI仿真平臺之后,實現各仿真節點的分布處理.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并行仿真開發需求.

3．2前臺與后臺分離設計

后臺是在分布仿真運行調度框架約束與控制下執行仿真模型的解算、交互、調度與管理的環境,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,導調控制人員)指揮控制兵力、控制仿真運行、調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,可以使仿真系統適應不同的仿真應用需求。

3．3體系結構的開放性設計

一是模型庫、數據庫和規則庫與模型調度引擎分離,可以在不編譯源代碼的前提下,對模型、數據和規則進行升級維護,使仿真實驗可以迭代進行,模型、數據和規則VV&A更加容易,并提高系統的可維護性.二是實驗系統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,可實現在線調閱與修改,不影響系統的運行框架,可顯著增強系統的靈活性和適應性,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,提高系統的可擴展性和可控性.四是采用分布對稱部署結構和反射技術,使對象的組織結構和屬性在遠程異地與本地完全一致,適應仿真節點的動態變化,提高系統的伸縮性.

3．4參數化建模、模塊化組裝參數化

建模,即“通用模型＋能力參數”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＋共享屬性狀態池＋控制器模型＋裝配腳本”的方式,構成具有特定功能和行為的作戰實體,用于描述某一型復雜作戰平臺的能力.實例化后便成為一個具體的作戰單元.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結語

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