一体化训练与分布式交互仿真
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分布式交互仿真分布式交互仿真(DIS)是一种新兴的仿真技术。
它采用协调一致的结构、标准、协议和数据库,通过局域网和广域网将分散配置的武器装备仿真硬件、软件和仿真环境综合成为一个人可以参与交互作用的时空一致的共用仿真环境。
<br/> 从系统的物理构成来看,DIS系统是由仿真节点和计算机网络组成的。
仿真节点负责实现本节点仿真功能,包括动力学和运动学方程的求解、运动模拟、视景生成及音效合成、特殊效果(烟雾、爆炸和碰撞效果、风雨雷电等自然效果)合成、人机交互等。
分布在不同地域的仿真节点通过计算机网络连接起来,采用局域网、广域网、网关、网桥和路由器等互联设备连接这些节点。
<br/> 从组成单元的性质上看,可把DIS系统划分为以下三类节点: <br/> 虚拟的-包括各种类型的人在回路仿真器的计算机生成兵力,例如,计算机控制的飞机。
<br/> 结构的-包括高层集结模型、模拟军事演习和一些分析模型。
<br/> 真实的-包括实际的靶场和各种真实武器系统和仪表显示系统。
<br/> 分布式交互仿真的特点: <br/> 分布性-地域上分布的各仿真节点用网络连接,以实现共享一个综合环境。
DIS系统在功能和计算能力上也是分布的。
在DIS系统中,没有中央计算机,各仿真节点的地位是平等的。
DIS的各仿真节点具有自治性,即可联网交互运行,也可独立运行。
<br/> 交互式-首先是人在回路中仿真的互操作性,还包括各武器平台之间,武器平台与各种环境之间的交互作用,需要协调一致的结构、标准和协议。
<br/> 仿真性-分布式交互仿真包括三种类型的仿真: <br/> (1)真实仿真由实际的战斗人员使用实际的武器系统和保障系统,在尽可能真的作战环境中进行作战演习。
典型的例子是在美国国家训练中心进行的作战演习。
(2)虚拟仿真由实际作战人员操作仿真的武器系统进行的作战仿真。
第38卷第2期计算机仿真2021年2月文章编号:1006 - 9348(2021 )02 - 0001 -03试验训练一体化仿真支撑技术研究董志明,郭齐胜(陆军装甲兵学院演训中心,北京100072)摘要:武器装备信息化、体系化特征日益突出,多军兵种联合作战已成为主要作战形态。
针对当前实装对抗难以达到“体系 对抗”要求,将信息化训练场、实际武器装备体系、半实物模拟训练器、虚拟战场空间融为一体是实现“实装体系对抗”的有 效手段。
详细阐述了试验训练一体化支撑平台仿真环境柔性集成、装备体系虚实交互、联合试验训练支撑环境体系架构、约 束条件下LV C仿真实时互操作、复杂试验训练资源管理及服务化5项关键仿真支撑技术,为装备体系试验与训练提供了有效技术支撑。
关键词:试验;训练;一体化;仿真;支撑技术中图分类号:E911 文献标识码:BResearch on Support Technology of Testand Training Integrated SimulationDONG Zhi - ming,GU0 Qi - sheng(M ilitary E xercise and T raining C e n te r, A rm y A cadem y of A rm ored F o rc e s, B eijing 100072, C h in a)A B S T R A C T:W eapons and equipm ent are becom ing m ore and m ore inform ationized and sy stem atized, and jo in t operations betw een m u ltip le services and arm s have becom e the m ain form of o perations. C onsidering th at it is difficult to m eet the req u irem en ts of 44system confrontationM in the cu rre n t physical co n fro n tatio n, it is an effective m eans to realize **system co nfrontationM by integrating inform ation train in g g ro u n d, ac tu al w eapon an d eq u ip m en t sy stem, sem i -physical sim ulation tra in e r and virtual battlefield sp ace. T his p ap er expounds on five key sim ulation su p p o rt technologies :the integration of experim ental training su p p o rt platform sim ulation environm ent flexible in teg ratio n, in teraction an d jo in t test eq u ip m en t system arch itectu re, train in g support environm ent co n strain ts LVC real - tim e sim ulation in tero p erab ility, com plex experim ental training reso u rce m anagem ent an d se rv ic e, an d provides effective tech n ical support for train in g an d testin g the equipm ent system.K E Y W O R D S: T est ; T raining ; Integration ; Sim ulation ; S upporting technologyi引言武器装备信息化、体系化特征日益突出,多军兵种联合 作战已成为主要作战形态。
仿真体系结构发展现状与趋势研究陈西选;徐珞;曲凯;冯金金【摘要】随着信息技术的飞速发展,特别是cyber空间、cyber对抗等新概念、新技术的提出,要求仿真体系结构能够适应网络化、通用化、服务化、集成化的发展趋势,具有高可重用性、可扩展性、可组合性与互操作性,这对目前我军广泛采用的仿真体系结构带来了严峻挑战。
美军是目前主流仿真体系结构相关标准的制定者,代表了世界的先进水平,因此,对美军目前广泛采用的多个仿真体系结构进行了深入调研,着重分析了各个体系结构的技术特点、存在的问题,研究了美军用于指导未来仿真体系结构发展的路线图。
在此基础上,提出了我军新一代仿真体系结构发展的建议。
%With the rapid development of technology, particularly with the new concepts and technologies such as cyber space, it has posed a serious challenge for simulation architecture technology which has been widely used. The simulation architecture needs to adapt to the development trends of net-centric, universal, service-oriented, integrating, and needs to possess high reusability, scalability, composability and interoperability. The standards related to simulation architectures which have been used widely are drafted by U.S. Department of Defense, thus DoD represents the highest technology level in simulation architecture area. Therefore, this paper researches the simulation architecture which is used widely, and makes a deep analysis of the technical characteristics and problems of each architecture. It investigates and studies the LVC architecture roadmap of DoD, which is the development direction of the future DoD’s simulation architecture. It pro-poses somerecommendations for the development of simulation architecture based on the researches.【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】6页(P32-36,40)【关键词】建模与仿真(M&S);仿真体系结构;分布式交互仿真(DIS);高层体系结构(HLA);试验与训练使能体系结构(TENA);通用训练设备体系结构(CTIA);实物;虚拟和构造(LVC);LVC体系结构路线图(LVCAR)【作者】陈西选;徐珞;曲凯;冯金金【作者单位】华北计算技术研究所总体部,北京 100083;华北计算技术研究所总体部,北京 100083;华北计算技术研究所总体部,北京 100083;华北计算技术研究所总体部,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TP3161 引言近年来,随着军事需求与技术的发展,建模仿真应用越来越广泛,在国防建设、装备发展等过程中发挥了重大作用,已成为装备研制、新技术验证等方面的重要支撑手段。
军事仿真技术的发展概述仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础,以计算机和各种物理效应设备为工具,利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一种综合性技术。
随着仿真技术在科技进步和社会发展中的作用愈来愈显重要,特别是军事科学。
世界各军事强国竟相在新一代武器系统的研制过程中不断完善仿真方法,改进仿真手段,以提高研制工作的综合效益。
它对提高新一代武器系统综合性能,减少系统实物试验次数、缩短研制周期,节省研制经费,提高维护水平,延长寿命周期,强化部队训练等方面都可大有作为。
二、关键字分布式仿真技术;训练仿真技术;虚拟现实技术三、正文一、国外军用仿真技术发展现状态美国一直将建模与仿真列为重要的国防关键技术。
1992年公布了“国防建模与仿真倡议”,并成立了国防建模与仿真办公室,负责倡议的实施:1992年7月美国防部公布了“国防科学技术战略”,“综合仿真环境”被列为保持美国军事优势的七大推动技术之一;1995年10月,美国防部公布了“建模与仿真主计划”,提出了美国防部建模与仿真的六个主目标;1997年度的“美国国防技术领域计划”,将“建模与仿真”列为“有助于能极大提高军事能力的四大支柱(战备、现代化、部队结构、持续能力)的一项重要技术,并计划从1996年至2001年投资5.4亿美元、年均投资0.9亿美元"。
同时美国国防科学局( Defe nse Scie nee Board )认为建立集成的综合仿真环境和仿真系统,必须解决五个层次的使能技术,(en abli ng tech nologies ) (即应能解决实现的技术) 第一层次一一基础技术包括:光纤通信、集成电路、软件工具、人的行为模型、环境模型等。
第二层次一一元、部件级技术包括:内存、显示、局域网、微处理器、数据库管理结构,数/模,模/数转换器,建模与仿真构造工具,测试设备等等。
第三层次一一系统级技术包括:微机系统,人一机界面,远距离通讯/广域网、计算机图象生成。
关于变电站一二次联合仿真系统的设计分析发布时间:2021-08-20T15:45:34.147Z 来源:《当代电力文化》2021年4月10期作者:甘先锐[导读] 电网规模不断扩大的同时,变电站一二次回路系统也越来越复杂甘先锐深圳供电局有限公司培训与评价中心深圳市南山区 518000)摘要:电网规模不断扩大的同时,变电站一二次回路系统也越来越复杂。
本文基于一种新型的变电站一二次联合仿真系统设计介绍了该系统的主要结构与核心功能,分析了创建该系统所需要的几种关键技术。
该联合仿真培训系统可以为变电站运维管理人员从现象观察、参数测量以及运维操作等变电站一二次系统运维管理工作提供帮助。
关键词:变电站;一二次系统;联合仿真;仿真培训引言近年来,我国保持着较快的经济发展速度,城市化进程稳步推进,社会用电需求连年上升,同时社会各界对变电站与电网运行稳定性要求也越来越高。
变电站、电网结构的日趋复杂与电网规模的不断扩大,增大了变电站与电网的运维管理与异常排查的难度,为了提升变电站运管理人员的技能水平,丰富其在变电站运维管理中的实践经验,人们开发了多种变电站仿真培训系统。
但是,以往的变电站仿真培训系统在设计上通常是将一二次系统隔离开来进行单独的仿真运行,无法仿照实际情况进行一二次系统的联合仿真,因此其实践价值受到较大的限制。
本文基于一种变电站一二次系统联合仿真培训系统进行了分析,通过联合数字电网与变电站一二次设备进行三维仿真,可以结合电网二次回路原理图对电网运行管理中存在的各种异常问题进行仿真模拟,从而帮助电网运维管理人员定位电网异常位置,深入了解电网异常原因,进而及时排除故障,恢复电网正常运行。
通过对多种电网运行异常问题的三维仿真实训,还可以有效提高电网运维管理人员的理论知识水平与实际操作能力。
1变电站一二次系统联合仿真系统结构与功能分析变电站一二次系统联合仿真系统组成示意图如下图1所示,其主要包括数字电网、分布式仿真平台、一次设备仿真、自动化系统以及二次设备仿真与二次动态原理图等几个组成部分。
实战化联合空中作战训练体系和关键技术-军事技术论文-军事论文——文章均为WORD文档,下载后可直接编辑使用亦可打印——摘要:实战化训练是当前我军能力建设的迫切需求。
首先, 研究了美军联合训练技术体制和训练案例, 分析了一体化联合训练的发展趋势;然后, 针对我军实战化联合空中作战训练任务, 研究了我军当前联合空中作战训练体系的能力需求、总体架构和数据架构, 提出了一种以信息为中心、基于网络、面向服务且适合空军实战化训练的联合空中作战训练信息系统体系设想;最后, 分析了该体系的关键技术, 为我军联合空中作战训练系统的发展提供参考。
关键词:训练信息系统; 联合空中作战; 训练体系; 试验与训练使能架构;Abstract:Combat-oriented training is an urgent requirement for the construction of operation capability. Firstly, the system of the U.S. military joint training technologies and the training cases are studied. The development trend of the integrated joint training is analyzed. Then,aimed at the tasks of combat-oriented joint air combat training in our army, the current capacity requirement, the overall architecture and the data architecture of the joint air combat training system are studied. An information-centered, network-based, and service-oriented assume about the system of the joint air combat training information systems is proposed, adapting to the combat oriented air training. Finally, the systems key technologies are analyzed. The methods can provide references on the development of our joint air combat training systems.Keyword:training information system; joint air operations; training system; test and training enabling architecture (TENA) ;0 、引言实战化训练是提高作战能力的重要手段。
本文详细阐述了C3I系统仿真技术的建模方法、仿真环境、舰载C3I系统仿真技术的现状、仿真专家系统、多媒体仿真及分布式交互仿真的发展及趋向.主题词: C3I系统仿真、多媒体、分布式交互仿真一、前言现代海战,是空中、水面、水下同时作战的立体战争.参战双方的飞机、舰艇数量很多,在加上电子战等电磁环境和气象、海象等物理环境之类的诸多因素,使战场情况错综复杂,瞬息万变.因此,对军队指挥自动化系统来说,不仅是要求增加系统的处理批次、提高系统的处理速度,还要能方便、迅速地操作使用,从而有效发挥人的指挥才能.C3I系统作为一个庞大而复杂的工程,其研制费用昂贵, 且不可避免地随战术变化要求升级,因而时间不断往后推,等研制出来后, 还要有少数系统不能发挥出立项时所指望的效益.所以,要尽可能花少量经费,较短的研制周期,获得实用的最佳系统, 只有通过仿真技术才能达到安全、可靠、保密、应用灵活和高效费比的目的.仿真是一种可以控制的、无破坏性的、允许多次重复的、不受外界条件限制,功能比较齐全的试验手段.仿真技术是以控制论、相似原理和计算机技术为基础,以计算机和多种物理效应为工具, 借助系统模型对真实的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术,是用来研究C3I的先期开发工作及系统试验、检测和评估的一种有效手段.它可以有效地确定武器系统的作战区域,省弹、省钱、省时间; 可以弥补外场打靶试验的不足;能为管理决策和技术决策提供依据.通过仿真实验, 可使设计人员加深对系统的理解,对研制过程出现的问题快速研究并加以解决.先进仿真技术在国防系统和先进武器系统的规划、分析、设计、研制、运行、维护及战场模拟、军事演习、战斗管理和人员训练等方面起着极其重要的作用,受到人们的重视.二、C3I系统仿真建模C3I系统仿真是用来研究系统在特定条件下攻击特定目标的有效性、响应时间;研究指挥员的决策预案,优化操作程序;研究作战软件,并对多目标情况下多武器协同作战进行决策方案分析.1、仿真类型C3I系统仿真一般有三种类型:⑴全实物仿真.其特点是全部使用实际系统的子系统或部件,并加入人的因素. 它的作用主要是为作战积累经验,为改善系统提供依据.⑵半实物仿真.C3I半实物仿真,也叫 "系统试验床",它使用部分被仿真的C3I的硬件,系统的其它部分则采用计算机仿真形式,系统操作环境(包括威胁)可以是实物模拟,也可以是计算机仿真.目的是及早发现系统的问题和增加必要的新技术, 为完善系统提供条件.⑶计算机仿真.其特点是系统用严格的数学模型和一些规则来表示,不使用实际系统的任何硬件,是纯软件系统.三种模型综合使用,以长补短.2、C3I系统仿真环境仿真环境是一种逐步工作的环境.它包括确定仿真目标,建立系统模型, 建立适于仿真系统实现的仿真模型、仿真模型校验、仿真实验运行,结果分析、系统模型校验、再反馈修改模型或实验后再运行.要建立C3I系统仿真试验床,首先要明确仿真的任务和边界条件, 然后使仿真的战场环境和作战想定要有典型性. 要突出仿真各级指挥中心的信息活动和以通信网络为依托的情报信息和指挥信息处理过程,使指挥员身临其境地处于仿真环境中,进行信息处理和决策活动,直接参与人—机交互和仿真试验.仿真模型中的目标函数应该突出战斗力毁伤指数和决策总时延这两项指标, 由此反映我方在相同的兵力和武器装备条件下,由于C3I系统不同的结构或者不同的运用, 所导致的不同的合成指挥能力和快速反应能力.3、C3I系统仿真建模的方法一个仿真活动的全过程(生命周期)本质上是一种知识处理活动的过程.它包括:以模型为基础的活动;模型行为有关的活动;质量有关的活动.几十年来, 仿真界一直致力于研究面向用户及面向问题描述系统模型及其实验的各种技术, 其主要成果有面向方程、面向框图、面向事件、面向进程、面向活动等建模方法及仿真软件.⑴面向事件的仿真模型现在大部分用于C3I系统仿真的语言(或仿真程序)都是面向事件的事件调度法(Event Scheduling),由事件来驱动仿真程序的运行,如SLAM、GPSS和IHSL 都是通用的离散仿真语言,可以用来仿真象C3I系统这样的问题. 在这些语言中被建模的系统用事件、进程和实体来描述.⑵面向进程的建模方法面向进程的进程交互法(Process Interaction)是最有竞争力的一种方法.进程可以看成是一个实体,它包含一组逻辑上有关联的事件.进程可能有活动、睡眠、已安排和终结四种状态.进程要占用C3I系统服务设施,或者排队等待,或者按一定规则进行服务处理.C3I系统中多种进程的生命周期以及进程间的相互依赖关系描述, 构成仿真模型.⑶软件建模a、PSM方法这是美国通用电气公司使用的一种仿真语言和系统,专门用于处理器系统建模.它由定义语句和仿真语句组成.b、数学模型它包括目标分配模型、火力分配模型、连接对抗的排队论模型等.c、信息模型它是适应计算机进入非数值领域、信息处理领域形成的信息管理系统、网络系统、图象图形处理系统、人—机界面等处理方法的模型.d、人工智能模型它是把军事问题转换为专家系统式模型知识的软件模型.软件建模技术是体现C3I系统功能的关键技术.三、舰载C3I系统仿真技术现状系统仿真作为一种特殊的试验技术,经历了半个多世纪的发展,今天已成为一种真正的系统实验科学. 仿真规模已由控制和制导系统研制中的应用向全武器系统及其全生命周期发展;大规模的作战演练已经可以通过分布交互式仿真,借助于参试人员与作战平台和建立在数字计算机技术为支撑的虚拟仿真、各种计算机生成兵力、武器运行模型、作战规划流程交互作用而实现.仿真已开始向产业方向发展,仿真技术在不断自身完善和规范化.近年来,舰船仿真技术有了很大发展,已经成为舰船方案论证、分析设计、故障诊断、性能预测直至定型验收全过程中必不可少的工具.1、舰用仿真器舰用仿真器的作用是保证把舰员联系在一起,通过仿真情景和训练提高操作人员的熟练程度.舰用仿真器有两种:一种用于研究开发;一种用于训练.研究开发用的仿真器是用于舰船结构分析、运动分析、音响模拟技术. 训练用仿真器又分为以操作方法训练为中心的局部任务教练设备和以战术训练为中心的战术教练设备.⑴舰用战术训练仿真器结构及功能这种训练仿真器由CIC(作战情报中心)、计算机室、电源室、指挥室组成. CIC训练室设有与实际舰船功能相同的控制台,计算机房里用模拟材料制成的雷达影像,可显示与海上真实情况相同的图像,还可根据训练脚本控制模拟模型并显示每时每刻的变化.训练人员依靠这个显示可在与海上战斗相同的环境条件下进行训练. 训练用脚本输入在控制计算机中,不间断地执行,指挥官可以边监控训练状况边根据情况介入训练,或中断训练重新开始.详细记录训练经过和指挥官用控制台上的显示,在训练中或训练结束后自动分析其结果,供指挥官判断用. 控制用计算机的方式有多种,在训练仿真器中常用的有四种形式:·集中式.一般用于小规模系统,用一台计算机就完全可以连接所有的机器, 即简便又没有复杂的数据交换协议带来的烦恼,还易于实现实时处理.·并行松耦合式.可用于多个特殊的输入输出,但这种方式在2 台计算机间的数据交换量大,难于进行高速实时操作,适于较低速或小容量的数据交换.·并行紧耦合式.它使用存储器连接多台超小型机,能处理比较大规模的数据交换量,可用于大规模系统.·网络分布式.该方式使用5台网络机连接低的EWS (电子战系统).使用伊萨网,低级协议实现数据交换,不仅可以加大系统规模,而且可以并行地增设计算机,是一种扩充性好的方式,费用方面也比其它方式低廉.⑵训练用仿真器的模拟方法在采用仿真方法之前首先要将仿真对象模型化. 训练用仿真器的整个仿真模型是由目标模型、战场模型、设备性能模型、机器操作模型、博奕板等局部模型组成其模拟方法是按实战环境从雷达发出电波经过战场反射到目标. 其反射波再次经过战场被天线接收.被接收的电波经过天线、接收机等仪器后,在转发器中变成雷达影像.操作员边监视雷达影像边将探测结果传送给决策人员.这个过程是通过战场模型、目标模型、设备性能模型、机器操作模型来完成的.战场模型由传播、反射、杂乱回波三个局部模型组成. 传播模型采用电波方程式的数字式模型实现; 反射模型是根据数字式模型按照目标的态势实现雷达方位变化;杂乱回波模型是最难实现的模型.杂乱回波是在平面波通过云彩等杂乱回波时实现反射、衰减效果的. 该模型的实现是采用在集中地堆积很多木材的方法来考虑杂乱回波的.其做法是让每个单元都具有反射率和穿透率,然后把电波经过路线上单元的反射率和穿透率综合起来,作为整个杂乱回波的反射率和穿透率.机器操作模型分为传感器操作、情报处理系统操作、武器操作三种模型. 传感器操作模型是把操作员监视雷达和声纳的影像, 探测目标的操作模型化.情报处理系统操作模型是情况判断及决策的模型化,要实现精密模型需要高水平的知识处理.武器操作模型是使用规则库将武器操作模型化.⑶现用的舰载仿真器现代仿真技术的应用已从导弹动力学及控制系统仿真扩展到雷达系统, 引信战斗部系统、武器控制系统以及多兵种、多种武器的联合作战系统的仿真; 已从只在研制阶段进行仿真发展到包含批生产及部署使用等阶段在内的武器系统全寿命周期的仿真.舰载仿真器的作用是保证把舰员联系在一起,通过仿真情景和训练, 提高操作人员的熟练程度.·战略防御计划(SDI)国家试验台采用了先进的建模及仿真技术.该试验台可进行对选择结构的评价,并采用"人在闭环中"技术进行指挥与控制作战模拟.仿真与建模研制的重点放在对有能力支援SDI作战管理/指挥、控制、通信的可靠的软件系统进行评价.国家试验台还模拟SDI所需要的动态通信网.·嵌入式仿真器.a、OBT(独立的舰载训练装置),分成12个部分永久地安装在舰上.主要包括训练控制台、人工信号发生器和处理机、打印机/绘图仪、信号注入器、系统状态控制器、RF发射机和天线以及直升机接口.它是为与AN/SQS-53B/C 主动和被动声纳、AN/SQR-19(V)拖曳声纳、AN/SQQ-28(V)和LAMPS MK- Ⅲ系统连接的其它ASW作战系统以及MK-116Mod5,6或7ASW作战系统而设计的.它提供一个包括与舰艇战术声纳和火控系统相连的模拟器的训练环境.b、舰载雷达环境仿真器系统(RESS)是用来仿真防空战情况的. 该设备装在所有"小猎犬"级远程巡洋舰、"鞑人"级中程巡洋舰和DDG-993级驱逐舰上.它可用来训练、测试和评估舰载设备的性能,提供动态RF测试输入, 可同时或单独评估和维护AAW作战系统中的信号雷达处理部件. ·AAI公司1984年开发的20B5作战系统小组训练设备是比20B4 更先进的作战系统小组训练设备.其特点是反潜战(ASW)和全程EW激励,可激励声纳、通信、EW系统、武器和假目标以及雷达.可产生1024海里×1024 海里对抗区域内的情景, 示出多达128个威胁(包括100个空中,12个水上或水下响应,8个鱼雷目标和2个假目标), 其范围从最大雷达距离到最深的潜艇.能仿真包括5个雷达和2个声纳以及AN/SLQ-32(V)2电子对抗设备和AN/UGR-9海军14号数据链系统的只接收电报装置等9个舰载系统.该系统为MK-13制导导弹发射装置、MK-75、76毫米火炮、MK-15、20毫米"密集阵"近程武器系统、MK-309可旋转鱼雷发射管、MK-46ASW鱼雷、RIM-66 SM-1中程导弹、RCM-84"鱼叉"反舰导弹、SRBOC箔条发射装置、SLQ-25 NIXIE 声纳假目标和"大草原"/"假面人"ASW系统提供仿真的操作环境.·DCB海军指挥系统模拟器.是Cossor公司生产的, 安装在英国海军核动力潜艇上.该模拟器包括一个提供仿真目标数据的态势发生器,可以提供逼真的海洋环境信号,模拟训练所有传感器参数.模块化的、灵活的模拟器可以产生各种目标情景, 并且容易使用和扩展.·23型护卫舰雷达模拟器.是监视和敌我识别雷达模拟器(SIRAS), 安装在位于朴次茅斯的海军研究院的23型护卫舰上, 用于测试23 型护卫舰的指挥和控制系统.SIRAS模拟器将产生一定数量的有代表性目标的实时输出, 这些输出用于模拟护卫舰主雷达系统的信号处理系统, 这些实时输出信号及其它相关信息的控制装置将直接与真实雷达设备接口.SIRAS模拟器还将向与其连接的敌我识别系统的编码器/解码器提供视频输出.该模拟器有一个独立的、离线接口,它是借助MICRO VAX11 计算机操作的,除提供实时模拟外,计算机还与两个同步雷达视频发生器接口.·模拟无线电系统(SRS).是英国海军在Dryad 舰上安装的具有逼真特征的舰载无线通信模拟器, 在海上作战学校模拟了海军无线电信号发射的所有特征和困难情况.SRS系统可提供逼真的态势, 根据舰艇和频率的可用性之间的理论距离将操作者限制在实际"范围"和"通道"极限上.演习控制者还可以阻塞通信,并引入不同程度的噪音干扰,以表示信号的减弱和敌方干扰.·我国研制的16T-25型作战系统模拟训练仪, 可支持舰上的作战系统进行日常的操作训练,并具有通道检查、精度评估、反应时间测试及训练结果的显示记录等功能.·攻潜综合训练模拟系统. 是我国海军某学院研制的能对攻潜效果及时作出直观和定量评估,两个态势图上实时地显示武器弹着点、命中计数、命中距离等要素.2、电子战仿真器电子战仿真是以计算机控制为中心的仿真系统,是在与实战相同的电子战环境中怎样使对方的雷达和通信丧失战斗力.电子战包括电子支援措施(ESM)、电子措施(ECM)、电子对抗措施(ECCM).自电子战仿真技术兴起之后,对电子战的训练就渐渐使用仿真器了. 建立C3I与电子战系统模型的基本思想是使指挥员的感知战场与实际战场能最大程度的拟合. 为此就要通过仿真训练提高对战场的感知性能.C3I与电子战系统模型由侦察与探测系统子模型、通信系统子模型、数据处理系统子模型和电子战模型组成. 战场态势由侦察与探测系统子模型获得,通过通信系统子模型传输,最后由数据处理子模型进行处理形成感知战场,供决策之用.⑴电子战仿真器的分类根据使用目的和预算的不同,电子战仿真器的种类和规模也是多种多样的.电子战仿真器可分为两类,一类是用于评价、开发电子战仪器的;一类是用于对主要人员进行训练的.为实际进行电波发射,用于评价、开发电子战仪器的仿真器往往带有电波暗箱室.这类仿真器有三种方式:a、发射电波式.实际进行电波发射,制造出实际电子战环境,进行电子战仪器的开发并分析评估.b、混合式.不实际进行电波发射,但发射与实际相同的威胁信号,对电子战仪器接收装置和显示装置进行控制、试验.c、信号合成式.它是根据仿真信号的发生,通过接收功能进行电子战显示.该方式也用于训练主要人员.用于训练主要人员的电子战仿真器有a.战术剧情方式, 它运用构筑主体程序的战术剧情,进行电子战训练.b.搭载式是根据接收的假雷达波, 进行实飞条件下的电子战训练.五种仿真方式中,最引人注目的是搭载型,即是搭载在飞机上进行训练. 搭载型电子战仿真器收藏在外形类似新型中程空对空导弹的吊舱内. 其训练脚本是从30种敌方雷达模型中,预先选出8种编程,排入便携式存储模块.该模块记录飞行员操作等一系列训练结果,训练结束后能够再现其状况,获得准确的评价. 使用搭载型电子战仿真器进行训练对战斗机抵抗对空导弹威胁, 选择适应实战的最佳飞行航向有很大的帮助.⑵应用·EW-GEMS是一个通用的电子战仿真系统.其结构设计分作两个主要领域:1>高级仿真结构,2>一般软件工具及低级程序基础. 高级仿真结构主要考虑计算机/用户接口以及整个EW-GEMS过程的管理.它的最终形式是模块化,适应性强,且使用性、可维护性都较好.采用自下而上的软件设计方法建立软件库和工具.在对抗仿真完成的过程中,用户可通过屏幕得到描述整个仿真过程的信息,还可通过使用数据上卷功能在同一屏幕上观察到许多仿真运行时的参数并通过图形观察信息.·舰载C3I系统的模拟仿真测试系统由探测器模拟分系统、武器装备模拟分系统和仿真测试系统组成.它可为舰载C3I系统的设计,测验和性能评价提供良好的条件.驱动各类舰载C3I系统,完成系统联调、性能评价,外场应用仿真试验,设备通道检查, 故障诊断及系统的设计论证等项工作.·ALQ-T5仿真器和ALQ-T4仿真器.是美军在对EWO(电子战军官)教育中,用于EF-111和B-52电子战训练的仿真器.使用ALQ-T5 电子战仿真器掌握雷达预警装置及电波干扰设备的操作方法和功能、可预测的威胁电波和信号特性、电子战的筹划和应用方法.今后,我国要在电子战威胁环境仿真关键技术研究的基础上,集中力量迅速突破电子战建模与计算机仿真模拟技术,建设一个三维动态、多通道、多目标、多功能,能完成各种电子战装备的仿真设计、性能测试、训练演习的电子战威胁环境仿真系统.3、C3I仿真专家系统面对千变万化的作战过程,用传统的仿真只能从一种途径,严格地按预定的作战方针进行战斗模拟,往往忽略了指挥员的领导艺术、军事素质、作战经验等许多重要因素.为克服C3I系统仿真建模中人为决策过程中的明显技术障碍, 迫切需要使用专家系统.要建立一个建模与仿真的专家系统,除了知识库推理系统外,还要以数据库、模型库、实验框架库等为基础,构成系统的综合信息库.信息库与控制结构相互分离, 便于分别对其进行修改,并允许非确定的数据结构及进行动态操作.利用知识库专家系统建立仿真模型,能根据人类的经验知识把综合过程用规则形式进行描述.仿真专家系统遵循的模式是:系统分析人员描述有关系统的知识,确定目标并让系统类似一个仿真专家辅助建模;选择最优算法,进行程序自动生成, 运行并给出最优解.C3I系统仿真可以利用专家系统的知识建立人为决策的模型.仿真专家系统可用于仿真实验结果的检验和可信度分析. 目前最主要的应用是智能前端,即把专家系统建立在仿真软件与用户之间,用户直接同专家系统对话, 专家系统产生必要的指示或代码进入仿真软件. 还可以将仿真与专家系统结合于一个大型软件中,两者中的任何一个都可以是大型决策支持系统的一部分.舰艇作战仿真专家系统是将数据库技术, 人工智能和专家系统技术引入舰艇作战仿真领域的大型集成式智能仿真软件系统.它由四个库(数据库、模型库、知识库、作战仿真统计结果数据库),四个子系统( 舰艇作战智能仿真环境用户对话管理子系统、数据库管理子系统、模型库管理子系统、知识库管理子系统) 和四个专家系统(作战仿真辅助建模专家系统、作战仿真专家系统生成及运行控制专家系统、作战仿真结果分析专家系统、舰艇作战仿真专家系统)组成.四个库均采用ORACLE表形式,四个子系统采用C和PRO*C预编译接口程序实现,四个专家系统各自都有相应的结构.这种系统有效地克服了传统仿真系统的不足之处,具有更强的仿真能力.其仿真环境是建立在分布式关系数据库系统之上的,融合人工智能专家系统技术,服务于舰艇作战仿真全过程的智能仿真环境.一个完善的智能化仿真系统应具有的功能是:·能接受问题描述,并通过咨询知识库综合仿真模型,最后推荐一个能满足指定目标的方案; ·能对仿真建模、实验方案设计、运行及结果解释等的合理性、可信性予以解释;·具有学习能力;·具有彩色图形及动画显示,为用户提供多种信息表达形式.智能化仿真系统的研究始于十多年前,其研究成果也有些报道.在作战模拟中应用人工智能和专家系统的例子有:·兰德战略评估系统(RSAS):利用人工智能技术(基于启发式规则的构模) 使模型代替部分或全部局中人.·鹰:一个军级作战模型,分辨率为营级单位, 由陆军的训练与条令司令部的分析司令部(TRAC)和络斯阿拉莫斯实验室开发. 这个模型使用专家系统来模拟复杂的指挥和控制活动.·嵌入式作战仿真专家系统(SCSES):该系统由态势仿真子系统、潜艇作战专家系统、战舰护航编队作战专家系统组成.态势仿真子系统使用大量的数学模型,在每一个仿真时间步内完成战场态势推演、各作战实体之间发现/丢失等信号的生成以及武器运动轨迹递推等任务.它可看成是战场上各类事件的发生器,是对作战双方指挥员所面临的真实战场的仿真. 潜艇作战专家系统是采用多知识源协同求解的黑板模型方式实现专家系统的,它接收来自态势仿真子系统的战场态势数据,对其分析、总结,正确判明态势,采取相应战术动作. 战舰护航编队作战专家系统是由多个地理位置上分布的单舰作战专家系统和旗舰作战专家系统组成的分布式专家系统. 目前实现的这种系统的主要特点有:⑴将AI和ES、DB、SS技术融为一个有机整体,各取所长、互相配合;⑵多种知识表示方法;⑶黑板模型及双方、多级、多种推理机制; ⑷结构清晰,易扩充,便于总结、存贮专家经验;⑸人机界面友好、规范等等.四、C3I系统仿真技术的新发展及趋势分析总结仿真技术在海湾战争中应用的经验, 世界各军事大国对仿真技术的发展更加重视.尤其是美国,更加强了这方面的组织领导,新组建了国防建模与仿真办公室,提出了新的建模与仿真的投资。
STOW -战争综合演练场阿强摘要:STOW -战争综合演练场美国 DARPA 和大西洋司令部联合资助战争综合演练场 STOW(Synthetic Threat Of War)项目,1997年10月,举行了STOW97联合演练,STOW97是军事仿真演练的一个重要里程碑。
在STOW项目体系结构和协议基础上,美国国防部建模与仿真办公室于1996年9月正式颁布了新一代的分布交互仿真技术标准高层体系结构(High Level Architecture, HLA),解决了DIS不能满足大规模仿真的需求,通过建立一个通用的高层仿真体系,达到各种模型和仿真的互操作性和可重用性。
除了美国之外,欧洲以及日本、新加坡、韩国等东亚国家从20世纪90年代初开始了切实积极的研究,一些著名大学和研究所的研究人员陆续推出了多个实验性分布式虚拟现实系统或开发环境。
我国一些高校和科研院所的研究人员从不同角度开始对虚拟现实进行研究,国家科技部、国家自然科学基金委员会等开始对虚拟现实领域的研究给予资助。
关键字:虚拟现实 VR系统 STOW 3D1.1军用仿真技术包括几个方面1.1.1 建模技术它是仿真技术的核心和基础1.1.2 硬件技术仿真系统的硬件包括计算机和各种物理效应设备。
1.1.3. 软件技术包括仿真支撑软件等。
它使模型和硬件得以有机结合。
1.1.4. 用户界面技术用户界面是人与仿真世界交流的途径,在军事仿真系统中的主要目标是实现直观分析和真实逼真的训练环境。
虚拟现实(VR)成为作战仿真界面设计方面的热点。
1.1.5. 网络技术网络在大规模逼真作战仿真系统中的作用是使各种军用仿真设施能够实现资源共享1.2虚拟现实概念及起源1.2.1 虚拟现实概念虚拟现实简称,是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境,具体地说,就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境,用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响,从而产生亲临等同真实环境的感受和体验。
一体化训练与分布式交互仿真刘海清 薛青(装甲兵工程学院装备作战室,北京 100072)摘 要:世界军事变革的迅猛发展,使一体化联合作战历史地登上了信息化条件下的战争舞台,强制性地改变着传统的训练模式。
一体化训练将成为我军在新时期军事变革中实行战略转型的重要内容。
探寻既适合我国国情、军情又满足一体化训练需要的新的训练方法和手段,将大大促进一体化训练的发展。
本文从一体化训练的概念和特点出发,结合分布式交互仿真的概念、发展、组成、分类、特点及关键技术,揭示了分布式交互仿真技术在一体化训练中的良好应用前景。
关键词:一体化训练;分布式交互仿真;虚拟现实1引言近几年来的几场局部战争表明,战争形式已经从机械化战争跃升到了信息化战争,对军队战斗力提出了新的质量要求。
建设信息化军队,打赢信息化战争,成为当今军队战斗力建设的重点,也是我军进行新军事变革的主旋律。
开展一体化训练正是适应这一发展趋势的战略选择。
而一体化训练是一种综合集成训练,对我军来说还是一个新的课题,需要有新的方法和手段,还要有新的高科技技术来支持。
随着计算机网络技术的发展,从20世纪80年代开始,作战仿真技术的应用逐步从单机转向了网络环境,使分布式交互仿真技术得到了长足的发展。
基于网络的分布式作战仿真技术受到了世界各国的普遍关注,展示了良好的应用前景。
2一体化训练2.1 一体化训练的概念一体化训练是信息化军队或初步具备信息化作战能力的军队,依托信息系统,对诸军兵种各作战要素进行的综合集成训练。
2.2 一体化训练的特点1)信息化战争是体系与体系的对抗,一体化训练必须以作战体系为对象。
一体化作战凸显了将作战体系作为训练对象的重要性。
传统训练,追求单个武器平台的作战效能,一体化训练则着眼构建一体化联合作战体系,以诸军兵种作战力量的高度融合为目标。
训练对象主要包括:基本作战体系、兵种作战体系、军种作战体系和联合作战体系四类。
2)一体化联合作战体系靠作战要素做支撑,一体化训练必须以作战要素为内容。
传统训练以提高武器的操作技能为目的,训练内容以平台为核心。
一体化训练则以构建一体化联合作战体系为目标,是基于信息技术、武器装备及参战人员的最佳结合,实现诸军兵种作战力量一体化。
具体内容包括一体化的情报信息训练、一体化的指挥控制训练、一体化的联合打击训练、一体化的综合保障训练和一体化的全维防护训练,重点是一体化的指挥控制训练。
3)一体化联合作战是作战方式的高级形态,一体化训练必须以综合集成为方法。
一体化训练是一项系统工程,不可能一蹴而就,必须遵循训练的基本规律,由低级到高级、由简单到复杂、分步骤渐进综合集成。
其主要步骤为信息系统基础训练、作战要素实体联网协作训练、基础集成训练到综合集成训练。
4)信息系统是一体化联合作战的网络平台,一体化训练必须以信息网络为条件。
一体化训练需要打破诸军兵种的界限,跨地域、跨军种进行,作战要素与要素之间环环相扣,互为条件、互为依托,这种训练方式对训练的技术条件和训练环境都提出了新的更高的要求。
如,集成训练,必须提供一体化的联合作战环境,有一个互联互通互操作的信息网络,参训要素实体要相对齐全,当参训实体不全时,还必须提供仿真实体模拟真实作战要素实体的功能。
在实装训练不具备条件时,还必须仿真一个大的战场环境,让各个作战要素能够互为条件展开训练,使整个训练始终成为一个整体。
3分布式交互仿真(DIS)3.1 什么是分布式交互仿真(DIS)分布式交互仿真(DIS)是在SIMNET(Simulation Network)的基础上产生的,是一种基于计算机及高速通信网络的仿真训练系统,它将分散于不同地点、不同类型的仿真设备或系统集成为一个整体,使之相对每个用户皆表现为一个逼真的浸入环境,并在此环境下支持高度的交互式操作。
3.2分布式交互仿真的发展自1983年以来,分布式交互仿真技术经历了SIMNET、DIS、ALSP和HLA的研制和使用四个阶段。
3.2.1 SIMNET1983年,美国国防部高级研究计划局(DARPA)和美国陆军共同制定了一项合作研究计划,即SIMNET研究计划。
此计划不是以提高受训人员操作武器系统的熟练性为目的,而是将分散在各地的多个地面车辆(如坦克、装甲车等)仿真器用计算机网络联接起来,进行各种复杂任务的训练,演示验证实时联网的人在回路中的作战仿真和作战演习的可行性,最终达到降低训练成本,提高训练的安全性及减小对环境的不良影响的目的。
3.2.2 DIS20世纪80年代后期,在SIMNET基础上发展了异构性网络互联的分布式交互仿真技术。
SIMNET 中的许多原则,如对象/事件结构、仿真结点的自治性、采用DR(Dead Reckoning)算法降低网络负载等都成为今天DIS的基础。
1989年3月,由美国Central Florida大学的仿真与训练研究所(IST)主办召开了第一届DIS研讨会,并成立了工作小组。
1992年3月在第六届DIS研讨会上,美国陆军仿真训练装备司令部(STRICOM)提出了DIS的结构,并着手制定DIS协议。
随着DIS技术逐步走向实用,已经制定出了一系列DIS2.X标准。
3.2.3 ALSP1991年1月,DARPA提出了ALSP,并于1992年7月开发了第一个正式投入使用的ALSP系统,用以支持军事演习。
ALSP由于对网络带宽的要求较低,所以在应用中得到重视。
但其的应用范围远没有DIS2.X的广泛,ALSP主要是针对离散事件和逻辑时间的仿真系统,应用局限于军事演习领域的构造仿真,不能实现与其它两类仿真(实物仿真和虚拟仿真)间的互操作,尤其是当ALSP 系统与实时、连续、平台级的DIS2.X系统中的实体交互时,其聚合级的部队实体需要解散成为单独的实体,在实时仿真时钟下实现与DIS2.X系统中实体的交互作用。
3.2.4 HLA1995年10月,美国国防部(DoD)在吸收和继承了DIS和ALSP协议的有益思想基础上,推出了支持仿真应用间的互操作性和仿真部件的重用性的高层体系结构HLA。
HLA的建立完全是为了主动地建立一种更适合于各种类型的模型和仿真系统以及C4I系统之间实现互操作的体系结构。
它由框架与规则集IEEE P1516、联邦接口规范IEEE P1516.1和对象模型模板IEEE P1516.2组成。
3.3 DIS系统的组成与分类3.3.1 DIS系统的组成从物理构成看,DIS系统是由仿真结点和计算机网络组成。
仿真结点负责实现本结点的住址功能,包括动力学方程的求解、运动模拟、视景生成及音效合成、特殊效果(烟雾、爆炸和碰撞效果、风雨雷电等自然效果)合成、人机交互等。
各结点负责计算其内部的一个或多个仿真实体的状态,并把这些状态及其内部事件通知其他结点。
仿真结点还负责接收其他结点发送来的状态和事件信息,并计算这些信息对本结点的影响。
分布在不同地域的仿真结点通过计算机网络联结起来,采用局域网(LAN)、广域网(WAN)及网桥(Bridge)、路由器(Router)和网关(Gateway)等互联设备联结这些结点。
3.3.2 DIS系统的分类1)虚拟(Virtual)仿真:是指系统和军队在合成战场上模拟作战,往往表现为真人操纵模拟系统的模拟,人成为控制回路的中心。
包括各种类型的人在回路仿真器和计算机生成兵力,例如计算机控制的坦克(CCT)。
2)构造(Constructive)仿真:是一种战争演练模型和分析工具,通常是由模拟的人操纵模拟的系统。
包括高层聚合模型、模拟军事演习(Wargames)和一些分析模型。
3)真实(Substantive/Live)仿真:是指真正的军人使用实际装备在实际战场的假想行动。
包括实际的靶场和各种真实武器系统及仪表显示系统。
3.4 分布交互仿真的特点3.4.1 分布性(Distributed)表现为地域分布性、任务分布性系统分布性。
地域分布性是指组成仿真系统的各个结点处于不同的地域。
它们可以同处于一个局域网中,也可以处于不同的局域网中;可以处于同一个城市,也可以处于不同的城市甚至不同的国家。
任务分布性是指同一个仿真任务可以由几台计算机共同协同完成。
系统的分布性是指同一个仿真系统可以分布在不同的计算机上。
这些计算机可以处于同一地域,也可以处于不同的地域。
地域上分布的各仿真结点用网络联结,以实现共享一个综合环境。
DIS系统在功能和计算能力也是分布的。
在DIS系统中,没有中央计算机,各仿真结点的地位是平等的。
DIS的各仿真结点具有自治性,仿真结点既可以联网交互运行,也可以独立运行各自的仿真功能。
3.4.2 交互性(Interactive)包括人机交互和作战时的对抗交互。
所谓人机交互是指参与作战演习的人员,通过计算机将其对仿真系统的命令传达给仿真系统。
比如指挥人员通过计算机下达系统暂停命令等。
所谓对抗交互是指参与作战的对抗双方相互之间交互作战信息。
比如红方向蓝方进行了一次射击,则红方应该将射击PDU发送给系统中的蓝方,以保证作战环境的时空一致性。
3.4.3 仿真性(Simulation)DIS中包括真实结点、虚拟结点和构造结点的交互,后两部分是通过仿真实现的。
3.4.4 实时性(Real Time)DIS中,人是通过对计算机生成的综合环境的各种真实的感受来作出响应而形成“人在回路”的仿真,所以DIS系统必须保证仿真系统中的时间和空间与现实世界中的时间和空间的一致性。
这就要求实体状态必须是实时更新的;实体间的信息必须是实时传输的;图形显示必须是实时生成的等。
因此,DIS系统必须要在实时前提下运行。
3.4.5 集成性(Integration)如何将地域上分散、不同的制造厂商开发、系统的硬件和软件结构配置各不相同、实体表示方法与描述精度各异的仿真结点联结起来并实现互操作,成为研究人员待解决的问题,也是DIS技术中的关键。
3.4.6 没有中央计算机控制整个仿真演练一些仿真系统使用一个中央计算机来维护整个虚拟世界的状态,并计算每个实体的行为对其他实体和环境的影响。
而DIS系统中,这是通过分布式仿真方法实现的,由通过网络互联的主机上的仿真应用软件来完成每个实体状态的计算。
当新的主机连接到网络上时,它带来了自己的资源。
3.4.7 使用DR算法来减少通信负荷DR算法是一种对位置/方向进行估计的方法,它用于减少仿真应用软件对它所控制实体的状态的更新频率。
每个仿真应用软件拥有与它发生交互作用的其他结点的低阶简化模型(DR模型),并可根据这些DR模型来推算其他结点的状态。
同时,它也计算自身实体的实际模型和DR模型。
当根据这两个模型推算出的自身状态偏差超过预先设定的阈值时,它便产生一个事件,将其真实状态发送给网络上的其他结点,激励更新对本结点的状态估计。
实际经验表明,选择合适的DR算法及阈值可使通信量减少为原来的1/10以下。