国内外军用仿真技术发展现状与趋势

　　1引言

　　现代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[1].其特点是它属于一种可控制的、无破坏性的、耗费小的、并允许多次重复的试验手段。它综合集成了计算机、网络技术、图形图像技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识。正在成为继理论研究和实验研究之后的第三种认识和改造客观世界的重要方法.

　　随着仿真技术在科技进步和社会发展中的作用愈来愈重要，特别是军事科学中。随着高、精尖武器系统的研制和发展，对仿真技术的应用和研究提出了更高的要求。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。军用仿真技术在"研试战训保"体系中的应用，已得到研制方和使用部队的承认和重视。

　　本文在对仿真技术进行了简要概述之后，粗浅探讨了国内外军用仿真技术发展现状、仿真技术的发展趋势及其在军事领域内的应用。

　　2国内外军用仿真技术发展现状

　　2.1国外军用仿真技术发展现状

　　美国国防部高度重视仿真技术的发展，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（Defense Science 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，（enabling technologies （）即应能解决实现的技术）：基础技术。包括：光纤通讯、集成电路、软件工具、人的行为模型、环境模型等；②元、部件级技术。包括：内存、显示、局域网、微处理器、数据库管理系统，数 / 模 / 数转换器，建模与仿真构造工具，测试设备等；③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；④应用级技术。包括：制造过程仿真、工程设计建模与仿真，含人仿真系统，随机作战仿真等；⑤集成综合环境和建模与仿真工程。包括：原型机、规划、设计与制造，训练与备战，测试与评估.

　　上述技术有些商业市场解决，如微机系统、远距离通讯 /广域网、人一机界面、计算图象生成、数据库管理系统、局域网、光纤通讯、软件工程工具等，也就是大部份的硬件和网络能力由商业市场作为成熟产品提供.而为满足军用仿真需求，有些如制造过程仿真，工程设计建模与仿真，随机作战仿真，环境模型等都由关国防部组织解决。

　　数学模型是仿真的基础，要仿真，必须对被仿真的对象或系统进行数学建模，也就是对客观世界中客观事物进行数学抽象和数学描述。数学模型的正确与否以及其精确度直接影响仿真的置信度.所以，建模以后必须经过验模，验模就是对模型的评估过程。虽然这是化费较大的工程，但是几年来，美、欧、日各方都化费巨资建立半实物仿真系统，以加快仿真研制。

　　同样，欧洲对于仿真的研究历来也十分重视。北大西洋公约组织（NATO）于 1992 年 9 月成立了 DIS 工作组。同年欧洲学术界的二百个成员成立了欧洲仿真特殊兴趣组，并于次年组建了"仿真未来：新概念、工具和应用"基础研究工作组。制定了仿真基础研究和开发为第一优先主题.尤其是象并行和分布式仿真这样的基础技术，围绕这个主题将就"仿真互操作性"展开行动计划。并对应于美国 DIS工作组成立一些对应的机构进行跟踪研究.

　　2.2国内军用仿真技术发展现状

　　我国军用仿真技术的发展已有四十年的历史.尤其在"十一五"以来的十多年中，通过边建边用，以及上级领导的重视，仿真技术得到了飞速发展.

　　突出表现在以下方面：在武器系统研制与武器系统仿真技术方面，我国建成了服务于各类新型导弹、卫星、飞机和舰船等仿真的多个仿真系统，仿真技术已有效地应用于新武器型号的研制中，为战略导弹、防空导弹、海防导弹、空空导弹、反坦克导弹以及各型鱼雷等多种导弹、鱼雷型号进行了数百个批次、数十万条次弹道飞行（试航）的仿真；为多个卫星型号，歼击机研制，舰船作战系统和武器系统陆上联调，坦克、高炮系统作战效能，进行了大量的数学和半实物仿真。有效降低了高技术新型号研制的风险，大大减少实弹试验次数和试弹数量，全面提高了武器系统效费比。

　　在体系对抗仿真技术方面，我国首先建成了综合防空多武器平台仿真示范系统、战区导弹攻防对抗仿真系统、战区综合防空聚合/平台仿真系统，标志着我国已基本掌握先进分布仿真系统体系结构等多项关键技术，为武器装备体系对抗仿真打下了基础。其后研制完成的多武器平台攻防作战综合仿真示范系统，进一步加强了我国武器装备体系对抗仿真的技术水平和能力。

　　在仿真共用技术和关键技术方面，如建模、验模理论和方法，基于HLA 的仿真支撑软件、CGF、环境仿真及 VR 技术、仿真标准及规范等取得了一批成果.为满足体系对抗仿真的需要，建立了包括武器平台模型、作战模型、环境模型和评估模型等在内的模型体系，对大型复杂仿真系统VV&A 与可信度评估技术等进行了初步探索，开发了一系列仿真运行支撑环境和建模支撑环境等工具软件，提高了仿真系统的开发及运行技术水平。

　　与国外军用仿真技术的发展相比，我国体现在仿真技术上的不足主要表现为：已建的半实物仿真系统，基本上只能服务于新型武器系统的设计研制阶段；已有的仿真系统，在体系结构上，是集中、封闭式的，只能进行单一武器的性能仿真；还不具备接近实战的目标、环境和干扰仿真的能力；仿真技术的应用距离服务于武器装备全寿命和全系统的要求，尚有不小的差距；国内体系对抗仿真系统的规模、功能和组织管理等方面与国际先进水平存在一定的差距，主要体现在可扩展性较差，功能上不能全面覆盖各种需求，标准规范尚待进一步统一和细化.

　　只是初步具备在复杂作战环境下进行体系对抗仿真的能力；仿真共用技术水平同仿真技术应用需求相比，也存在较大的差距。主要表现在以下方面：仿真系统体系结构技术；实用的武器系统建模、验模方法；规范的仿真系统VV&A与可信度评估技术；仿真标准与规范；接近真实作战条件的战场自然环境仿真技术；一体化仿真环境以及仿真资源库.

　　3 仿真技术的发展趋势

　　仿真本质上是一种知识处理的过程，典型的仿真过程包括系统模型建立、仿真模型建立、仿真程序设计、仿真试验和数据分析处理等，它涉及多学科多领域的知识与经验。仿真技术的发展离不开应用需求的推动。当前各应用领域对仿真技术提出了许多新的要求，主要有：①提高仿真的逼真性、可靠性和精确性；②提高建模与仿真的效率；③改进仿真系统的体系结构。为满足这些要求，一系列新的技术方案被相继提出，这些新技术代表了仿真技术发展的主要趋势。

　　3.1 虚拟现实技术

　　虚拟现实技术（VimialReality,VR）是在综合仿真技术、计算机图形技术、传感技术、显示技术等多种学科技术的基础之上发展起来的[2],它以仿真的方式使人置身于一个虚拟世界中，通过头盔显示器、数据手套等辅助传感设备，使人可以沉浸到一个由计算机系统所创造的虚拟环境中，与虚拟环境发生交互作用，并得到与实际的物理参与联试所能获得的相同或相似的感受.

　　近年来，虚拟现实（Virtual Reality）技术在航空航天和军事领域的成功应用，取得了巨大的经济效益和社会效益，促进美国政府进一步加大了对 VR 技术研究的支持力度。VR 技术在武器系统性能评价、武器操作训练、指挥大规模军事演习等三个方面的仿真应用中能发挥重大作用：大幅度降低所需的费用，极大的提高效益，并消除意外伤亡事故。因此，美国政府所支持的VR 技术研究也正是紧紧围绕着提高这三种能力的系统和环境而展开的.可交互环境数据库、虚拟环境显示、数据融合与输出、各个层次（包括地形绘制、天气描述、运动和传感、武器系统与效应、计算机生成的半自主兵力等）上的逼真性、分布式多维人机交互及标准化等.

　　3.2分布交互仿真技术

　　美国是最早发展分布式交互仿真技术的国家。1983 年美国防部高级研究计划局（DARPA） 和陆军合作的研究计划SIMNET于 1989 年完成，为 DIS的发展奠定了技术基础。分布式仿真包括军事上公认的三类仿真：真实仿真、虚拟仿真、结构仿真，分布交互仿真的核心是仿真技术和网络技术的结合.

　　分布交互仿真（Distributed Interactive Simulation,DIS）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].

　　分布交互仿真技术最明显的应用是多兵种联合作战训练，进行多武器平台作战仿真。在 DIS生成的逼真战场环境支持下，可以进行作战仿真，熟练掌握合成作战技术、作战原则、发展新的作战方式和方法，提高各级指挥人员的战场指挥能力，并可大大减少风险和高额开销.

　　目前，分布交互仿真技术在高层体系结构（HLA）上，建立了在一个广泛的应用领域内分布在不同地域上的各种仿真系统实现互操作和重用的框架及规范.HLA的基本思想就是使用面向对象的方法，设计、开发及实现系统不同层次和粒度的对象模型，来获得仿真部件和仿真系统高层次上的互操作性与可重用性。HIA只是分布交互仿真技术发展的新起点，它还存在不足之处，但它必将随着仿真需求、仿真技术和各种支撑技术的发展而得到进一步的发展.特别是随着互联网Intemet、Web/ Web Service、网格计算 （Grid computing）等网络技术的发展，其技术内涵和应用模式得到不断的扩展和丰富.

　　3.3 面向对象的仿真技术

　　面向对象的仿真（Object.Oriented Simulation,OOS），为人们研究现实世界提供了一种更为自然的框架，它是当前仿真领域最新的研究方向之一。面向对象的观点把系统看作由相互作用的对象组成，它能够以使人易于理解的形式构造现实系统的仿真模型，并能使人在一个具有实际含义的层次上观察模型的行为，有利于提高仿真软件设计的安全性和可靠性。

　　计算机辅助仿真（CAS）建立封装了对象相应的数据和数据操作的程序模块，作为对象的模型，整体行为则由对象间通过接口相互交换信息的联系来描述.这样，系统与模型具有直接的对应关系，这种直观与易理解性，符合人们自然思维方式，便于在实际含义的层次上观察模型的行为。