嵌入式仿真在炮兵模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中的應(yīng)用

白文瑞，趙志寧

（炮兵指揮學(xué)院，河北 宣化075100）

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，隨著高新技術(shù)武器裝備的廣泛運用對炮兵作戰(zhàn)訓(xùn)練產(chǎn)生了重大的影響。傳統(tǒng)的模擬設(shè)備不能對炮兵作戰(zhàn)訓(xùn)練任務(wù)進行全時空的覆蓋，并且真實感和訓(xùn)練效果都達不到令人十分滿意的效果，已不能完全滿足部隊的需要。實裝訓(xùn)練實現(xiàn)了訓(xùn)練的真實環(huán)境，但費用昂貴，各種保障很難經(jīng)常滿足。因此，應(yīng)加強對嵌入式仿真在炮兵模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中的應(yīng)用的研究，在真實武器平臺中嵌入虛擬的武器系統(tǒng)，以提高訓(xùn)練的逼真性。

1 嵌入式仿真的概念與特點

1.1 嵌入式仿真的概念

美軍對嵌入式仿真研究得較早。早在1996年，美軍訓(xùn)練與條令司令部就提出了嵌入式仿真訓(xùn)練的新思想。目前，美軍仿真訓(xùn)練與設(shè)備司令部（STRICOM）和自行坦克研究開發(fā)與工程中心（TAREDC）正式提出了嵌入式仿真（Embedded Simulation）概念，即在真實武器平臺中嵌入虛擬武器系統(tǒng)。嵌入式仿真利用了計算機生成兵力（CGF）和虛擬現(xiàn)實（VR）等技術(shù)，在實際裝備中構(gòu)建虛擬裝備，從而提供最真實的訓(xùn)練環(huán)境。實質(zhì)上，它是在裝備中嵌入一種功能，使人員通過實裝操作，能夠“進入”虛擬戰(zhàn)場，完成各種任務(wù)。

1.2 嵌入式仿真的主要特點

由于嵌入式仿真系統(tǒng)是嵌入到真實的武器裝備中，使得作戰(zhàn)人員能夠在真實的武器裝備上展開操作與戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練。所以，嵌入式仿真具有以下特點：一是嵌入式仿真能夠最大程度地提高仿真的真實感。二是不受時空的限制。由于受人力、物力、空間的限制，目前基于實裝的武器系統(tǒng)聯(lián)調(diào)都在靶場等特殊的地方和時間進行，而安裝了嵌入式仿真系統(tǒng)的裝備，可以隨時隨地模擬整個武器系統(tǒng)的功能，并對整個訓(xùn)練過程進行評估。三是多用途、少設(shè)備、低消耗。嵌入式仿真技術(shù)既能夠支持訓(xùn)練又能夠支持作戰(zhàn)，并且在武器裝備的全生命周期中都能夠得到應(yīng)用。有了嵌入式仿真系統(tǒng)，訓(xùn)練使用的仿真器和輔助設(shè)備將會減少，相應(yīng)的資源消耗也大幅降低。四是仿真過程具有可控、可測性。利用嵌入式仿真，在實戰(zhàn)前進行高逼真度的演習(xí)，并對其進行控制，評估其結(jié)果，提高了演習(xí)、訓(xùn)練的可控性和可測性，為指揮決策人員對即將發(fā)生的戰(zhàn)術(shù)、戰(zhàn)役決策提供可靠及有效的參考，減少決策失誤。五是填補了戰(zhàn)區(qū)內(nèi)實裝仿真訓(xùn)練的空白。使用嵌入式仿真器取代獨立的仿真器或訓(xùn)練設(shè)施后，無論裝備和人員部署在任何地方，都可在野戰(zhàn)條件下，針對所要執(zhí)行的任務(wù)進行演習(xí)和訓(xùn)練，這將極大地提高部隊的戰(zhàn)斗力。

2 嵌入式仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

嵌入式仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)顯然不是孤立的，它應(yīng)當(dāng)是整個武器系統(tǒng)的一部分，它與戰(zhàn)技裝備、測試裝備一起構(gòu)成了整個武器系統(tǒng)。所以，就嵌入式仿真的概念而言，它也包含了體系上的“嵌入式”意味。

2.1 嵌入式仿真系統(tǒng)的三種體系結(jié)構(gòu)

一是獨立的嵌入式仿真系統(tǒng)，它是一個獨立的子系統(tǒng)，有自己的處理器、圖像生成設(shè)備以及軟件，它通過數(shù)據(jù)線、視頻線和電源線與武器相連。二是集成式仿真系統(tǒng)，它使用武器本身的設(shè)備，通過設(shè)備升級完成嵌入式仿真的功能。第三種是混合系統(tǒng)，即前兩種體系結(jié)構(gòu)的混和。

2.2 嵌入式仿真系統(tǒng)的一般組成結(jié)構(gòu)

嵌入式仿真系統(tǒng)的一般組成結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。實時數(shù)據(jù)接口是嵌入式仿真系統(tǒng)的瓶頸，它將仿真系統(tǒng)與原型系統(tǒng)連接起來，通過它得到的原型系統(tǒng)數(shù)據(jù)的實時性與可靠性關(guān)系到嵌入式仿真系統(tǒng)的真實度和仿真效果。面向不同原型系統(tǒng)建立的實時數(shù)據(jù)接口具有針對性，只有一般的構(gòu)建方法，沒有通用的實時數(shù)據(jù)接口。數(shù)據(jù)接口的建立不僅要考慮仿真系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性，還必須避免對原型系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。

2.3 現(xiàn)有武器裝備的嵌入式仿真系統(tǒng)常用的組成結(jié)構(gòu)

由于獨立嵌入式仿真系統(tǒng)研發(fā)難度小，與武器的接口最少，并且在必要的時候可以卸載，所以目前現(xiàn)有武器裝備的嵌入式仿真系統(tǒng)常采用獨立式結(jié)構(gòu)。如圖2所示，具有獨立嵌入式仿真系統(tǒng)的武器系統(tǒng)有三個組成部分：武器裝備、1—Kit和2—Kit。2—Kit是一個與具體被嵌入的武器無關(guān)的子系統(tǒng)，其硬件由處理器、存儲器、控制器等組成，軟件主要由圖像生成、CGF、仿真控制、地形數(shù)據(jù)等組成。它使得被嵌入的裝備能夠完成嵌入式訓(xùn)練、增加作戰(zhàn)功能、基于仿真的采辦、虛擬測試和評估等。1—Kit是將2—Kit應(yīng)用于武器所必須的硬件和軟件，它一般使用網(wǎng)絡(luò)、視頻線、音頻線、控制線等與武器相連。

3 嵌入式仿真在炮兵模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 嵌入式仿真在炮兵模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中的應(yīng)用方法

嵌入式仿真應(yīng)用于炮兵模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，即炮兵嵌入式模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，其基本的設(shè)計思想是：在不改變現(xiàn)有武器系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，不影響裝備作戰(zhàn)性能的前提下，以一定的技術(shù)手段，將仿真設(shè)備嵌入到裝備內(nèi)部，并充分利用其內(nèi)部通信設(shè)備組網(wǎng)，形成與實際環(huán)境相融合的完整的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，從而實現(xiàn)實裝環(huán)境下的訓(xùn)練和演習(xí)功能。

根據(jù)裝備的具體情況，應(yīng)用方法也有所不同。牽引式火炮、便攜式導(dǎo)彈等，宜采用獨立式系統(tǒng)；指揮信息系統(tǒng)、火控系統(tǒng)、車載式導(dǎo)彈系統(tǒng)、自行火炮系統(tǒng)等，設(shè)備較先進的宜采用集成式系統(tǒng)，設(shè)備較落后的宜采用混合式系統(tǒng)?？傮w上，嵌入式模擬訓(xùn)練系統(tǒng)一般由主控系統(tǒng)、顯示設(shè)備和通信系統(tǒng)等組成。

仿真主控系統(tǒng)實質(zhì)上是安裝于裝備內(nèi)部的嵌入式計算機（裝備自身的或另外嵌入的），其主要功能是：獲取系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)，按戰(zhàn)場預(yù)設(shè)和訓(xùn)練內(nèi)容仿真運算生成虛擬戰(zhàn)場和目標(biāo)；射擊前，根據(jù)虛擬目標(biāo)信息解算射擊諸元；射擊后，對彈著點進行預(yù)估；實時將虛擬目標(biāo)和射擊情況等信息輸出到顯示設(shè)備。

仿真顯示設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的不同而有所差別，獨立式系統(tǒng)可以采用有嵌入顯示投影裝置的瞄準鏡，集成式系統(tǒng)可以利用裝備自身的顯示裝置，混合式系統(tǒng)可以根據(jù)具體情況在前兩者間進行選擇。其主要功能是生成或合成戰(zhàn)場視景，顯示各種戰(zhàn)技信息。在仿真訓(xùn)練時，訓(xùn)練模式不同，景象生成內(nèi)容也有所不同。在全虛擬訓(xùn)練模式時，顯示設(shè)備反映的是主控計算機生成的完全虛擬的戰(zhàn)場景況，在半虛擬訓(xùn)練模式時，顯示設(shè)備一方面反映真實的戰(zhàn)場景況，另一方面需將主控計算機生成的虛擬目標(biāo)融入到真實的戰(zhàn)場環(huán)境中。無論何種訓(xùn)練模式，顯示設(shè)備都能將戰(zhàn)場情況、仿真目標(biāo)和射擊效果等虛擬情節(jié)逼真地反映出來，從而使操作手能夠象正常作戰(zhàn)一樣從中獲取所需要的戰(zhàn)場信息。

仿真通信系統(tǒng)由裝備自身的或另外擴展的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等組成，其主要功能是完成各子系統(tǒng)間仿真數(shù)據(jù)的傳輸，包括虛擬目標(biāo)參數(shù)、戰(zhàn)場預(yù)設(shè)、戰(zhàn)斗結(jié)果以及對仿真交戰(zhàn)結(jié)果進行的評估和分析。

3.2 嵌入式仿真在炮兵模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)難點

將仿真器嵌入到武器內(nèi)部，并通過通信系統(tǒng)連接構(gòu)成模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，是一項艱巨的任務(wù)，需要解決許多技術(shù)難題，主要包括：一是仿真虛擬目標(biāo)與實彈射擊融合到同戰(zhàn)場視景之中的問題。仿真目標(biāo)是由嵌入仿真器按照一定的建模要求，根據(jù)仿真算法產(chǎn)生的虛擬目標(biāo)，是在瞄準鏡或顯示器上生成的圖像信息，因此，如何評判實際彈著點與虛擬目標(biāo)的關(guān)系是首先需要解決的一個關(guān)鍵問題。二是更精確地判斷在模擬交戰(zhàn)中攻擊的有效性問題。炮（號）手攻擊了仿真目標(biāo)，還是遭到仿真目標(biāo)的攻擊。這些都應(yīng)該通過瞄準鏡（顯示器）顯示給操作手，同時外部指揮信息系統(tǒng)也應(yīng)實時掌握這些情況。三是多部仿真器的同步問題，以確保參訓(xùn)的武器系統(tǒng)能同時發(fā)現(xiàn)相同的目標(biāo)。由于仿真器嵌入武器中，各仿真器所在的空間位置會隨之不同，虛擬目標(biāo)也要按一定規(guī)則運動，造成武器與虛擬目標(biāo)位置間的關(guān)系時時發(fā)生變動。為了精確模擬射擊時的戰(zhàn)場景況，必須保證各仿真器時間和空間的同步，否則難以實現(xiàn)部隊的作戰(zhàn)協(xié)同訓(xùn)練。

隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，上述技術(shù)問題已經(jīng)不同程度地獲得了解決，但是，為了提高嵌入式模擬訓(xùn)練效果，還需要對有關(guān)問題進行深入研究。因此，應(yīng)不斷加強嵌入式仿真在炮兵模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中應(yīng)用的研究，密切關(guān)注嵌入式仿真技術(shù)在互聯(lián)互操作和通用化方向的發(fā)展，取其精髓，為我所用，加快炮兵信息化建設(shè)的步伐，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。

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