國(guó)內(nèi)外反水雷裝備模擬訓(xùn)練系統(tǒng)綜述

楊振宇，唐君超杰

（1.海軍研究院，北京 100161；2.中國(guó)船舶重工集團(tuán)有限公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003）

0 引言

為了更好地熟悉和掌握武器性能、戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)法，實(shí)裝演練是目前應(yīng)用廣泛的一種訓(xùn)練方法。然而，隨著越來越多的高、精、尖武器裝備的投入使用，實(shí)裝演練費(fèi)用高昂、規(guī)模受限等缺點(diǎn)也越發(fā)明顯，特別是對(duì)于反水雷裝備這種集多載體、多目標(biāo)為一體的復(fù)雜系統(tǒng)，實(shí)裝演練不僅成本高昂、準(zhǔn)備工作復(fù)雜，并且還存在較高的安全風(fēng)險(xiǎn)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，反水雷裝備模擬訓(xùn)練正逐步取代實(shí)裝，成為各國(guó)研究的重點(diǎn)。模擬訓(xùn)練是指利用模擬訓(xùn)練系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的模擬作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)過程和武器裝備作戰(zhàn)效應(yīng)下，所進(jìn)行的操作技能訓(xùn)練、軍事訓(xùn)練、軍事作戰(zhàn)演習(xí)、戰(zhàn)法研究演練等全過程。因其具有安全、經(jīng)濟(jì)、高效、可控、可重復(fù)、不受場(chǎng)地天氣限制等優(yōu)勢(shì)，目前受到了廣泛關(guān)注[1]，特別是反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，作為海軍模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的重要組成部分，近年來成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[2-3]。

在研究外軍典型反水雷裝備模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的組成、功能、使用方式、特點(diǎn)規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過與國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，為國(guó)內(nèi)反水雷裝備模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的發(fā)展提供參考和借鑒。

1 國(guó)外典型反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)分析

1.1 美國(guó)反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)

美國(guó)是世界上最早開展模擬訓(xùn)練研究和應(yīng)用的國(guó)家之一，其技術(shù)和裝備一直處于國(guó)際領(lǐng)先地位。美軍配有MCM級(jí)反水雷艦和MHC級(jí)沿岸獵雷艇，為解決反水雷訓(xùn)練成本高昂的問題，AN/SSQ-94（V）反水雷模擬訓(xùn)練裝置應(yīng)運(yùn)而生。該模擬訓(xùn)練裝置可模擬 AN/SLQ-48滅雷系統(tǒng)、AN/SQQ-32獵雷聲吶、AN/SNN-2（V）精確綜合導(dǎo)航系統(tǒng)以及AN/SYQ-13（V）導(dǎo)航指控系統(tǒng)的控制臺(tái)，可供MCM級(jí)和MHC級(jí)艦的作戰(zhàn)信息中心人員單獨(dú)訓(xùn)練或分組訓(xùn)練。此外，AN/SSQ-94（V）還提供了六自由度的艦艇水動(dòng)力模型以真實(shí)地模擬艦艇的運(yùn)動(dòng)，供船員進(jìn)行艦艇操縱訓(xùn)練；訓(xùn)練地點(diǎn)不限于艦上的作戰(zhàn)系統(tǒng)控制臺(tái)，可以在碼頭進(jìn)行；在訓(xùn)練中還可引入不同難度的訓(xùn)練任務(wù)以及作戰(zhàn)系統(tǒng)故障，以測(cè)試個(gè)人或分隊(duì)在系統(tǒng)性能下降的環(huán)境下的反應(yīng)；訓(xùn)練場(chǎng)景結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)提供總成績(jī)和任務(wù)總結(jié)，以便進(jìn)行復(fù)盤分析[4]。

1.2 歐洲反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)

歐洲各國(guó)的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式規(guī)范、模型可移植性高、系統(tǒng)接口技術(shù)統(tǒng)一、軟件模型易于擴(kuò)展，各軍兵種模擬訓(xùn)練系統(tǒng)兼容性、互操作性較強(qiáng)。

1.2.1 法國(guó) ECA公司的無人反水雷系統(tǒng)模擬器（UMSS）

法國(guó) ECA公司的無人反水雷系統(tǒng)模擬器（UMSS），其目的是比較不同反水雷裝備（獵雷艦、無人反水雷系統(tǒng)）在不同作戰(zhàn)模式下（如兩棲攻擊、港口保護(hù)、隱蔽作戰(zhàn)等）清除水雷的時(shí)間或清除效果等。通過使用該模擬器，ECA公司可以調(diào)整無人反水雷信息系統(tǒng)（UMIS）的研發(fā)方向。此外，通過在 UMIS中集成 UMSS，ECA公司可以為客戶提供有效的反水雷作戰(zhàn)規(guī)劃輔助工具，能根據(jù)任務(wù)區(qū)域的實(shí)際情況（如天氣、海流等）快速調(diào)整應(yīng)對(duì)策略。

1.2.2 比利時(shí)-荷蘭厄格明水雷戰(zhàn)學(xué)校的水雷戰(zhàn)模擬裝置（MWSIM）

水雷戰(zhàn)模擬裝置（MWSIM）于1994年2月3日在比利時(shí)-荷蘭厄格明水雷戰(zhàn)學(xué)校舉行落成儀式，該模擬設(shè)備包括1個(gè)教官室、9個(gè)小室（3個(gè)用于獵雷，6個(gè)用于掃雷）和 1個(gè)任務(wù)匯報(bào)室。9個(gè)小室具備與大多數(shù)型號(hào)的反水雷艦艇上配備的裝置相同的設(shè)備，并配備有通用的檢測(cè)設(shè)備工作站。MWSIM設(shè)計(jì)的目的是對(duì)北約各國(guó)的各級(jí)工作人員包括指揮官和水雷戰(zhàn)參謀人員進(jìn)行水雷戰(zhàn)的基礎(chǔ)和復(fù)習(xí)訓(xùn)練、演習(xí)和戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練以及作戰(zhàn)步驟的訓(xùn)練。由于北約各國(guó)海軍的水雷戰(zhàn)艦艇都裝備有獨(dú)特的傳感器和戰(zhàn)術(shù)裝置，因此該模擬裝置的關(guān)鍵在于無論是對(duì)于艦艇還是傳感器，都應(yīng)由數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)，并且學(xué)員控制臺(tái)應(yīng)該是通用設(shè)計(jì)的，以便能有效地摸擬北約各國(guó)海軍中現(xiàn)有的各種聲吶、雷達(dá)和導(dǎo)航控制臺(tái)。根據(jù)目前的設(shè)置，該模擬裝置已可以模擬“的黎波利”型、“圣當(dāng)”級(jí)、“復(fù)仇者”級(jí)、“勒里?！奔?jí)和“頓”級(jí)等的獵掃雷艦艇[5]。

1.2.3 伯明翰大學(xué)的反水雷模擬系統(tǒng)（MCMSIM）

MCMSIM 的目的是用于訓(xùn)練海軍反水雷潛水員。MCMSIM 的開發(fā)使用了一種開源的三維建模及動(dòng)畫工具和游戲引擎Blender碼，其軟件界面同時(shí)還支持同期的三維建模與模擬工具/游戲開發(fā)工具。Blender游戲引擎利用Bullet實(shí)時(shí)物理引擎進(jìn)行剛體及軟體模擬碰撞檢測(cè)，該系統(tǒng)還應(yīng)用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。利用Blender游戲引擎和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，MCMSIM 不僅能提供與現(xiàn)實(shí)海底世界接近的逼真訓(xùn)練體驗(yàn)，還可顯示受訓(xùn)人員的表現(xiàn)記錄，包括模擬總時(shí)長(zhǎng)、發(fā)現(xiàn)每個(gè)目標(biāo)的時(shí)間、正確和不正確目標(biāo)數(shù)量、丟失目標(biāo)、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)百分比等，從而能夠向參與人員提供更好的反饋。

1.3 外軍反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)特點(diǎn)

1.3.1 注重反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)聯(lián)合訓(xùn)練

外軍重視反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的頂層規(guī)劃和體系化的系統(tǒng)建設(shè)工作，使訓(xùn)練范圍能夠覆蓋從技能訓(xùn)練到指揮與控制訓(xùn)練，從單個(gè)掃雷兵訓(xùn)練到掃雷艦整體、掃雷艦聯(lián)合訓(xùn)練。此外，通過制定模擬訓(xùn)練系統(tǒng)數(shù)據(jù)、模型、接口、軟件研制的開發(fā)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模試訓(xùn)一體化仿真支撐平臺(tái)。最終，依托分布式交互聯(lián)網(wǎng)模擬技術(shù)，把分散在不同地點(diǎn)的模擬器、實(shí)裝設(shè)備及有關(guān)人員聯(lián)系起來，在人工合成的電子環(huán)境中形成一個(gè)在時(shí)間和空間上相互耦合、同時(shí)共享的虛擬作戰(zhàn)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)掃雷艦隊(duì)聯(lián)合訓(xùn)練，甚至反水雷戰(zhàn)的跨域多軍兵種聯(lián)合訓(xùn)練。

1.3.2 注重反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的逼真度

一直以來，外軍致力于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，并嘗試將其應(yīng)用于反水雷訓(xùn)練系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的水雷戰(zhàn)形勢(shì)。此外，外軍還通過大力發(fā)展嵌入式模擬訓(xùn)練技術(shù)，將模擬訓(xùn)練與實(shí)裝訓(xùn)練相結(jié)合，將模擬訓(xùn)練功能嵌入到真實(shí)反水雷武器平臺(tái)中，利用真實(shí)反水雷武器系統(tǒng)如反水雷操控臺(tái)、水雷引信等進(jìn)行訓(xùn)練，從而提高訓(xùn)練的逼真度。

1.4 外軍反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)面臨的問題

1.4.1 綜合戰(zhàn)場(chǎng)模擬技術(shù)有待加強(qiáng)

目前外軍的反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中少有對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的精細(xì)建模。然而，隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境變得越來越復(fù)雜。具體到水雷戰(zhàn)中，聲、磁、電等環(huán)境干擾越來越大，將嚴(yán)重影響反水雷武器的工作。未考慮環(huán)境干擾的反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)跟實(shí)際的水雷戰(zhàn)有著較為明顯的差距。因此，在反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中，建立復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境模型是必然的趨勢(shì)。

1.4.2 模擬訓(xùn)練評(píng)估技術(shù)有待完善

雖然目前外軍的反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中，已有一些針對(duì)訓(xùn)練結(jié)果的總結(jié)，但仍未形成系統(tǒng)的分析評(píng)估體系。完整的分析評(píng)估體系應(yīng)包括分析庫的建立，對(duì)重大事件、狀態(tài)改變分析。在反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中，重大事件主要是指水雷爆炸，要對(duì)引起水雷爆炸的電、磁、聲各場(chǎng)，以及掃雷艦此時(shí)的狀態(tài)（包括相對(duì)水雷的距離、方位，和水雷爆炸對(duì)其影響等）進(jìn)行分析，最后給出詳細(xì)的分析評(píng)估報(bào)告。

2 國(guó)內(nèi)反水雷裝備模擬訓(xùn)練系統(tǒng)發(fā)展啟示

2.1 國(guó)內(nèi)反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)分析

華中科技大學(xué)與國(guó)防科技大學(xué)于2002年聯(lián)合推出了水雷反水雷武器仿真對(duì)抗軟件[6]。該軟件是基于國(guó)防科技大學(xué)DIS-LINK開發(fā)的分布交互式仿真軟件。其中，實(shí)物包括水雷組合引信、磁場(chǎng)模擬器、聲場(chǎng)電信號(hào)模擬器、水壓場(chǎng)模擬器、全磁場(chǎng)掃雷模擬器和聲振動(dòng)測(cè)量?jī)x；仿真模擬包括掃雷艦、獵雷艦、掃雷具、各型水雷、物理場(chǎng)（聲、磁、水壓場(chǎng)）和有關(guān)戰(zhàn)術(shù)軟件。該軟件建立了水雷武器和反水雷武器的仿真模型，并加載到分布交互式仿真系統(tǒng)中進(jìn)行對(duì)抗，實(shí)現(xiàn)了水雷非觸發(fā)引信和非接觸掃雷武器試驗(yàn)的仿真，以及水雷戰(zhàn)（包括布雷作戰(zhàn)和反水雷作戰(zhàn)）仿真試驗(yàn)。

文獻(xiàn)[7]中針對(duì)非接觸式掃雷仿真技術(shù)進(jìn)行了研究，并建立了半實(shí)物對(duì)抗仿真系統(tǒng)。該仿真系統(tǒng)由水雷引信供電電源、水雷電子引信系統(tǒng)、目標(biāo)背景（掃雷信號(hào)）實(shí)時(shí)生成系統(tǒng)、多路信號(hào)衰減裝置、仿真監(jiān)控機(jī)管理軟件模塊、接口裝置以及引信動(dòng)作及效能評(píng)估軟件組成。通過建立艦船輻射噪聲模型、艦船水壓場(chǎng)信號(hào)、艦船磁場(chǎng)信號(hào)等目標(biāo)艦船物理場(chǎng)信號(hào)以及聲掃雷信號(hào)、磁掃雷信號(hào)等反水雷模型，可實(shí)現(xiàn)以下功能：仿真模擬現(xiàn)代智能水雷打擊目標(biāo)的水聲物理場(chǎng)特性，檢驗(yàn)并考核水雷對(duì)目標(biāo)的探測(cè)及打擊能力；模擬掃雷兵器產(chǎn)生的水聲物理場(chǎng)，并將之耦合進(jìn)行水雷引信，考核掃雷兵器對(duì)水雷的掃除性能，以及水雷的抗掃能力。

此外，水雷戰(zhàn)還深受海洋環(huán)境影響，海軍蚌埠士官學(xué)校對(duì)此進(jìn)行了研究，提出了水雷戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境仿真系統(tǒng)[8]。該仿真系統(tǒng)包括水深、潮汐仿真，海流要素仿真，海浪、噪聲要素仿真，海洋溫度、鹽密度仿真，海水透明度仿真，海洋生物群仿真，海洋地質(zhì)地形仿真。該仿真系統(tǒng)能為外部提供兩種環(huán)境服務(wù)：一是通過環(huán)境調(diào)控與分發(fā)軟件向相關(guān)模擬訓(xùn)練器、綜合導(dǎo)控評(píng)估系統(tǒng)周期發(fā)送環(huán)境仿真數(shù)據(jù)，按需向綜合導(dǎo)控或模擬訓(xùn)練器發(fā)送視景生成支持?jǐn)?shù)據(jù)；二是通過數(shù)據(jù)管理為相關(guān)綜合導(dǎo)控臺(tái)與模擬訓(xùn)練器提供數(shù)據(jù)查詢。

2.2 國(guó)內(nèi)反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)發(fā)展啟示

綜上所述，反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)涉及水雷武器引信模型、反水雷武器物理場(chǎng)模型以及海洋環(huán)境模型等，是一種較為復(fù)雜的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)的反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)主要以研究性課題成果進(jìn)行推廣應(yīng)用，雖然在反水雷訓(xùn)練中發(fā)揮了一定的作用，但與外軍相比，仍然存在缺少系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)逼真度不足、編隊(duì)功能欠缺等問題?；谀壳胺此啄M訓(xùn)練系統(tǒng)的現(xiàn)狀及需求，結(jié)合外軍反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的特點(diǎn)，分析國(guó)內(nèi)反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)亟需解決的技術(shù)，并總結(jié)如下。

2.2.1 加強(qiáng)反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)頂層規(guī)劃

一方面，通過制定訓(xùn)練系統(tǒng)配套方案和研制計(jì)劃，制定已有模擬訓(xùn)練系統(tǒng)改造升級(jí)計(jì)劃和方案，并在此基礎(chǔ)上開展模擬訓(xùn)練技術(shù)體系梳理工作，明確模擬訓(xùn)練技術(shù)體系架構(gòu)、技術(shù)方向，促進(jìn)模擬訓(xùn)練技術(shù)體系的快速建立，加強(qiáng)軍用模擬訓(xùn)練體系頂層規(guī)劃與設(shè)計(jì)。另一方面，建立反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，系統(tǒng)地制定各類反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)研制開發(fā)規(guī)范，包括軟件、模型、接口等開發(fā)規(guī)范，為各類反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)“分布式”多兵種聯(lián)合訓(xùn)練奠定基礎(chǔ)。

其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括以下2種。

1）系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)：做到統(tǒng)一規(guī)范數(shù)據(jù)類型和技術(shù)框架，加強(qiáng)各類模型、數(shù)據(jù)庫的開放性和擴(kuò)展性，做好各類數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的收集工作，從而實(shí)現(xiàn)反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化。

2）分布式仿真技術(shù)：運(yùn)用分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，把分散在不同地點(diǎn)的軟件、硬件設(shè)備及有關(guān)人員聯(lián)系起來，從而減少部隊(duì)調(diào)動(dòng)、降低訓(xùn)練費(fèi)用。

2.2.2 加強(qiáng)反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)逼真度

加強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究，并將其應(yīng)用于反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中，提高反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的逼真度。此外，通過發(fā)展反水雷模擬訓(xùn)練的嵌入式技術(shù)，重點(diǎn)解決嵌入式訓(xùn)練與操作控制之間的安全切換、嵌入式復(fù)雜可視化戰(zhàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)、嵌入式評(píng)估等問題，將真實(shí)反水雷武器系統(tǒng)如反水雷操控臺(tái)、水雷引信等與模擬訓(xùn)練相結(jié)合，提高模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的逼真度。目前水雷戰(zhàn)中，海洋環(huán)境對(duì)反水雷武器裝備作戰(zhàn)效能影響越來越大，因此，建立虛擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和復(fù)雜干擾環(huán)境（如電、磁、聲、熱等干擾）背景下的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)也成為一種重要發(fā)展趨勢(shì)。

其中涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾種。

1）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：一方面，發(fā)展新一輪的更高逼真度的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)系統(tǒng)；另一方面，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的針對(duì)性和適用性更強(qiáng)，安全性和經(jīng)濟(jì)性更好，滲透到反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的各層次、各階段、各環(huán)節(jié)中。

2）嵌入式技術(shù)：利用嵌入式模擬訓(xùn)練技術(shù)，將模擬訓(xùn)練與實(shí)況訓(xùn)練相結(jié)合，將反水雷操控臺(tái)、水雷引信等武器裝備實(shí)物應(yīng)用于反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中，從而提高訓(xùn)練的逼真度，減少訓(xùn)練投入及訓(xùn)練場(chǎng)地依賴度。

3）綜合戰(zhàn)場(chǎng)模擬技術(shù)：考慮戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境因素的影響，對(duì)電、磁、聲等干擾因素進(jìn)行建模，使反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的仿真環(huán)境更接近于現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。

3 結(jié)束語

本文首先介紹了美國(guó)的AN/SSQ-94（V）反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)、法國(guó)ECA公司的無人反水雷系統(tǒng)模擬器、比利時(shí)-荷蘭厄格明水雷戰(zhàn)學(xué)校的水雷戰(zhàn)模擬裝置以及伯明翰大學(xué)的反水雷模擬系統(tǒng)。基于上述反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，總結(jié)外軍反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的特點(diǎn)為注重聯(lián)合訓(xùn)練與逼真度，同時(shí)指出其主要問題包括戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境模擬技術(shù)及模擬訓(xùn)練評(píng)估技術(shù)等需要加強(qiáng)。通過與國(guó)內(nèi)已有的幾種反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行分析對(duì)比，得到國(guó)內(nèi)反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展啟示，主要包括加強(qiáng)反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)頂層規(guī)劃以及加強(qiáng)反水雷模擬訓(xùn)練的逼真度2方面，也從中指出國(guó)內(nèi)反水雷模擬訓(xùn)練系統(tǒng)亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)，包括系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、分布式仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及綜合戰(zhàn)場(chǎng)模擬技術(shù)。