面向?qū)嵄粦?zhàn)訓(xùn)練的時(shí)間統(tǒng)一技術(shù)研究 *

候夢(mèng)清，華思亮，周九州，郝嘉

（1. 中國(guó)航空研究院，北京 100029；2. 北京工業(yè)大學(xué)，北京 100124）

0 引言

“實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練”已成為檢驗(yàn)軍事訓(xùn)練系統(tǒng)的黃金標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練是以實(shí)兵實(shí)裝為基礎(chǔ)平臺(tái)，通過多平臺(tái)分布式實(shí)時(shí)仿真，模擬武器攻擊、命中毀傷過程的實(shí)戰(zhàn)化軍事訓(xùn)練。實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練可在軍兵種范圍內(nèi)開展，也可跨軍兵種跨域組織實(shí)施；參訓(xùn)平臺(tái)涵蓋多軍兵種異構(gòu)實(shí)裝平臺(tái)、模擬器以及虛擬兵力（live virtual constructive，LVC），各平臺(tái)時(shí)間基礎(chǔ)差異較大。為確保實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練分布式實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中事件發(fā)生順序和數(shù)據(jù)交互與現(xiàn)實(shí)保持一致，時(shí)間管理變得尤為重要。

國(guó)內(nèi)外開展眾多分布式仿真系統(tǒng)研究，如平臺(tái)級(jí)分布交互仿真（distributed interactive simulation，DIS）、聚合級(jí)仿 真協(xié)議（aggregate level simulation protocol，ALSP）、高層體系結(jié)構(gòu)（high level architecture，HLA）和試驗(yàn)與訓(xùn)練使能體系結(jié)構(gòu)（test and training enabling architecture，TENA）等，均具備時(shí)間管理功能，可保證仿真系統(tǒng)各成員之間事件發(fā)生順序一致［1］。但DIS，ALSP 以及HLA 等分布式仿真系統(tǒng)時(shí)間的管理暫不能滿足大量實(shí)裝平臺(tái)、模擬器、虛擬兵力之間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享需求；TENA 可提供實(shí)時(shí)時(shí)間管理服務(wù)，但美軍尚未公開標(biāo)準(zhǔn)［2］。此外，時(shí)間管理設(shè)計(jì)大多采用中心式時(shí)間管理方式實(shí)現(xiàn)各平臺(tái)時(shí)間統(tǒng)一控制，而實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練功能作為實(shí)裝參訓(xùn)平臺(tái)眾多功能之一，需盡可能尊重實(shí)裝參訓(xùn)平臺(tái)實(shí)際時(shí)間邏輯，完全采用中心式時(shí)間管理方式存在現(xiàn)實(shí)困難，因此亟須開展面向?qū)嵄粦?zhàn)訓(xùn)練的時(shí)間統(tǒng)一技術(shù)研究。

本文采用衛(wèi)星時(shí)間作為時(shí)間統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，此外同步結(jié)合內(nèi)同步方式，通過參訓(xùn)平臺(tái)自主時(shí)間推進(jìn)結(jié)合訓(xùn)練系統(tǒng)中心式時(shí)間推進(jìn)的時(shí)間管理模式完成實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間同步；在此基礎(chǔ)上考慮通信網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延補(bǔ)償，完成多源數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)訓(xùn)練信息時(shí)間對(duì)齊；并通過周期性時(shí)間一致性校驗(yàn)進(jìn)一步增加時(shí)間可靠性，從而形成實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練應(yīng)用層時(shí)間統(tǒng)一技術(shù)方案，既可充分尊重實(shí)裝平臺(tái)實(shí)際時(shí)間邏輯避免大規(guī)模加改裝，又可實(shí)現(xiàn)模擬器、虛擬兵力及地面系統(tǒng)等時(shí)間統(tǒng)一，滿足實(shí)兵交戰(zhàn)全流程訓(xùn)練時(shí)間需求。

1 實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練

1.1 主要組成

實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練可充分利用實(shí)兵實(shí)裝平臺(tái)及其傳感器、武器發(fā)控裝置等設(shè)備，結(jié)合實(shí)時(shí)仿真生成的虛擬武器、虛擬目標(biāo)及其他作戰(zhàn)要素，通過數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)組網(wǎng)傳輸，模擬構(gòu)建真實(shí)交戰(zhàn)對(duì)抗過程，并對(duì)交戰(zhàn)結(jié)果實(shí)時(shí)裁決告知，實(shí)現(xiàn)情報(bào)、指揮、打擊、保障等環(huán)節(jié)OODA 閉環(huán)，保證實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練效果。主要依托于參訓(xùn)平臺(tái)、通信網(wǎng)絡(luò)及地面系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)，如圖 1 所示。參訓(xùn)平臺(tái)包含實(shí)裝平臺(tái)、模擬器及虛擬兵力，主要完成訓(xùn)練數(shù)據(jù)采集處理及實(shí)時(shí)仿真等［3］；通信網(wǎng)絡(luò)主要完成參訓(xùn)平臺(tái)通信組網(wǎng)及訓(xùn)練信息傳輸；地面系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練場(chǎng)景想定規(guī)劃、訓(xùn)練全流程實(shí)時(shí)顯示、訓(xùn)練評(píng)估及回放分析等功能。

圖1 實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練主要組成Fig. 1 Main composition of live combat training

1.2 運(yùn)行邏輯

實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練在規(guī)劃場(chǎng)景中開展對(duì)抗，各參訓(xùn)平臺(tái)仿真運(yùn)行邏輯中關(guān)鍵環(huán)節(jié)如下：

（1） 數(shù)據(jù)采集

實(shí)時(shí)采集參訓(xùn)平臺(tái)狀態(tài)數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)、武器發(fā)控?cái)?shù)據(jù)等，并標(biāo)記數(shù)據(jù)采集時(shí)刻，數(shù)據(jù)主要來源于參訓(xùn)平臺(tái)數(shù)據(jù)總線。

（2） 組網(wǎng)傳輸

完成訓(xùn)練信息在參訓(xùn)平臺(tái)之間（攻擊方與被攻擊方）組網(wǎng)傳輸，支撐交戰(zhàn)訓(xùn)練裁決解算；同時(shí)在參訓(xùn)平臺(tái)與地面系統(tǒng)間傳輸，支撐戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、武器攻擊過程等綜合顯示。

（3） 裁決解算

依據(jù)實(shí)時(shí)采集的本平臺(tái)數(shù)據(jù)以及通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)钠渌脚_(tái)相關(guān)數(shù)據(jù)，完成參訓(xùn)平臺(tái)武器彈道仿真、武器命中解算、武器毀傷解算等攻擊全過程仿真，并實(shí)時(shí)裁決對(duì)抗結(jié)果。解算過程可由攻擊方、被攻擊方或地面系統(tǒng)執(zhí)行，不同階段解算方可根據(jù)實(shí)際情況選取，無需全流程保持一致［4］。

（4） 綜合顯示

在地面系統(tǒng)中實(shí)時(shí)顯示參訓(xùn)平臺(tái)位置、速度、姿態(tài)等狀態(tài)信息，顯示武器模擬攻擊過程和命中毀傷結(jié)果，以及電磁環(huán)境等綜合態(tài)勢(shì)信息。

典型流程如圖2 所示。

圖2 實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練典型流程Fig. 2 Typical process of live combat training

T0時(shí)刻：攻擊方發(fā)射武器，并啟動(dòng)武器彈道仿真解算；

T1時(shí)刻：攻擊方穩(wěn)定截獲目標(biāo)，結(jié)合被攻擊方時(shí)空位置信息啟動(dòng)武器命中解算；

T2時(shí)刻：武器仿真彈道截止。如命中被攻擊方，則將命中結(jié)果發(fā)送至被攻擊方，由被攻擊方進(jìn)行武器毀傷解算，形成武器毀傷效果；如未命中，毀傷結(jié)果解算流程不啟動(dòng)。

1.3 時(shí)間基礎(chǔ)

為保證實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練過程中事件發(fā)生順序和交互關(guān)系與實(shí)際保持一致，各參訓(xùn)平臺(tái)及地面系統(tǒng)仿真邏輯時(shí)間均需與實(shí)際時(shí)間同步。目前，實(shí)裝參訓(xùn)平臺(tái)跨代異構(gòu)，在訓(xùn)練過程中廣域分布，基于衛(wèi)星信號(hào)可用范圍廣、所受干擾小、授時(shí)精度高、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)勢(shì)［5］，可基于衛(wèi)星授時(shí)結(jié)合平臺(tái)守時(shí)開展時(shí)間同步。

授時(shí)能力方面，多數(shù)參訓(xùn)平臺(tái)具備衛(wèi)星授時(shí)能力，但仍存在部分老舊平臺(tái)、模擬器、虛擬兵力平臺(tái)及地面系統(tǒng)需結(jié)合授時(shí)設(shè)備完成衛(wèi)星授時(shí)。此外衛(wèi)星授時(shí)能力受信號(hào)接收情況影響，參訓(xùn)平臺(tái)高機(jī)動(dòng)情況下因天線遮蔽，衛(wèi)星授時(shí)也可能中斷。守時(shí)能力方面，參訓(xùn)平臺(tái)及地面系統(tǒng)多通過晶振計(jì)數(shù)中斷實(shí)現(xiàn)自守時(shí)，實(shí)際晶振頻率會(huì)隨時(shí)間緩慢漂移，引入時(shí)間累積誤差。因此，可基于衛(wèi)星時(shí)間開展實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練時(shí)間統(tǒng)一，但仍需重點(diǎn)關(guān)注不具備衛(wèi)星授時(shí)能力的平臺(tái)及狀況。

實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練過程中，實(shí)裝平臺(tái)訓(xùn)練信息傳輸多采用專用數(shù)據(jù)鏈或衛(wèi)星通信鏈路，傳輸時(shí)延為百毫秒至秒級(jí)［6］，該時(shí)間段內(nèi)參訓(xùn)平臺(tái)存在位置變化，尤其對(duì)于飛機(jī)、導(dǎo)彈等高速運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，對(duì)武器解算裁決準(zhǔn)確性影響較大。因此實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練時(shí)間統(tǒng)一應(yīng)在確保參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間同步的基礎(chǔ)上，充分考慮通信網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延影響，在信息處理層面完成訓(xùn)練信息時(shí)間對(duì)齊。

2 時(shí)間統(tǒng)一技術(shù)基礎(chǔ)

2.1 衛(wèi)星授時(shí)

衛(wèi)星授時(shí)用戶可通過加裝衛(wèi)星接收機(jī)接收授時(shí)信號(hào)：一種是同步秒脈沖（pulse per second，PPS）；另一種是與1PPS 脈沖前沿對(duì)應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和日期（時(shí)、分、秒和日、月、年），即1PPS 的時(shí)間標(biāo)記［7-8］。

目前主流衛(wèi)星授時(shí)技術(shù)主要包括3 類：通信衛(wèi)星授時(shí)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)授時(shí)、國(guó)際權(quán)度局（bureau international des poids et measures，BIPM）體系高精度授時(shí)，具體授時(shí)技術(shù)與精度如表1 所示。實(shí)兵實(shí)裝平臺(tái)多采用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)授時(shí)，精度基本達(dá)到納秒級(jí)甚至更精確［9］，遠(yuǎn)小于實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練通信網(wǎng)絡(luò)R32E 傳輸時(shí)延。

表1 衛(wèi)星授時(shí)技術(shù)與精度Table 1 Satellite timing technology and accuracy

2.2 網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步

現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步主要基于“時(shí)間服務(wù)器+網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議”的方式，時(shí)間服務(wù)器可通過衛(wèi)星授時(shí)獲取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，也可以采用完全獨(dú)立于其他時(shí)間系統(tǒng)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議是以標(biāo)準(zhǔn)定義方式通過網(wǎng)絡(luò)傳輸提供時(shí)間服務(wù)，主要包括NTP（network time protocol） 與 PTP（precision timing protocol） 2 種［10］。

NTP 是由RFC 1305 定義的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議，用于分布式時(shí)間服務(wù)器和客戶端之間進(jìn)行時(shí)間同步，主要通過時(shí)間傳遞報(bào)文往返所標(biāo)記的時(shí)戳，計(jì)算本地時(shí)鐘相對(duì)于參考源時(shí)鐘的偏移量，從而修正本地時(shí)鐘，其授時(shí)精度在局域網(wǎng)內(nèi)可達(dá)0.1 ms。PTP 是由IEEE 1588 定義的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步協(xié)議，其各節(jié)點(diǎn)設(shè)備按照一定主從關(guān)系（master-slave）進(jìn)行時(shí)間同步，主時(shí)鐘周期性發(fā)布時(shí)間同步協(xié)議及時(shí)間信息，從時(shí)鐘接收主時(shí)鐘發(fā)來的時(shí)間信息，據(jù)此計(jì)算出主從線路時(shí)間差，并利用該時(shí)間差調(diào)整本地時(shí)間，與主設(shè)備時(shí)間保持一致，其授時(shí)精度在局域網(wǎng)可達(dá)亞微秒級(jí)［11］。

采用NTP 網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步手段即可實(shí)現(xiàn)實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練相關(guān)模擬器、虛擬兵力及地面系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步。

3 實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練時(shí)間統(tǒng)一技術(shù)

3.1 參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間同步

3.1.1 外同步

時(shí)間外同步是指參訓(xùn)平臺(tái)周期性地接收外部時(shí)間源信息，直接以外部時(shí)間源為基準(zhǔn)調(diào)整本地時(shí)間；外部時(shí)間源選取衛(wèi)星時(shí)間，滿足實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練參訓(xùn)平臺(tái)高機(jī)動(dòng)廣域分布情況下的時(shí)間同步需求。

外同步過程分為外部時(shí)間源授時(shí)及精確時(shí)間同步兩階段。外部時(shí)間源授時(shí)階段主要依靠衛(wèi)星接收機(jī)完成，可得到與標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)星時(shí)間同步的秒脈沖信號(hào)及其時(shí)間標(biāo)記［12］。鑒于實(shí)兵交戰(zhàn)參訓(xùn)平臺(tái)機(jī)動(dòng)性及武器仿真步長(zhǎng)要求，仍需進(jìn)一步完成精確時(shí)間同步。此時(shí)可將衛(wèi)星授時(shí)得到的秒脈沖信號(hào)作為高精度時(shí)間基準(zhǔn)，通過FPGA（field programmable gate array）毫秒計(jì)數(shù)邏輯判斷或者將整秒切分輸出1 kHz 脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)精確時(shí)間同步，并使用衛(wèi)星授時(shí)秒脈沖周期校準(zhǔn)，以減少毫秒同步帶來的積累誤差。

3.1.2 內(nèi)同步

時(shí)間內(nèi)同步是指選擇某一參訓(xùn)平臺(tái)、地面系統(tǒng)或者專用時(shí)間基準(zhǔn)設(shè)備作為內(nèi)同步時(shí)基站，時(shí)基站采用衛(wèi)星時(shí)間作為時(shí)鐘源進(jìn)行時(shí)間內(nèi)同步。時(shí)基站可在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)消息中周期發(fā)布時(shí)間基準(zhǔn)信息，其他參訓(xùn)平臺(tái)接收到系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)信息后，根據(jù)本平臺(tái)位置及時(shí)基站位置信息，補(bǔ)償傳播時(shí)延后調(diào)整本地時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間同步。

根據(jù)參訓(xùn)成員與時(shí)基站之間相對(duì)位置信息進(jìn)行相對(duì)距離計(jì)算，考慮地球曲率影響，參訓(xùn)成員緯經(jīng)高位置信息（lati，long，heig）向直角坐標(biāo)系位置（x，y，z）轉(zhuǎn)換方法如下：

式中：RN為考慮地球曲率影響下參訓(xùn)成員位置在地球表面投影點(diǎn)與地心的距離；Re為地球長(zhǎng)軸半徑，即Re= 6 378 137 m；e為第一偏心率，e= 0.081 819 221。

3.1.3 內(nèi)外同步結(jié)合運(yùn)行流程

為保證實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練全流程時(shí)間基準(zhǔn)穩(wěn)定可靠，避免授時(shí)設(shè)備加改裝工作及平臺(tái)高機(jī)動(dòng)帶來的外同步中斷，并實(shí)現(xiàn)模擬器、虛擬兵力平臺(tái)時(shí)間同步，選擇內(nèi)外同步結(jié)合方式增強(qiáng)時(shí)間基準(zhǔn)可靠性，流程如圖3 所示。參訓(xùn)平臺(tái)及地面系統(tǒng)完成初始化后以當(dāng)前時(shí)間進(jìn)入自守時(shí)。地面系統(tǒng)通過NTP 服務(wù)器完成衛(wèi)星授時(shí)，當(dāng)參訓(xùn)平臺(tái)入網(wǎng)后，地面系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡(luò)參數(shù)周期發(fā)布系統(tǒng)內(nèi)同步時(shí)間基準(zhǔn)。各參訓(xùn)平臺(tái)在滿足衛(wèi)星授時(shí)條件時(shí)，優(yōu)先進(jìn)入衛(wèi)星授時(shí)外同步流程；對(duì)于不具備衛(wèi)星授時(shí)能力的平臺(tái)或衛(wèi)星信號(hào)遮蔽時(shí)，解析網(wǎng)絡(luò)參數(shù)中的時(shí)間基準(zhǔn)信息，補(bǔ)償傳播時(shí)延完成內(nèi)同步。參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間同步過程中，周期進(jìn)行平臺(tái)時(shí)間校核，若連續(xù)3 個(gè)周期無法完成時(shí)間同步，則提示參訓(xùn)平臺(tái)故障。

圖3 實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練平臺(tái)時(shí)間同步Fig. 3 Process of platform time synchronization

3.2 訓(xùn)練信息時(shí)間對(duì)齊

3.2.1 訓(xùn)練信息時(shí)間對(duì)齊方法

以參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間同步為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集、通信組網(wǎng)及裁決解算環(huán)節(jié)相關(guān)訓(xùn)練信息均標(biāo)記參訓(xùn)平臺(tái)當(dāng)前時(shí)間。由于參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間同步精度遠(yuǎn)小于網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延，因此訓(xùn)練信息解算時(shí)間對(duì)齊僅考慮網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延。時(shí)間對(duì)齊基準(zhǔn)可基于實(shí)際訓(xùn)練需求選取，可選取為關(guān)鍵事件發(fā)生時(shí)刻，也可選取相關(guān)訓(xùn)練信息匯集至本平臺(tái)的當(dāng)前時(shí)刻，但各平臺(tái)需選取統(tǒng)一的時(shí)間對(duì)齊基準(zhǔn)原則，并以相同處理方式完成。

訓(xùn)練信息時(shí)間對(duì)齊基準(zhǔn)若選取關(guān)鍵事件發(fā)生時(shí)刻，相關(guān)訓(xùn)練信息需向前對(duì)齊，即需在多源信息解算處理平臺(tái)進(jìn)行信息緩存，緩存時(shí)長(zhǎng)至少為最大網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延，以確保關(guān)鍵事件發(fā)生時(shí)刻本平臺(tái)相關(guān)訓(xùn)練信息可用。訓(xùn)練信息向前對(duì)齊更適用于通信傳輸時(shí)延不大、對(duì)裁決解算實(shí)時(shí)性要求較為寬松的實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練場(chǎng)景。

訓(xùn)練信息時(shí)間對(duì)齊基準(zhǔn)若選取當(dāng)前時(shí)刻，相關(guān)訓(xùn)練信息需向后對(duì)齊，即需在本解算平臺(tái)對(duì)收到的其他參訓(xùn)平臺(tái)相關(guān)訓(xùn)練信息進(jìn)行外推，完成當(dāng)前時(shí)刻其他參訓(xùn)平臺(tái)訓(xùn)練狀態(tài)預(yù)測(cè)。目前外推算法相對(duì)成熟，如DR（dead-recording）外推算法等［13］。訓(xùn)練信息向后對(duì)齊更適用于對(duì)解算裁決實(shí)時(shí)性要求較高，同時(shí)參訓(xùn)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)規(guī)律性強(qiáng)機(jī)動(dòng)較少的實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練場(chǎng)景。

3.2.2 訓(xùn)練信息時(shí)間對(duì)齊流程

訓(xùn)練信息時(shí)間對(duì)齊流程如圖4 所示。實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練過程中，多源數(shù)據(jù)解算處理平臺(tái)周期采集本平臺(tái)訓(xùn)練信息，并通過網(wǎng)絡(luò)接收其他參訓(xùn)平臺(tái)訓(xùn)練信息，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)指定的向前對(duì)齊或向后對(duì)齊要求，完成訓(xùn)練信息時(shí)間對(duì)齊，支持實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練裁決解算。地面系統(tǒng)通過對(duì)所有參訓(xùn)平臺(tái)訓(xùn)練信息絕對(duì)時(shí)間與當(dāng)前時(shí)刻差值和最大網(wǎng)絡(luò)時(shí)延進(jìn)行對(duì)比，校核檢驗(yàn)訓(xùn)練系統(tǒng)時(shí)間統(tǒng)一情況，并完成訓(xùn)練過程融合顯示。

圖4 實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練信息時(shí)間對(duì)齊Fig. 4 Process of information time alignment

3.3 時(shí)間一致性校驗(yàn)

鑒于實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練為多平臺(tái)分布式解算，全系統(tǒng)時(shí)間一致性由各參訓(xùn)平臺(tái)及地面系統(tǒng)分別維護(hù)，周期性開展時(shí)間一致性校驗(yàn)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間故障，避免實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練場(chǎng)次無效。

實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練時(shí)間一致性校驗(yàn)可分為平臺(tái)級(jí)及信息級(jí)。平臺(tái)級(jí)時(shí)間一致性校驗(yàn)主要由參訓(xùn)平臺(tái)自主判斷，若參訓(xùn)平臺(tái)連續(xù)3 個(gè)周期收不到外部時(shí)間源或內(nèi)同步時(shí)基站的時(shí)間信息，即判定本平臺(tái)失步。信息級(jí)時(shí)間一致性校驗(yàn)可由訓(xùn)練全流程信息匯聚節(jié)點(diǎn)即地面系統(tǒng)周期執(zhí)行，主要通過對(duì)當(dāng)前時(shí)刻所有訓(xùn)練信息標(biāo)記的絕對(duì)時(shí)間進(jìn)行比對(duì)，以最大通信時(shí)延為偏差標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)一性判斷。對(duì)訓(xùn)練信息超出偏差標(biāo)準(zhǔn)的參訓(xùn)平臺(tái)重點(diǎn)關(guān)注，如該平臺(tái)連續(xù)3 個(gè)周期訓(xùn)練信息均超出時(shí)間偏差標(biāo)準(zhǔn)，可判定該平臺(tái)失步。校驗(yàn)流程如圖3，4 所示。

參訓(xùn)平臺(tái)失步可停止訓(xùn)練數(shù)據(jù)發(fā)送，并以顯性化方式提示時(shí)間故障；若存在多參訓(xùn)平臺(tái)同時(shí)失步，可考慮提示網(wǎng)絡(luò)通信問題。

4 典型場(chǎng)景應(yīng)用分析

結(jié)合某場(chǎng)次?？章?lián)合訓(xùn)練場(chǎng)景，參訓(xùn)平臺(tái)主要包含戰(zhàn)斗機(jī)、預(yù)警機(jī)、無人機(jī)、艦船等平臺(tái)及相應(yīng)模擬器等類型。其中預(yù)警機(jī)、無人機(jī)主要負(fù)責(zé)偵察情報(bào)獲取，戰(zhàn)斗機(jī)、艦船及相應(yīng)模擬器之間形成空空、空海交戰(zhàn)關(guān)系，地面系統(tǒng)主要參與交戰(zhàn)訓(xùn)練實(shí)時(shí)裁決與訓(xùn)練過程綜合顯示。訓(xùn)練信息通過專用數(shù)據(jù)鏈、衛(wèi)星通信鏈及地面有線網(wǎng)絡(luò)完成交互傳輸，如圖 5 所示。各實(shí)裝平臺(tái)時(shí)鐘均與標(biāo)準(zhǔn)衛(wèi)星時(shí)間同步，模擬器及地面系統(tǒng)時(shí)鐘為本地時(shí)鐘。

圖5 典型海空聯(lián)合訓(xùn)練場(chǎng)景Fig. 5 Typical joint air-sea training

4.1 時(shí)間統(tǒng)一效果分析

以?？章?lián)合訓(xùn)練典型參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間情況為例，每500 ms 對(duì)典型平臺(tái)時(shí)間情況進(jìn)行采用記錄，時(shí)間完成統(tǒng)一前如圖 6 所示，各參訓(xùn)平臺(tái)之間最大時(shí)間差為1 s 426 ms；時(shí)間完成統(tǒng)一后如圖 7 所示，各參訓(xùn)平臺(tái)之間最大時(shí)間差為2 ms，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)時(shí)間統(tǒng)一。

圖 6 時(shí)間統(tǒng)一前典型參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間情況Fig. 6 Time of typical platforms before time unification

圖 7 時(shí)間統(tǒng)一后典型參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間情況Fig. 7 Time of typical platforms after time unification

4.2 時(shí)間統(tǒng)一影響分析

4.2.1 參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間同步影響分析

以空空交戰(zhàn)環(huán)節(jié)為例，實(shí)裝飛機(jī)與飛機(jī)模擬器形成空空交戰(zhàn)態(tài)勢(shì)，模擬器B 時(shí)鐘相較于實(shí)裝飛機(jī)A 超前3.01 s，典型參訓(xùn)平臺(tái)信息如表2所示。

表 2 空空交戰(zhàn)典型參訓(xùn)平臺(tái)信息Table 2 Typical training platform information for air-toair engagement

參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間未同步情況下，03：010 時(shí)刻，實(shí)裝飛機(jī)A 以實(shí)際時(shí)刻為基準(zhǔn)計(jì)算雙機(jī)間距為42 610.87 m，模擬器B 以邏輯時(shí)刻為基準(zhǔn)計(jì)算雙機(jī)間距為43 496.08 m，兩者相差884.79 m，雙機(jī)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知情況差異較大。通過內(nèi)外同步方式結(jié)合完成參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間同步，飛機(jī)模擬器B 邏輯時(shí)刻與實(shí)際時(shí)刻一致，雙機(jī)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知一致。參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間同步主要影響態(tài)勢(shì)感知、目標(biāo)探測(cè)、武器發(fā)射等環(huán)節(jié)，甚至直接影響訓(xùn)練正常開展。

4.2.2 訓(xùn)練信息時(shí)間對(duì)齊影響分析

以?？战粦?zhàn)環(huán)節(jié)為例，艦船發(fā)射某艦空導(dǎo)彈對(duì)目標(biāo)飛機(jī)攻擊，由地面系統(tǒng)執(zhí)行命中解算，艦空導(dǎo)彈信息網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延為1 s，飛機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延為2 s，典型訓(xùn)練信息如表3 所示。

表3 ?？战粦?zhàn)典型參訓(xùn)平臺(tái)信息Table 3 Typical training platform information for air-tosea engagement

未考慮通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)延情況下，以地面系統(tǒng)相同接收時(shí)刻計(jì)算彈目距離，即04：397 至06：397 時(shí)刻，彈目距離由598.44 m 縮小至82.22 m 又逐漸增大至456.82 m，艦空導(dǎo)彈未命中目標(biāo)飛機(jī)。通過訓(xùn)練信息向前對(duì)齊補(bǔ)償通信網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延后，則以相同發(fā)送時(shí)刻計(jì)算彈目距離，即03：397 至04：397 時(shí)刻彈目距離由458.49 m 縮小為0 m，艦空導(dǎo)彈命中目標(biāo)飛機(jī)。訓(xùn)練時(shí)間對(duì)齊將直接改變訓(xùn)練信息融合處理結(jié)果，尤其是影響武器攻擊效果繼而影響戰(zhàn)況。

5 結(jié)束語

實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練時(shí)間統(tǒng)一技術(shù)主要從參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間同步與訓(xùn)練信息時(shí)間對(duì)齊2 個(gè)層面進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過內(nèi)外同步結(jié)合方式實(shí)現(xiàn)高可靠參訓(xùn)平臺(tái)時(shí)間同步，在此基礎(chǔ)上補(bǔ)償通信網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練信息時(shí)間對(duì)齊，并結(jié)合時(shí)間一致性校驗(yàn)進(jìn)一步增強(qiáng)時(shí)間統(tǒng)一魯棒性。實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練時(shí)間統(tǒng)一是跨平臺(tái)信息分發(fā)、處理與應(yīng)用的重要保障，更是信息化實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練形成體系對(duì)抗能力的前提。實(shí)兵交戰(zhàn)訓(xùn)練相關(guān)系統(tǒng)建設(shè)過程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際訓(xùn)練需求，將時(shí)間統(tǒng)一技術(shù)納入系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，夯實(shí)時(shí)間統(tǒng)一基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練水平的快速提升。