数字孪生驱动的战场复杂电磁环境建模与仿真
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1.3.7 靶场数字化

我国现有的装备试验通常依托靶场进行。靶场是用于实弹射击或训练的场地,是从事武器装备试验、部队训练和军事应用研究的场所,其中,武器装备试验活动是军事靶场实践活动的主要内容。

为了构建贴近实战的、逼真的作战试验环境,在过去一段时间,各个国家都依据各个军种和某些武器装备试验鉴定的需求,构建了多个具有不同用途的相互独立的试验设施和系统,这种以武器装备为核心的传统靶场建设与运行形式,已经不能满足以信息为中心、以联合作战为特征的装备发展的需求。随着各靶场任务类型和所需资源的扩展,每个靶场都“烟囱式”地独立发展,不仅造成大量项目的重复建设,还严重阻碍了靶场之间的互操作和资源重用,影响了靶场发展的经济高效。为充分利用靶场已有的资源,必须实现多个资源甚至是多个靶场资源之间的互操作与共享。因此,这也导致了多种靶场概念的产生,包括虚拟靶场、逻辑靶场、无边界靶场、合成靶场和信息化靶场等。

(1)虚拟靶场。虚拟靶场也称为虚拟试验场,它充分发挥和利用仿真手段,探索一种新的试验方法,旨在实现各个分散的、异构的和独立的试验资源的互联、互通和互操作。但从该概念的发展和应用来看,虚拟靶场本质上是指通过将各试验靶场实体的、虚拟的、构造的(LVC)资源进行无缝连接,从而构建一个地理上分布、逻辑上统一的虚拟靶场,其主要着眼点是实现虚拟仿真资源与真实物理试验资源的互联、互通和互操作。目前美国的虚拟靶场全面采用试验与训练使能体系结构(Test and Training Enabling Architecture, TENA)。苏建刚等在总结国内外虚拟靶场的研究成果之后,给出了虚拟靶场更加全面的定义:虚拟靶场是一种以计算机仿真技术和靶场试验技术为基础,将被试装备或其虚拟样机置于虚拟环境中进行试验的靶场。虚拟靶场属于LVC一体化联合仿真技术在装备试验领域中的应用,支持不同地理位置上的试验资源的互操作,使得许多的靶场试验资源实现共享和重用。通常情况下,虚拟靶场会构建一种复杂的人工虚拟环境,力争取代在靶场进行的实兵实弹发射试验,以一种与真实靶场接近或等价的效果完成各种指定的靶场试验。它能够有效降低武器装备试验经济成本,降低技术风险。

(2)逻辑靶场。逻辑靶场是靶场试验资源在逻辑上的一个集合体,其中包含了许多超越地理界限、跨多个靶场与设施的试验训练资源;这些资源,包括位于各个分散的靶场或实验室中的真实与虚拟的武器装备和系统、仿真模型、模拟器、各种软件与测量设备等。逻辑靶场强调与试验目的紧密结合,根据试验目的对相关试验资源进行灵活组合,进而构造一个在逻辑上一体化的靶场。它是靶场LVC一体化联合仿真试验的逻辑描述,出发点仍然是实现LVC互操作。这种面向所有靶场和设施,根据某一具体试验或训练事件的需求,通过资源的互操作、重用和灵活组合,由所需的任何靶场或设施的真实的、虚拟的或构造的(LVC)资源的“无缝”集成而建立起特定的试验训练系统的思想,就是美军靶场与设施无边界一体化联合试验训练的思想,即美军提出的“逻辑靶场”的基本概念。

(3)无边界靶场。无边界靶场是基于美军提出的一种靶场和设施无边界的一体化试验训练的思想,主要强调在传统试验与训练技术体系基础上,根据具体试验训练的需要,实现跨靶场与设施范围、跨试验训练领域,运用多个靶场真实和虚拟的资源,进行联合试验与训练,形成超出物理边界的联合靶场。这一概念主要针对大型任务(“神舟”“嫦娥”等),它需要多个试验场设施配合,甚至还要跨越国界进行试验测控保障。它面向所有靶场和设施,根据某一具体试验或训练事件的需求,组合、重用和无缝集成必要的靶场中的LVC各类试验资源,共同构建一个满足试验需求的试验环境。因此,可以说无边界靶场就是一种冲破地理限制的合成靶场,它消除了多个异地靶场和试验设施的地理界限、试验与训练等应用之间的边界、LVC资源边界,以及真实试验和虚拟仿真试验的边界。因此,无边界靶场本质上是一个由多个不同的独立靶场构成的一体化试验系统,是一种基于LVC互操作概念的逻辑靶场。

(4)合成靶场。合成靶场则进一步强调仿真资源与野外试验场实装资源融为一体、功能互补,是逻辑靶场概念的拓展和延伸。它主要指的是区域合成(不同地域试验场资源综合集成、统筹共用)、功能合成(野外试验场实装与室内试验场仿真虚实融合、统筹互补)、领域合成(试验、训练、演练领域的资源按需分配、统筹共享)。合成靶场的建设,针对装备试验鉴定需求想定,重用靶场已有试验资源构建相应的试验系统,按照功能需求来相互替代数学模型、模拟器、真实装备,使该试验系统拥有较好的组合性、重用性及互操作性。

(5)信息化靶场。信息化靶场的概念是为了适应武器装备的信息化方向发展提出的,它是以信息化的试验资源为基础,以发挥信息能力为支撑,以信息化人才为主体的体系化、网络化的试验场。其基础技术是系统工程和信息技术;基本特点是标准化指导、体系化建设、集约化控制、一体化保障;主要形态是虚实融合、联合一体。信息化靶场的概念可理解为通过信息化建设,把试验场所有的资源链接成一个能够智能互动的有机整体,达到单元、要素、系统、力量的有机融合,支持数据、资源和试验能力的共享与重用,能够满足武器装备的单机、系统和体系等不同级别的试验需要。

上述概念的名称虽然不一样,但技术内涵是一致的,都是利用已有装备试验资源,运用综合集成方法,将若干试验场、训练场各要素链接成有机整体,实现针对任务的系统重组和信息互操作。这些概念表述的时空广阔、角度各异,但具有共同特点:一是时空开放性,即突破时间与空间的限制,实现LVC互联、互通和互操作;二是功能综合性,平时是试验场、训练场和演练场,战时又是一支支援力量。虚拟靶场、逻辑靶场、无边界靶场都与LVC一体化联合仿真技术有着密切的联系,且拥有相似的技术特点。合成靶场和信息化靶场则在实现LVC互联、互通和互操作的基础上,更加强调各类试验资源之间的功能互补和融合,与本文提出的虚实结合的武器装备试验方法有着相似的技术特点。