摘 要： 实战化训练是当前我军能力建设的迫切需求。首先, 研究了美军联合训练技术体制和训练案例, 分析了一体化联合训练的发展趋势;然后, 针对我军实战化联合空中作战训练任务, 研究了我军当前联合空中作战训练体系的能力需求、总体架构和数据架构, 提出了一种以信息为中心、基于网络、面向服务且适合空军实战化训练的联合空中作战训练信息系统体系设想;最后, 分析了该体系的关键技术, 为我军联合空中作战训练系统的发展提供参考。
关键词： 训练信息系统; 联合空中作战; 训练体系; 试验与训练使能架构;
Abstract： Combat-oriented training is an urgent requirement for the construction of operation capability. Firstly, the system of the U.S. military joint training technologies and the training cases are studied. The development trend of the integrated joint training is analyzed. Then, aimed at the tasks of combat-oriented joint air combat training in our army, the current capacity requirement, the overall architecture and the data architecture of the joint air combat training system are studied. An information-centered, network-based, and service-oriented assume about the system of the joint air combat training information systems is proposed, adapting to the combat oriented air training. Finally, the system′s key technologies are analyzed. The methods can provide references on the development of our joint air combat training systems.
Keyword： training information system; joint air operations; training system; test and training enabling architecture (TENA) ;
0 、引 言
实战化训练是提高作战能力的重要手段。美军按照“像作战一样训练, 像训练一样作战”思想, 基于逻辑靶场和一体化联合训练信息体系支撑和开展训练, 执行严格的标准程序, 建立逼真的战场环境, 训练过程随机导调, 难度甚至超过实际作战。近年来, 在伊拉克、阿富汗等多次局部战争中, 充分利用训练基地、模拟仿真系统等开展战前一体化、实战化军事训练, 为赢得战争奠定了坚实基础[1]。针对空军当前任务使命和联合作战需求, 迫切需要建立联合空中作战训练信息系统体系, 提升训练质量和效益, 推进联合训练能力跨越式提升。
1 、美军联合训练发展与分析
美军一直是军事训练领域的领先者。近年来, 美军加紧打通不同领域、不同层次、不同手段和不同用途模拟系统间隔阂, 全面整合军事训练基地、作战实验室和武器装备试验靶场等基础设施资源, 不断加强模拟系统、指挥控制系统及全球网络栅格间的互连互通, 力求构建一个能满足军事训练、作战分析和装备试验等多用途、综合性一体化联合训练环境, 使得平时能够依托该环境开展军事训练和装备试验等活动, 战时可依托该环境开展实际作战分析。
1.1、 技术体制
20世纪90年代末, 美军在靶场训练领域构建了逻辑靶场资源集成、整编、管理与交互的总体架构, 即试验与训练使能架构 (TENA) 。TENA体系结构如图1所示。它支持高层体系结构 (HLA) 、分布式交互仿真 (DIS) 和公共对象请求代理体系结构 (CORBA) 等多种协议与标准, 通过TENA中间件将部署于多个靶场或训练基地的试验、训练和仿真等TENA对象资源按需聚合在一起, 也可通过TENA网关与非TENA系统及应用互通, 共同构成一个综合训练战场环境, 完成以网络中心战为要求的实战化联合训练任务[2]。通过美军“千年挑战2002” (MC02) 和联合红旗2005 (JRF05) 等多次联合试验和训练活动, 证明了TENA在靶场试验和训练中的重要支撑作用。
21世纪初, 美军在TENA体系结构基础上构建了JLVC (联合实兵、虚拟与构造) 联邦以支持LVC (实兵、虚拟与构造) 训练。JLVC联邦模型体系开放。70mm, BP#〗灵活, 可根据不同训练任务及演习演练场景构建相应的模型体系, 支撑不同训练任务并满足不同训练场景[3]。图2展示了一种以推演仿真系统为核心的JLVC联邦模型体系结构。该模型基于网络通信基础设施, 采用HLA/运行支撑环境 (RTI) 和DIS等方式, 将试验与训练靶场、武器平台虚拟仿真系统及指挥控制系统等诸军种多个层次的实装、仿真系统连接在一起, 构建实兵训练环境, 并提供联合演习控制站及工具箱的支持, 支撑虚实结合、跨域联训的一体化联合训练。
图1 TENA体系结构
图2 JLVC联邦模型体系结构示例
1.2 、典型案例
下面以美军举行的大规模真实、虚拟和构造仿真相结合联合红旗演习JRF05和“千年挑战2002”演习为例说明其联合训练体系。
JRF05 演习逻辑靶场示意图如图3所示。演习的监视控制及导调评估由多个空军基地共同完成;内利斯空军基地开设联合空中作战行动中心, 掌握全局态势, 并提供真实打击目标;科特兰空军基地通过联合构造JCATS提供虚拟地面目标;罗宾斯空军基地通过联合监视目标攻击雷达系统 (JSTARS) 生成虚实结合的地面目标态势图, 为廷克空军基地的蓝方空战指挥所提供打击目标;红方在拉克兰空军基地开设综合防空系统。演习运用了TENA架构, 采用跨区域多靶场联合、分布式信息传输与交换、真实和虚拟交战相结合以及信息化手段评估演习效果等手段, 将分散在美国各地的训练基地、靶场、作战仿真中心和作战指挥中心的基地/靶场资源、系统及装备等集成在一起, 将大规模真实、虚拟和构造仿真结合在一起, 为多军兵种跨域虚实结合联合训练提供了有力的借鉴[4]。
图3 JRF05 演习逻辑靶场示意图
“千年挑战2002”首次采用诸军种联合野战演习形式, 联合部队司令部利用网络技术连接陆军、海军、海军陆战队、空军、航天司令部、国防威胁削减局和军事院校参与实施演习, 构造了分布式环境。“千年挑战2002”演习示意图如图4所示。该次演习中, 实兵和实装系统在9个军事基地展开了约20%的对抗演练, 多种作战仿真系统在18个模拟仿真战场开展了余下约80%的对抗演练, 这些真实的与仿真的战场环境同时接入GCCS, 所有演习参与者通过GCCS实现对虚拟作战训练空间作战态势的共享[5,6]。根据训练及演习科目需求, 将所需靶场及LVC联邦成员资源进行灵活整合、 重组和互操作, 无缝集成在一起, 建立演习训练系统[7]。
图4 “千年挑战2002”演习示意图
1.3、 发展趋势
为解决JLVC联邦各系统功能冲突和集成繁杂等问题, 美军提出基于云使能模块化服务 (CEMS) 的JLVC2020, 重点突破数据服务代理、模块化服务规范和数据管理模式等关键技术, 通过开发特定功能的小型模块化服务单元来代替复杂庞大的仿真系统, 由松散的联邦结构转向模块化框架, 实现基于CEMS的LVC联合训练支撑环境[8], 满足当前作战训练需求, 支撑未来网电一体战训练、空海一体战训练、有人/无人平台协同训练、无人集群作战训练及太空一体战训练等新的作战训练样式[9]。
2、 实战化联合空中作战训练体系
2.1 、使用概念
实战化联合空中作战训练体系依托信息系统成体系建设, 采用网络化体系结构, 将各类训练资源、作战资源和系统功能融合至服务云, 将训练基地/靶场、指挥机构、训练装备和武器装备各类信息系统与节点更紧密地连接在一起, 按需筹划训练任务, 调度训练资源、构建训练环境、实施训练活动及开展裁决评估, 实现以任务为牵引、以信息为中心的联合空中作战训练信息系统体系。实战化联合空中作战训练系统使用概念如图5 所示。
基于联合空中作战训练体系, 在联合空中作战训练中心支撑下, 开展基地化、模拟化、网络化和实战化联合训练。部队主要开展技术训练、战术训练及武器平台间的红蓝对抗训练;训练基地内主要开展导调带动下的战役战术训练和红蓝体系对抗训练;训练基地间主要开展虚实结合、体系联动和战训一体的大区域、复杂环境及联合任务的体系对抗训练。
图5 实战化联合空中作战训练系统使用概念
2.2 、系统架构
联合空中作战训练体系按照网络中心、面向服务的架构, 构成以训练服务云平台为核心的网络中心化体系。通过聚合指挥控制系统、武器系统、基地/靶场和仿真系统各要素及能力, 进行服务化与标准化封装和共享运用, 根据组训任务和组训资源的变化, 动态调整系统结构要素, 形成无缝耦合、体系联动且指挥高效的网络化训练信息系统, 构建可有效支撑战训一体[9]联合训练的网络化服务体系。联合空中作战训练系统架构如图6 所示。
图6 联合空中作战训练系统架构
通信支撑网指依托栅格网, 以各种通信手段为基础, 共同构成一体化的基础设施, 实现各网络间的互连互通。训练服务云聚合导调、评估、指挥、仿真和计算等各类训练能力, 为训练系统提供数据服务和应用服务, 是整个体系的核心支撑;用户平台包括指挥系统、靶场和基地的各类指挥、仿真系统等, 涵盖战场环境、仿真支撑、情报处理、作战指挥及训练模拟器等方面。基于联合空中作战训练体系, 按训练任务对各类训练资源进行灵活调动动态重组, 并以服务化的手段为战场环境、情报处理、指挥控制提供支持, 同时具备各要素仿真模拟、数据采集等功能[10]。
2.3、 数据存储架构
训练数据存储体系是支撑训练体系的核心之一, 分为云中心和数据服务节点2个层次。训练数据存储架构如图7 所示。云中心可由多个部署在不同地理位置的数据中心组成, 按照统一的数据标准和结构为各端应用构建统一的训练数据资源池, 数据服务节点依托训练信息系统数据存储环境, 使用复制技术或低端网络存储设备以确保训练信息系统局域网内部的数据一致。
图7 训练数据存储架构
2.4、 体系能力
实战化联合空中作战训练体系重点实现以下4个方面能力:
1) 实战化联合训练组织管理能力。以联合作战为牵引, 从实战化需要出发建立联合训练组织管理能力, 实现训练组织管理、环境构建、动态导控、考核评估和数据管理等能力, 构建基于训练信息系统的新质能力, 支撑一体化联合训练。
2) 虚实结合跨域联动的联合训练能力。基于网络化架构, 实现统一的技术体制、数据格式和接口标准, 将虚实训练融为一体;实现诸军种联合训练系统的互连互通互操作, 实现联合训练力量的体系训练能力倍增。
3) 动态适配的网络化联合训练评估能力。构建可动态适配的网络化、多关联的指标体系及评估方法, 合理、科学和全面反映体系特征的评估模型, 全面采集训练过程数据, 挖掘分析海量数据, 实现联合训练体系的综合评估。
4) 模块化联合训练体系保障能力。贯彻通用化、系列化和模块化原则, 提供理论及技术保障、训练评估技术保障、装备保障及运行与维护保障, 建立运行机制以实现对各种联合试验、训练、红蓝对抗和演习等活动的有效保障, 满足体系训练保障能力需求。
3 、关键技术
3.1、 联合训练体系结构设计
为适应不同技术体系下的模拟与作战系统互连, 美军已将面向服务架构 (SOA) 、网格、Web服务、模型驱动架构 (MDA) 、基本对象模型 (BOM) 等概念引入联合训练体系架构设计。美军正基于云使能模块化服务将联邦结构向模块化框架转变。随着一些适应该标准和支撑应用的新中间件 (如HLA Evolved) 的出现, 特别是在新技术标准体系下, 系统架构的研究与设计将不断发展和提升[11]。
3.2、 训练服务云平台
训练服务云平台是联合空中作战训练体系的核心。云服务平台中, 需解决HLA/RTI分布式交互仿真、训练资源管理、训练模型资源发现、训练资源服务调度、训练服务容错迁移、训练资源虚拟化、安全机制与用户管理等关键问题。进一步研究针对多核/多机的高效并行算法和智能优化算法, 完善服务调度及容错迁移技术、建模仿真资源虚拟化技术, 支持对复杂仿真任务的高效运行与求解, 形成资源的虚拟化标准[12]。
3.3 、虚实时空同步对准技术
针对跨地域、跨网域虚实目标网络化联合训练, 基于复杂网络的时空同步对准尤为重要。针对采样及仿真周期不同所带来的时间异步, 可采用内插外推、泰勒展开修正及虚拟融合等方法;针对坐标系变换带来的空间异步, 主要采用三角变换法、直接坐标法和地心转换法等。随着对复杂网络动力行为研究的深入, 基于网络动力学同步的时空统一配准也成为重要研究方向[13]。
3.4、 多分辨率推演仿真建模技术
不同层次训练和不同阶段推演对军事实体模型的分辨率需求不同。美军在联合仿真系统 (JSIMS) 和联合多分辨率模型联邦 (JMRM) 等项目中, 采用面向对象和组件化等建模方法, 采用仿真数据交换、模型聚合解聚、运行一致性和时间协调控制等手段, 借助HLA/RTI通过模型系统互连实现军事实体多分辨率联合仿真。后续仍需建立多分辨率联合仿真通用化技术标准, 采用基于作战实体所有权转移的模型切换、跨分辨率交互等方法满足广域对抗和局部高仿的需求[14]。
3.5 、智能化训练评估技术
美陆军研发了陆军标准训练评估系统, 能自动反馈官兵训练成绩, 基于网络全球发布获取;美空军采用先进的空战情况分析与评价系统对空战训练实施监控和评估。传统的基于层次结构和权重的指标体系及层次分析法等评估方法已难以满足需求。建立结构合理、科学全面反映体系特征的评估指标体系, 研究基于模糊综合评判、人工神经网络评判和基于大数据挖掘的云中心评估方法等智能化评估技术是重要研究方向[15]。
3.6、 公共通信网关技术
联合训练中, 系统间常采用不同的技术体系。为解决不同技术体制间多系统联合运行和体系联动问题, 美军在LVC体系结构路线图 (LVCAR) 的最终报告中提出将发展和建立公共网关技术作为下一步工作的核心任务之一。近年来, 美军在公共网关的研究及建设方面投入很大, 并取得了明显成果, 形成了一些可投入运用的原型系统。
4 、结束语
本文在新军事变革背景下, 按照网络中心和信息主导的理念, 紧贴联合作战筹划及联合作战指挥等实战化需求, 构建了联合空中作战训练体系总体架构。该架构以实战化训练为驱动, 结合大数据、云计算及虚拟化等技术, 可聚合各类系统资源信息于云平台, 形成体系化联合训练能力, 实现训练信息系统间的无缝铰链、训练系统装备的全域调用, 为打赢未来网络中心战条件下高科技信息化战争做准备。
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