基于LVC的舰载机作战指挥训练系统设计

针对舰载机实装多兵种作战指挥训练组织难度大、风险高等特点,考虑到飞行模拟训练经济型、安全性等优点,对舰载机作战指挥训练系统进行研究设计,搭建了系统整体框架,阐述了技术原理,介绍了各分系统的功能作用,实现了“背靠背”作战筹划、多层次兵力指挥控制、接入指挥信息系统实装、多维度态势展现、对抗效果评估等辅助决策支持等功能,建立了“人在环”和“人不在环”两种应用模式,最后对关键技术进行了分析,如采用注入式扩展技术以支撑高性能并行仿真引擎驱动,提出了基于接口的编程和动态QoS的联合中间件技术,利用代码重用方式实现工程数字模型封装集成等。

体系联合试验环境下LVC资源集成构建

针对当前试验环境建设分散且共享共用欠缺等问题,提出一种体系联合试验环境下真实、虚拟和构造(LVC)资源集成技术。首先,分析了体系试验系统和试验资源;然后,研究了资源接入中间件接入试验的原理,设计了资源接入中间件组成架构和应用流程,并实现了实装、半实物模拟器和异构仿真系统的接入与交互;最后,开展了典型对抗场景下体系试验验证。应用实例表明,该技术能够解决能力验证不充分的问题,可为作战体系中新战法验证提供新思路。

基于SAAS的LVC装备试验资源实时调度模型研究

真实虚拟构造仿真为装备体系试验提供了有效技术手段。针对试验中大量异构仿真资源对象间的交互难以满足试验任务实时性需求问题,开展仿真资源实时调度模型研究。分析模型的功能组成,将调度模型划分为远程方法通信实现、远程方法云服务、优化调度策略3个子模型,分析各子模型的功能及其之间的关系,给出模型运行的步骤以及实现原理,并构建标准实验环境,验证模型算法。实验表明,在模型时延要求小于1 ms的标准测试环境下,云服务环境最多可承载大约30个节点同时提出订阅需求,并且调度成功率均大于98.5%,丢包率为0,符合模型性能要求。

面向SaaS的LVC仿真试验中间件设计研究

真实-虚拟-构造(Live-Virtual-Constructive,LVC)仿真技术为装备试验提供了全新的技术手段。针对LVC体系试验中异构仿真资源对象数量多、交互复杂导致无法满足武器体系快速响应的试验任务需求,以训练使能体系架构为基础,按照远程方法调用为主的模式对中间件、应用模型框架进行改造。设计LVC仿真中间件的模型运行组件、发布订购组件、消息处理组件、实时运行组件各个功能模块,为LVC仿真提供高效的实时通信机制,支撑仿真即服务(Simulation as a Service,SaaS)的运用模式。该中间件可实现LVC试验复杂资源的快速调度、监控、分发、部署、运行控制、数据采集等运行管理服务,为LVC试验任务分析、过程监控、异常处理及作战武器之间、各类平台之间的协同提供技术支撑。

面向LVC训练的蓝方虚拟实体近距空战决策建模

真实-虚拟-构造为近距空战对抗训练提供了有力支撑。针对课题对蓝方虚拟实体的实际决策建模需求,在对比分析深度强化学习与经典智能优化方法的基础上,从优化理论的角度对神经网络的权值空间和结构空间进行定义,提出基于智能优化的进化神经网络决策模型及其求解方法。首先,分析近距空战战术特点,战机飞行运动模型,实际决策建模需求。其次,分别设计战机关键飞行状态、动作空间、适应度函数,实现蓝方端到端感知与决策。最后,给出基于经典遗传神经网络的决策模型及求解示例。结果表明,所提方法可实现蓝方战机通过对抗数据来学习对手作战特点的功能,验证了模型及方法的有效性;同时所提方法对目前智能优化及其改进算法,以及不同结构神经网络具有通用性。

LVC装备试验仿真系统体系结构关键技术研究

真实-虚拟-构造(LVC)仿真为装备体系试验实施提供了有效手段。针对LVC武器装备体系试验仿真系统体系结构时间约束条件下全局任务同步能力需求,逻辑靶场中互操作性、可重用性、可组合性、可拓展性需求,逻辑靶场快速开发、部署、实施需求,从体系结构的设计、建模、应用服务、元素时空同步4个方面提出体系结构开发的关键技术,对构建与真实战场空间同步的虚拟战场空间、更好地模拟未来战争、应对未来联合作战的各种挑战具有重要的现实意义。

ICE中间件的LVC集成模型研究

提出一种组合式建模方法,基于RLFP 4种模型,包括需求模型、逻辑模型、功能模型、物理模型对LVC仿真系统进行构建,并实现4种模型之间的转换,得到可实现仿真验证的LVC集成模型;其次介绍了一种分布式中间件ICE及其通信模式,用于实现LVC仿真模型的集成,并针对当前LVC系统中存在的弱实时性问题提出了一种时间管理方法,最后借助一个仿真训练实例验证LVC仿真系统的通信和集成方法。

Planning for LVC Simulation Experiments

The use of Live, Virtual and Constructive (LVC) simulations are increasingly being examined for potential analytical use particularly in test and evaluation. In addition to system-focused tests, LVC simulations provide a mechanism for conducting joint mission testing and system of systems testing when fiscal and resource limitations prevent the accumulation of the necessary density and diversity of assets required for these complex and comprehensive tests. LVC simulations consist of a set of entities that interact with each other within a situated environment (i.e., world) each of which is represented by a mixture of computer-based models, real people and real physical assets. The physical assets often consist of geographically dispersed test assets which are interconnected by persistent networks and augmented by virtual and constructive entities to create the joint test environment under evaluation. LVC experiments are generally not statistically designed, but really should be. Experimental design methods are discussed followed by additional design considerations when planning experiments for LVC. Some useful experimental designs are proposed and a case study is presented to illustrate the benefits of using statistical experimental design methods for LVC experiments. The case study only covers the planning portion of experimental design. The results will be presented in a subsequent paper.

模拟仿真技术及其在训练领域的应用综述

未来高技术武器装备和作战行动、战场环境日趋复杂,依托现有仿真技术条件和模拟训练资源,构建网络化、体系化、智能化的模拟训练装备与系统,开展体系对抗模拟训练,是缓解高技术装备训练耗费大与资源有限的有效途径,是提高训练质量和水平的主要途径。总结分析了联合训练领域重点关注的仿真体系架构、仿真建模、蓝军模拟、信息体系仿真等技术发展现状与趋势,初步剖析了上述技术在美海军常态化训练环境、“阿尔法”智能空战模拟训练系统等典型系统、美“大规模演习2021”中的应用情况与作用效能,围绕提高体系对抗条件下的实战化模拟训练能力水平,从技术趋势和工程实现的角度,提出了5个值得重点关注的研究方向,可为本领域工程技术人员提供参考借鉴。

基于云服务的联合训练体系

面向新时期联合训练需求,提出了基于云服务的联合训练体系建设构想。首先,研究了训练体系的基本概念,分析其发展趋势和现状问题,总结了联合训练体系建设意义和必要性;其次,在研究分析美军联合训练发展历程、典型项目和发展启示基础上,提出了构建联合训练体系的总体目标、体系架构、技术框架、云服务能力体系设想及其与作战体系的关系;最后,以联合防空训练为例,说明了基于云服务的联合训练的组织运用方法和流程,梳理了联合训练技术体系及关键技术,可为新时期联合训练体系的建设发展提供参考。

虚实合成试验系统中间件实时性扩展与应用

采用数据分发服务(DDS)技术并增加组播机制,引入服务质量(Qo S)和编译式中间件技术,在DDS中采用接口本地化、可扩展传输架构等方法,对公共对象请求代理体系结构(CORBA)实时中间件通信底层进行改造,来优化和提高中间件实时性,并得到试验验证。研究结果表明,扩展后的中间件在实时性扩展(RTX)环境中传输延迟1 ms左右,实时性得到极大的提高,为实时性要求较高的大规模靶场分布式仿真试验提供了一个切实可行的新方法。

多接口实装资源实时接入代理设计与研制

提出了基于嵌入式系统架构的通用实装资源实时接入设备的设计方案。采用通用硬件接口及软件框架,通过设计现场可编程阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)程序以及协议转换模块和中间件模块,使用户只需编辑通信协议即可将实装资源接入虚实合成试验系统中。最后采用多种方法对代理进行实时优化设计并完成测试,结果表明代理设备性能指标满足系统接入要求。

仿真体系结构发展现状与趋势研究

随着信息技术的飞速发展,特别是cyber空间、cyber对抗等新概念、新技术的提出,要求仿真体系结构能够适应网络化、通用化、服务化、集成化的发展趋势,具有高可重用性、可扩展性、可组合性与互操作性,这对目前我军广泛采用的仿真体系结构带来了严峻挑战。美军是目前主流仿真体系结构相关标准的制定者,代表了世界的先进水平,因此,对美军目前广泛采用的多个仿真体系结构进行了深入调研,着重分析了各个体系结构的技术特点、存在的问题,研究了美军用于指导未来仿真体系结构发展的路线图。在此基础上,提出了我军新一代仿真体系结构发展的建议。

考虑节点失效的异构仿真网络可靠性评估蒙特卡罗模拟

异构仿真网络是实况、虚拟和构造(live,virtual,and constructive,LVC)仿真的基础环境支撑,合理评估其可靠性在LVC仿真应用中具有重要作用。针对复杂网络可靠性评估难以获得精确解、效率不高的问题,提出一种考虑节点失效的LVC异构仿真网络蒙特卡罗评估方法。首先,基于异构网络自身特点及因子定理,对蜂窝网络和无线传感器网络进行等效转化;其次,运用可靠性保持缩减技术对转化的仿真网络进行缩减,提高算法效率和收敛速度;最后,依据不完全可靠节点转化原则,对简化网络可靠性进行蒙特卡罗模拟,实现LVC异构仿真网络连通可靠性的评估。计算结果表明,相比传统蒙特卡罗方法,所提方法在保证计算精度的同时,方差减小,运行负载较小,稳定性更好。

基于E-LVC技术的重大综合灾害耦合情景推演方法

面向大规模耦合灾害,提出了一种基于增强的真实操作、虚拟模拟、构造模拟(E-LVC)技术的重大综合灾害耦合情景推演方法,并研发了基于E-LVC的灾害救援机器人、大型实验装置、仿真和数据系统的动态交互技术。在耦合灾害场景下,救援机器人进入灾害现场,实时高效探索灾情现场环境并获取前线现场数据,基于E-LVC的动态交互技术实时地将灾情信息回传至控制台,构建环境地图和灾情现场情景,并显示在虚实结合的决策支持平台上,为"人在回路"的重大灾害情景推演和应急演练奠定基础。假定灾害耦合场景为北京发生大地震导致火灾并耦合风场作用,以人员疏散和城市大规模交通疏散为应急演练内容进行了案例研究,验证了所提出的情景推演方法的辅助决策能力。