需求3：成本與風(fēng)險的平衡

（1）原型的使用：在海軍聯(lián)合仿真環(huán)境的基礎(chǔ)上繼續(xù)開發(fā)，空軍利用這些先前的投資以降低開發(fā)風(fēng)險。

（2）有限開發(fā)：空軍將通過在現(xiàn)有環(huán)境中模型／組件的重用來限制環(huán)境開發(fā)。目前環(huán)境中的重用率超過60％。

（3）被測系統(tǒng)通常將包含由主機所提供的由實裝遷移來的作戰(zhàn)飛行程序代碼，將被測系統(tǒng)與聯(lián)合仿真環(huán)境集成在一起。

（4）開發(fā)一個信息交互中介對于確保聯(lián)合仿真環(huán)境按設(shè)計運行至關(guān)重要，負(fù)責(zé)支持時統(tǒng)、導(dǎo)調(diào)、路由和其他服務(wù)的消息交換。該信息交互中介被稱為信息交換服務(wù)矩陣（IESM）。它不是專用于試驗的，還可用于訓(xùn)練和作戰(zhàn)實驗。

（5）分布式操作：試驗和訓(xùn)練未來將連接地理上分布的站點，從而能夠進(jìn)行更大和更多樣化的科目。

（6）將商用產(chǎn)品和政府現(xiàn)貨產(chǎn)品（COTS／GOTS）融合在一起。

三、美空軍聯(lián)合仿真環(huán)境架構(gòu)

美空軍首先對聯(lián)合仿真環(huán)境定義了三個區(qū)域。區(qū)域A是被測系統(tǒng)所在的區(qū)域，以及對被測系統(tǒng)試驗發(fā)揮重要作用的其他實體或組件。區(qū)域A中的實體與被測系統(tǒng)直接交互。區(qū)域B實體可以對被測系統(tǒng)產(chǎn)生直接影響，并且在有限的情況下與被測系統(tǒng)交互。區(qū)域C實體為更廣泛的場景提供補充，并且不直接與被測系統(tǒng)交互。

聯(lián)合仿真環(huán)境試驗區(qū)域描述（美軍圖片）

在區(qū)域A、B和C的開發(fā)中遵循系統(tǒng)工程的思想。在系統(tǒng)工程中，在系統(tǒng)邊界（區(qū)域A）內(nèi)實現(xiàn)系統(tǒng)高分辨率和高保真度的精確細(xì)節(jié)是非常必要的。在區(qū)域B，被測系統(tǒng)還必須與其他系統(tǒng)進(jìn)行交互，但保真度較低（對被測系統(tǒng)性能的影響較�。�。在區(qū)域C，額外的補充實體可能會影響被測系統(tǒng)，但不受被測系統(tǒng)的影響。區(qū)域A的邊緣服務(wù)主要為各種飛機遷移的作戰(zhàn)飛行程序和高保真模擬器的集成，以及由核心服務(wù)（通過信息交換服務(wù)矩陣）通過定義驅(qū)動的公共服務(wù)（射頻環(huán)境、紅外環(huán)境、視線、天氣、武器和電子戰(zhàn)接口。區(qū)域A／B邊緣服務(wù)包括使用下一代威脅模擬（NGTS）和其他綜合防空系統(tǒng)模型，提供廣泛、復(fù)雜和密集的試驗環(huán)境。

1、關(guān)于聯(lián)合仿真環(huán)境中的服務(wù)

美空軍在聯(lián)合仿真環(huán)境架構(gòu)中主要是利用了邁特里公司（MITRE）在建立信息交換服務(wù)矩陣方面所做的工作。信息交換服務(wù)矩陣作為信息中介將服務(wù)分解為四個服務(wù)類，分別是核心服務(wù)、通用服務(wù)、邊緣服務(wù)、演訓(xùn)服務(wù)。（1）核心服務(wù)：分發(fā)具有正確格式和準(zhǔn)確時戳的信息。核心服務(wù)與公共服務(wù)和邊緣服務(wù)進(jìn)行交互。核心服務(wù)對所有服務(wù)和實體都是必不可少的，提供基本的信息中介。（2）公共服務(wù)：確保聯(lián)合仿真環(huán)境中的公平競爭。公共服務(wù)為了確保公平，將包括射頻、紅外、天氣、武器彈藥模型、通信模型等仿真。（3）邊緣服務(wù)：仿真系統(tǒng)、模擬器等獨特組件。邊緣服務(wù)提供聯(lián)合仿真環(huán)境所需的功能以支持任務(wù)運行，主要為代表裝備系統(tǒng)的仿真應(yīng)用。慮到聯(lián)合仿真環(huán)境面向?qū)ο蠛涂山M合的特性，只要邊緣服務(wù)仿真符合聯(lián)合仿真環(huán)境分布式仿真體系結(jié)構(gòu)，就可以在體系結(jié)構(gòu)內(nèi)快速替換模型（作為邊緣服務(wù)）。（4）演訓(xùn)服務(wù)：幫助用戶操作聯(lián)合仿真環(huán)境進(jìn)行試驗或培訓(xùn)的工具。演習(xí)服務(wù)允許用戶定義、任務(wù)規(guī)劃、配置、執(zhí)行和分析結(jié)果。

聯(lián)合仿真環(huán)境架構(gòu)實體圖，強調(diào)了需要接口控制文件（ICD）來管理這些不同服務(wù)之間的消息交互（美軍圖片）

2、關(guān)于聯(lián)合仿真環(huán)境的運行

信息交換服務(wù)矩陣中包含的核心服務(wù)允許聯(lián)合仿真環(huán)境中的各種服務(wù)以無縫的方式運行。聯(lián)合仿真環(huán)境用戶使用演訓(xùn)服務(wù)中作戰(zhàn)相關(guān)任務(wù)規(guī)劃工具來規(guī)劃任務(wù)。規(guī)劃后形成的作戰(zhàn)想定傳遞給仿真工程師，通過將所需的功能分配給可用的組件／服務(wù)，支持仿真環(huán)境的配置。配置過程對用戶是透明的，但對于試訓(xùn)人員來說至關(guān)重要，需要確保適當(dāng)?shù)谋Ｕ娑戎С衷囉?xùn)需求。配置完成后，試訓(xùn)人員運行經(jīng)過確認(rèn)的想定。最后，收集的運行過程中數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析確認(rèn)是否達(dá)到了試驗或訓(xùn)練目的。各種邊緣服務(wù)（實機之間遷移的作戰(zhàn)飛行程序、高保真模擬器）和信息交換服務(wù)矩陣之間接口控制文件的設(shè)計工作具有挑戰(zhàn)性。使用遷移作戰(zhàn)飛行程序的飛機仿真需要跟蹤或融合算法以適當(dāng)速率輸入適當(dāng)格式的數(shù)據(jù)，作為數(shù)據(jù)激勵確保正確的運行。未能滿足這些實時要求將導(dǎo)致試驗訓(xùn)練結(jié)果無效。這種服務(wù)質(zhì)量（QoS）要求明確了信息交換服務(wù)矩陣必須滿足的速度和保真度要求，尤其是對遷移的OFP的運行非常重要。所以信息交換服務(wù)矩陣的設(shè)計需考慮同時處理多個不同服務(wù)質(zhì)量的信道要求。

聯(lián)合仿真環(huán)境的運行概念圖（美軍圖片）

當(dāng)前訓(xùn)練環(huán)境中的許多訓(xùn)練系統(tǒng)都使用遷移來的作戰(zhàn)飛行程序代碼來表示飛機系統(tǒng)。這些遺留系統(tǒng)利用帶有模擬接口的作戰(zhàn)飛行程序與訓(xùn)練環(huán)境進(jìn)行互操作。聯(lián)合仿真環(huán)境必須提供一種方法，將具有不同保真度的作戰(zhàn)飛行程序和非作戰(zhàn)飛行程序模擬器集成到一個無縫的作戰(zhàn)空間中。聯(lián)合仿真環(huán)境接口文件和服務(wù)必須解決系統(tǒng)邊緣服務(wù)和作戰(zhàn)空間公共服務(wù)之間所需的信息交換，以形成一個適合試驗和訓(xùn)練的連貫統(tǒng)一作戰(zhàn)空間。

3、關(guān)于電子戰(zhàn)建模

目前電子戰(zhàn)技術(shù)的建模與仿真面臨四個主要挑戰(zhàn)：（1）在密集電子戰(zhàn)環(huán)境下實時生成和傳播信號復(fù)雜性；（2）在空間上縮放電子戰(zhàn)信號；（3）電子戰(zhàn)信號的驗證與驗證及其在環(huán)境中的效果，以及（4）考慮到當(dāng)今模型中的可用保真度，適當(dāng)?shù)貙﹄娮庸�擊和電子保護(hù)交互進(jìn)行建模。電子戰(zhàn)效果通常是被試系統(tǒng)（被測系統(tǒng)）的特定系統(tǒng)和模型特征的函數(shù)。通過實驗室或露天試驗場對這些效應(yīng)進(jìn)行分類和驗證。網(wǎng)絡(luò)效果通常遵循與電子戰(zhàn)相同的方法，需要實驗室或外場試驗來驗證模擬使用的效果。聯(lián)合仿真環(huán)境將具有生成和檢測射頻信號的雷達(dá)特性模型。通常，雷達(dá)距離方程的建模也要考慮處理模式選擇或信號處理等其他獨特方面。聯(lián)合仿真環(huán)境將利用射頻環(huán)境來解釋通過空間傳播時的射頻信號損失。額外的大氣參數(shù)包括天氣效應(yīng)（濕度等）、遮蔽物（煙霧等）以及其他會在大氣中對射頻能量造成損失的參數(shù)。這些計算在聯(lián)合仿真環(huán)境中實際是多種因素的函數(shù)。在威脅源接收到射頻信號將考慮這些損失，并向威脅提供射頻參數(shù)以進(jìn)行射頻信號檢測，并提供必要的參數(shù)以形成射頻回波（雷達(dá)截面）以支持發(fā)射雷達(dá)的探測計算。

美空軍第412試驗聯(lián)隊負(fù)責(zé)電子戰(zhàn)建模（美軍圖片）

下圖描述了在聯(lián)合仿真環(huán)境中典型射頻交互過程涉及的服務(wù)：（1）表示被測系統(tǒng)為探測／跟蹤對方系統(tǒng)用邊緣服務(wù)計算發(fā)射的射頻信號。（2）邊緣服務(wù)利用信息交換服務(wù)矩陣提供的核心服務(wù)調(diào)用公共服務(wù)來計算傳播損失、天氣影響等。（3）公共服務(wù)向?qū)Ψ较到y(tǒng)的邊緣服務(wù)提供接收的射頻信號。（4）來自對手系統(tǒng)蒙皮反射由公共服務(wù)計算，得到的軌跡在適當(dāng)?shù)倪吘壏��?wù)處進(jìn)行評估。（5）由此產(chǎn)生的信號被公共服務(wù)再處理，并將結(jié)果與被測系統(tǒng)交互。（6）被測系統(tǒng)接收處理后的信號并計算被測系統(tǒng)的探測／跟蹤性能。（7）基于這些結(jié)果，被測系統(tǒng)決定應(yīng)用電子戰(zhàn)并調(diào)用公共服務(wù)來相應(yīng)地修改輻射。（8）當(dāng)電子戰(zhàn)射頻信號在空間中傳播時，公共服務(wù)對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)男Ч�計算。�?）對手系統(tǒng)通過公共服務(wù)接收修改后的電子戰(zhàn)信號，并確定該信號對系統(tǒng)的影響。（10）對手系統(tǒng)通過邊緣服務(wù)對被測系統(tǒng)應(yīng)用電子戰(zhàn)并調(diào)用公共服務(wù)。（11）公共服務(wù)修改考慮射頻傳播、天氣等因素后的電子戰(zhàn)信號。（12）被測系統(tǒng)通過公共服務(wù)接收修改后的電子戰(zhàn)信號，并確定電子戰(zhàn)信號對被測系統(tǒng)的影響。

聯(lián)合仿真環(huán)境中射頻交互案例（美軍圖片）

四、小結(jié)

作戰(zhàn)理念從以平臺為中心轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)同、集成和互操作的作戰(zhàn)體系，需要在試訓(xùn)理念上進(jìn)行重大變革。聯(lián)合仿真環(huán)境是一種基于服務(wù)的開放式體系結(jié)構(gòu)，使用的先進(jìn)建模和仿真技術(shù)，將來可以部分解決露天試驗場的地理限制、技術(shù)限制、電子戰(zhàn)限制、頻譜干擾、作戰(zhàn)限制和安全等問題。美空軍聯(lián)合仿真環(huán)境到2023年形成初始作戰(zhàn)能力，還需幾年的時間就可實現(xiàn)在虛擬環(huán)境下對當(dāng)前和未來新能力、新概念的有效開發(fā)問題。使用聯(lián)合仿真環(huán)境這種建模和仿真環(huán)境進(jìn)行實訓(xùn)的關(guān)鍵在于其在用戶心中的可信度，這也是最容易被用戶詬病的問題。就其本質(zhì)而言，建模和仿真通常利用假設(shè)將建模工作重點放在系統(tǒng)／環(huán)境中的特性和功能上。美軍聯(lián)合仿真環(huán)境大量使用了成熟產(chǎn)品的集成，有長期的積累，新開發(fā)的工作量不到4成，在環(huán)境的校驗、確認(rèn)（VV＆A）過程中有優(yōu)勢。

（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心  何曉驍）

本篇供稿：系統(tǒng)工程研究所