一、 概述

仿真技術是以相似原理,、信息技術,、系統(tǒng)技術及其應用領域有關的專業(yè)技術為基礎，以計算機和各種物理效應設備為工具,，利用系統(tǒng)模型對實際的或設想的系統(tǒng)進行試驗研究的一種綜合性技術,。它綜合集成了計算機、網(wǎng)絡技術,、圖形圖像技術,、多媒體、軟件工程,、信息處理,、自動控制等多個高新技術領域的知識。

隨著仿真技術在科技進步和社會發(fā)展中的作用愈來愈顯重要,，特別是軍事科學,，隨著高、精尖武器系統(tǒng)的研制和發(fā)展,，對軍用仿真技術的應用和研究提出了更高的要求,。世界各軍事強國竟相在新一代武器系統(tǒng)的研制過程中不斷完善仿真方法，改進仿真手段,，以提高研制工作的綜合效益,。軍用仿真技術在武器系統(tǒng)戰(zhàn)技指標論證、方案選擇,、研制,、試驗,、鑒定、改進提高以及部隊維護保養(yǎng)和訓練中的應用,，已得到研制方和使用部隊的承認和重視,。它對提高新一代武器系統(tǒng)綜合性能，減少系統(tǒng)實物試驗次數(shù),、縮短研制周期,，節(jié)省研制經(jīng)費，提高維護水平,，延長壽命周期,，強化部隊訓練等方面都可大有作為。

二,、 國內(nèi)外軍用仿真技術發(fā)展現(xiàn)狀

1．國外軍用仿真技術發(fā)展現(xiàn)狀態(tài)

美國國防部高度重視仿真技術的發(fā)展,，近十多年來，美國一直將建模與仿真列為重要的國防關鍵技術,。1992年公布了“國防建模與仿真倡議”,，并成立了國防建模與仿真辦公室，負責倡議的實施：1992年7月美國防部公布了“國防科學技術戰(zhàn)略”,，“綜合仿真環(huán)境”被列為保持美國軍事優(yōu)勢的七大推動技術之一；1995年10月,，美國防部公布了“建模與仿真主計劃”,，提出了美國防部建模與仿真的六個主目標；1997年度的“美國國防技術領域計劃”,，將“建模與仿真”列為“有助于能極大提高軍事能力的四大支柱（戰(zhàn)備,、現(xiàn)代化、部隊結(jié)構(gòu),、持續(xù)能力）的一項重要技術,，并計劃從1996年至2001年投資5.4億美元、年均投資0.9億美元”,。同時美國國防科學局（Defense Science Board）認為建立集成的綜合仿真環(huán)境和仿真系統(tǒng),，必須解決五個層次的使能技術，(enabling technologies )（即應能解決實現(xiàn)的技術）

第一層次：基礎技術,。

包括：光纖通訊,、集成電路、軟件工具,、人的行為模型,、環(huán)境模型等。

第二層次：元,、部件級技術

包括：內(nèi)存,、顯示,、局域網(wǎng)、微處理器,、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),，數(shù)/模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，建模與仿真構(gòu)造工具,，測試設備等,。

第三層次：系統(tǒng)級技術

包括：微機系統(tǒng)，人一機界面,，遠距離通訊/廣域網(wǎng),、計算機圖象生成。

第四層次：應用級技術

包括：制造過程仿真,、工程設計建模與仿真,，含人仿真系統(tǒng)，隨機作戰(zhàn)仿真等,。

第五層次：集成綜合環(huán)境和建模與仿真工程

包括：原型機,、規(guī)劃、設計與制造,，訓練與備戰(zhàn),，測試與評估。

上述使能技術有些商業(yè)市場解決,，如微機系統(tǒng),、遠距離通訊/廣域網(wǎng)、人一機界面,、計算圖象生成,、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、局域網(wǎng),、光纖通訊,、軟件工程工具等，也就是大部份的硬件和網(wǎng)絡能力由商業(yè)市場作為成熟產(chǎn)品提供,。而為滿足軍用仿真需求,，有些如制造過程仿真，工程設計建模與仿真,，隨機作戰(zhàn)仿真,，環(huán)境模型等都由關國防部組織解決。

數(shù)學模型是仿真的基礎,，要仿真,，必須對被仿真的對象或系統(tǒng)進行數(shù)學建模，也就是對客觀世界中客觀事物進行數(shù)學抽象和數(shù)學描述。數(shù)學模型的正確與否以及其精確度直接影響仿真的置信度,。所以,，建模以后必須經(jīng)過驗模，驗模就是對模型的評估過程,。但對導彈武器系統(tǒng)中的某些部件,，由于它的非線性，很難用數(shù)學模型表達得那么準確,。因此,，導彈武器系統(tǒng)，無論是戰(zhàn)術的還是戰(zhàn)略的,，美國三軍都非常重視半實物仿真在導彈研制中的作用,。雖然這是化費較大的工程，但是幾年來,，美,、歐、日各方都化費巨資建立半實物仿真系統(tǒng),，以加快精確制導武器的研制,。

同樣，歐洲對于仿真的研究歷來也十分重視,。北大西洋公約組織（NATO）于1992年9月成立了DIS工作組,。同年歐洲學術界的二百個成員成立了歐洲仿真特殊興趣組，并于次年組建了“仿真未來：新概念,、工具和應用”基礎研究工作組,。制定了仿真基礎研究和開發(fā)為第一優(yōu)先主題。其第二個主題即為開發(fā)新的應用領域,。尤其是象并行和分布式仿真這樣的基礎技術，圍繞這個主題將就“仿真互操作性”展開行動計劃,。并對應于美國DIS工作組成立一些對應的“影子”機構(gòu)進行跟蹤研究,。

2．國內(nèi)軍用仿真技術發(fā)展現(xiàn)狀

我國軍用仿真技術的發(fā)展已有四十年的歷史。尤其在“七五”以來的十多年中,，通過邊建邊用,，以及上級領導的重視，仿真技術得到了飛速發(fā)展,。突出表現(xiàn)在以下方面：

⑴ 建成了航天機電集團以北京仿真中心為代表的,，科技集團以上海八院八部的射頻、紅外仿真系統(tǒng)為代表的服務于各類新型導彈,、衛(wèi)星,、運載火箭和魚雷等仿真的“八大仿真系統(tǒng)”以及用于新型軍機研制的飛機工程仿真系統(tǒng)，為仿真技術的研究和應用打下了堅實的基礎。

⑵ 90年代我國開始對分布交互仿真,，虛擬現(xiàn)實等先進仿真技術及其應用進行研究,，開展了較大規(guī)模的復雜系統(tǒng)仿真，由單個武器平臺的性能仿真發(fā)展為多武器平臺在作戰(zhàn)環(huán)境下的對抗仿真,。

⑶ 研制出了連續(xù)系統(tǒng)仿真語言ICSLⅡ和ICSL++仿真環(huán)境,，連續(xù)/離散（事件）系統(tǒng)仿真語言IHSL和圖形輸入仿真語言IFAS等通用仿真語言及射頻、紅外,、反坦克導彈,、衛(wèi)星、戰(zhàn)略導彈和運載火箭等半實物仿真專用軟件,。正在研制基于高檔微機,、工作站通用、并發(fā),、一體化仿真軟件,。

⑷ 視頻/紅外動態(tài)圖象轉(zhuǎn)換技術攻關，并研制出了能產(chǎn)生紅外動態(tài)圖象的原理試驗樣機,。其中,，MOS電阻橋陣方案已研制出64×64象元，幀頻100HZ的工程試驗樣機,；紅外CRT已研制出8~12μm的工程試驗樣機,。

⑸ 堅持邊建邊用的原則，在應用方面取得顯著成果,。有效的應用于新型武器的研制,，優(yōu)化系統(tǒng)設計，提高武器系統(tǒng)性能,；以及診斷并排除隱患和故障,、提高型號研制質(zhì)量；大大減少實彈試驗次數(shù)和試驗數(shù)量,，從而起到了縮短研制周期,、節(jié)約研制經(jīng)費、提高武器系統(tǒng)效費比的巨大作用,。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù),，仿真技術可縮短導彈武器研制周期20~40%，節(jié)約導彈定型試驗所需彈數(shù)10~30%,；魚雷試航次數(shù)減少50~80%,；縮短艦船作戰(zhàn)系統(tǒng)、武器系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時間40~60%,。從可量化的數(shù)字看,，至95年底,，仿真技術在我國各類導彈（含魚雷、運載火箭）,、衛(wèi)星,、飛機、艦船,、坦克和高炮的研制中,，仿真創(chuàng)經(jīng)濟效益達人民幣5億元以上。

射頻目標雜波,、干擾和多路徑效應仿真,，已可基本滿足相應型號仿真工程建設的要求。

三,、 軍用仿真的發(fā)展設想

1．環(huán)境仿真

無論是單武器平臺性能仿真還是多武器平臺在對抗作戰(zhàn)環(huán)境下的體系對抗仿真,，環(huán)境仿真都是重要的組成部分。美國在環(huán)境仿真方面,，研制了各種運動仿真器,，如高精度飛行仿真轉(zhuǎn)臺、加速度模擬器,、真空模擬器等,，建立了逐步完善的各種實體模型數(shù)據(jù)庫、戰(zhàn)場環(huán)境（如地形,、地貌,、海洋、大氣,、空間等）數(shù)據(jù)庫,，并用虛擬現(xiàn)實技術，建立虛擬仿真環(huán)境,、虛擬戰(zhàn)場環(huán)境等,，以支撐其各種仿真的需要。

要完成環(huán)境仿真,，必須解決兩方面的問題

⑴ 環(huán)境模型的建立

軍事應用中的環(huán)境是千變?nèi)f化的,，不同的地形、地貌,、氣象、電磁干擾,、噪聲等等都有其不同的環(huán)境特征,，要對其建立有相當置信度的模型是很復雜的，所以環(huán)境仿真建模工作應作為基礎性研究進行,。

⑵ 環(huán)境效應

這是一個更加復雜的問題,，實際上也就是仿真環(huán)境動態(tài)變化時，對仿真結(jié)果所產(chǎn)生的影響。例如,，軍艦,，反艦導彈與海情，風力,、風速,，加上多路徑這些環(huán)境之間是相互交互的。這些都增加了仿真達到相當置信度的難度,。

2．分布式仿真技術與訓練仿真技術

美國是最早發(fā)展分布式交互仿真技術的國家,。1983年美國防部高級研究計劃局（DARPA）和陸軍合作的研究計劃SIMNET于1989年完成，為DIS的發(fā)展奠定了技術基礎,。分布式仿真包括軍事上公認的三類仿真：真實仿真,、虛擬仿真、結(jié)構(gòu)仿真,，分布交互仿真的核心是仿真技術和網(wǎng)絡技術的結(jié)合,。

分布交互仿真技術最明顯的應用是多兵種聯(lián)合作戰(zhàn)訓練，進行多武器平臺作戰(zhàn)仿真,。在DIS生成的逼真戰(zhàn)場環(huán)境支持下,，可以進行作戰(zhàn)仿真，熟練掌握合成作戰(zhàn)技術,、作戰(zhàn)原則,、發(fā)展新的作戰(zhàn)方式和方法，提高各級指揮人員的戰(zhàn)場指揮能力,，并可大大減少風險和高額開銷,。NATO準備逐步把各國不同的兵力匯入SIMNET而成為一個虛擬戰(zhàn)場，并把空戰(zhàn)仿真系統(tǒng)（AWSIMS）和海戰(zhàn)仿真系統(tǒng)（NWSTMS）與其相聯(lián),。美國陸軍的CCTT（近戰(zhàn)戰(zhàn)術訓練系統(tǒng)）,，是美國用于部隊訓練的第一個分布交互仿真實用系統(tǒng)，可實現(xiàn)546個仿真工作站的仿真訓練聯(lián)網(wǎng),，距離可跨越歐美之間,，可為美國本土和美在北約駐軍的野外訓練提供高逼真度的虛擬戰(zhàn)場環(huán)境。聯(lián)網(wǎng)演習,，比起實戰(zhàn)演習來,，其成本低、損傷少,、安全保密,，多次反復演練，而且方案可以多變,，準備時間短,。通過聯(lián)網(wǎng)仿真訓練多兵,、團組協(xié)同作戰(zhàn)，不僅可解決人與機之間的關系,，更要解決人與人之間的協(xié)同關系,。

美國還大力開發(fā)集作戰(zhàn)仿真、武器裝備研制及武器裝備采辦使用的分布式交互仿真系統(tǒng),。自美國防部1992年制訂“作戰(zhàn)仿真試驗室”計劃以來,，迄今已建立了六個作戰(zhàn)仿真實驗室。利用分布交互仿真技術,，作戰(zhàn)實驗室與有關專業(yè)和單位的計算機聯(lián)網(wǎng),，可以高效率地完成以下工作：

·進行聯(lián)合訓練，為制訂新的作戰(zhàn)戰(zhàn)術,、條令和訓練方法,、制訂作戰(zhàn)計劃、評估作戰(zhàn)情況提供依據(jù)：

·在新武器系統(tǒng)開始研制或在役武器裝備著手改進之前,，通過計算機仿真和實物模擬,，對新技術所能提供的新作戰(zhàn)能力和新的作戰(zhàn)思想進行試驗和評估，以提出新武器的需求,；在武器系統(tǒng)研制期間,，系統(tǒng)在逼真的作戰(zhàn)試驗環(huán)境中不斷仿真試驗，將保證最終系統(tǒng)盡可能適合于作戰(zhàn)的需要：

·預測新武器從研制,、生產(chǎn)到列裝,、使用、維護,、后勤支援采辦全過程中的問題,，包括費用情況,，以縮短研制周期,、降低全壽命費用,。

·作戰(zhàn)仿真試驗室，通過DIS系統(tǒng)在更大的仿真環(huán)境中加入能反應實彈真實飛行的仿真試驗而得到擴大,，允許能進行更復雜的系統(tǒng)試驗,，進行有真實意義的戰(zhàn)役分析，以支持國防高級決策工作,。

3．虛擬現(xiàn)實技術

近年來,，虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）技術在航空航天和軍事領域的成功應用，取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益,，促進美國政府進一步加大了對VR技術研究的支持力度,。VR技術在武器系統(tǒng)性能評價、武器操作訓練,、指揮大規(guī)模軍事演習等三個方面的仿真應用中能發(fā)揮重大作用：大幅度降低所需的費用,，極大的提高效益，并消除意外傷亡事故,。因此,，美國政府所支持的VR 技術研究也正是緊緊圍繞著提高這三種能力的系統(tǒng)和環(huán)境而展開的。他們擬將VR的一些關鍵技術進行加強和改進,，主要有高速網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)的實時交互與顯示,、數(shù)據(jù)融合與輸出、各個層次（包括地形繪制,、天氣描述,、運動和傳感、武器系統(tǒng)與效應,、計算機生成的半自主兵力等）上的逼真性,。

美國政府支持的虛擬現(xiàn)實技術應用的研究計劃有：

?戰(zhàn)爭綜合演示計劃（Synthetic Theater of War Project）；
?防務仿真交互網(wǎng)絡（Defense Simulation Internet, DSI）,；
?衛(wèi)星模擬（The Satellite Modeler, SM）,；
?虛擬座艙（The Virtual Cockpit, VC）。

實際上VR技術的廣泛應用,，無論是對駕駛員進行成功訓練的飛行模擬器,，或是用來訓練軍事作戰(zhàn)人員虛擬戰(zhàn)場，或是基于仿真的設計包括幾何外形,，傳動物理特性和動力學特性的在建?；A上，完成的虛擬樣機,，還是通過仿真模型在計算機上仿真生產(chǎn)全過程,，實現(xiàn)產(chǎn)品的工藝規(guī)程，加工制造等生產(chǎn)出的虛擬產(chǎn)品,，都已有許多成功事例,。

歸根結(jié)底，所謂的虛擬現(xiàn)實簡單地說,，就是數(shù)字仿真加圖形可視化,。因此，虛擬系統(tǒng)的基本組成有高性能計算機,、計算機網(wǎng)絡,、圖象生成與顯示系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫（含地理信息,、氣動數(shù)據(jù),、導航數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等）以及相應的人機接口和軟件支撐環(huán)境,。

四,、 結(jié)束語

軍用仿真技術以戰(zhàn)略戰(zhàn)術導彈武器系統(tǒng)研制需求為牽引,，以新型精確打擊武器裝備全生命周期仿真應用為重點，為適應新型號導彈武器系統(tǒng)和軍用衛(wèi)星系統(tǒng)研制的需要,，充分驗證系統(tǒng)設計的正確性,，“十五”期間突破精確制導武器系統(tǒng)仿真、導彈武器系統(tǒng)訓練仿真,、環(huán)境仿真,、分布交互式仿真、虛擬現(xiàn)實仿真等關鍵技術,，建立相應的仿真試驗系統(tǒng),，系統(tǒng)仿真支撐環(huán)境，充分發(fā)揮仿真技術在導彈背景型號武器裝備發(fā)展論證,，研制與試驗,、定型與評估、使用與訓練,、更新與改造等全過程中的先導和支撐作用,。

另外，通過對虛擬技術的研究,，盡可能地擴大其應用范圍,，采用虛擬樣機，虛擬戰(zhàn)場環(huán)境以及虛擬制造等概念,，可以使傳統(tǒng)的武器系統(tǒng)的設計方法產(chǎn)生變革,。虛擬技術將是21世紀武器系統(tǒng)研制和軍隊建設的重要手段。