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军用虚拟现实系统建模与仿真技术发展与展望

文章来源:第三维度(http://www.d3dweb.com) 作者:Jessica 发布时间:2010年10月11日 点击数: 字号:
红外、毫米波、射频、红外成像等多种制导体制的综合仿真试验室,可以满足陆军装备各种制导武器的半实物仿真需要。

    美国还通过分布式仿真网络,将各大仿真中心与作战指挥中心、军事基地等连接起来,可以进行实时的武器装备作战半实物仿真,进行战术演练,评价武器系统的作战能力。

    在武器系统仿真方面,美国陆军高级仿真中心的武器系统仿真设施包括三个屏蔽室中的全尺寸武器系统地面设备,能够实现设备之间的互联,并能与其它设备互联。借助于大量半实物仿真技术并将武器系统仿真应用到战场仿真中去,能够对性能指标、控制策略和体系以及不同武器系统之间的互操作性进行模拟研究,并能对多目标,多武器系统环境下的各种武器进行详细的性能评估。

    2.2 体系对抗仿真技术

    未来联合作战的内容,已经向信息化作战时代转化,全纵深、非线性、非技术作战的特点更加突出,因此对体系对抗仿真技术需求越加明显。如美国十分重视体系对抗仿真技术的研究及应用,都将不同内容、位于不同地点的仿真器进行联网,组成分布式一体化的综合仿真试验环境,用于综合作战仿真试验;还结合先进的建模仿真与高性能计算机组成虚拟战场,对武器系统进行研制试验、鉴定与作战训练。为实现仿真互操作与重复使用,美国的体系对抗仿真正在向通用的高层体系结构(HLA)方向发展,并正在开展可扩展的仿真服务框架研究。

    大规模体系对抗仿真系统及其相关关键技术是国外发达国家研究和突破的重点,近年来国外开展的主要仿真项目和计划如下:

    1)美国的综合战区演练STOW 计划

    由美国国防部高级研究计划局和美国大西洋司令部联合开展的先进概念技术演示计划后取名为综合战区演练(STOW)计划。1997年l0月,举行了STOW97的联合演练,参加演练的节点分布于美英两国5个不同地点,通过一个先进且安全的ATM 网利用DIS互联进行演练和功能演示。

    2)欧洲大型军事演习(JPOw )

    从1996年起,欧美联合进行每年一次的大型分布式军事演习,演练关于战区导弹防御体系与来袭目标的对抗,参加国有美、英、德、荷兰、丹麦等,演习目的是评估战区导弹防御协同作战效果。

    3)战争模拟2000(Wargame 2000)

    战争模拟2000是美国弹道导弹防御组织和联合国家测试中心共同开发的下一代作战指挥和控制仿真系统,它主要用于国家导弹防御系统(NMD)和联合战区空中导弹防御系统(JTAMD)的概念评估、战略战术和作战过程等研究。

    4)千年挑战2002(MC’02)

    MC’02是迄今为止美国国防部组织的规模最大、复杂程度最高的多目标的仿真活动。MC’02用了多于30000个实体仿真和相应的C'ISR系统,13500人参加演习,使用美国国防部的HLARTI的演化版本连结分布在不同地方的9个实际训练场和l 8个模拟训练场,共使用了5O个作战仿真系统,80%由计算机仿真完成。

    2.3 仿真共用技术

    1) 仿真系统体系结构

    复杂仿真系统体系结构是仿真技术发展的重要问题。20世纪90年代前期,国外主要研究了SIMNET和DIS的复杂仿真系统体系架构。1995年,美国国防部在其建模与仿真主计划的目标中提出了为国防领域的建模与仿真制定一个通用的HLA技术框架,该框架对提高仿真系统互操作性和可重用性,具有十分重要的意义。仿真框架方面最新的概念发展是“可扩展建模仿真框架”和“仿真.C'ISR共同框架”,这些仿真框架目前在国外属于概念摸索的阶段,但代表了军用仿真框架发展的重要方向。

    2)建模与VV&A技术

    随着仿真系统向复杂仿真系统的发展,对建模与VV&A技术提出了更高的要求。在仿真建模方面,仿真模型的种类和建模方法大大增加了,其中仿真概念模型、面向对象模型、基于Agent建模等方法是最新发展的趋势。在建模与仿真VV&A方面,VV&A的研究对象也从单个仿真模型发展到复杂仿真系统,目前国外复杂仿真系统VV&A 发展两个核心问题是宏观指导政策和VV&A标准规范。

    3)仿真支撑平台技术

    仿真支撑平台是仿真系统重要的组成部分,以往的支撑平台主要包括仿真运行支撑平台和建模支撑平台两类。随着仿真系统向可互操作和可重用的复杂仿真系统方向发展,仿真支撑平台的组成在不断扩展。国外近些年来发展的重要仿真支撑平台包括:HLA运行支撑环境(RTI)、仿真资源库、全球信息网格(GIG)和仿真系统测试平台等方面。

    4)仿真标准及规范

    为了适应分布交互仿真技术的发展,美国的仿真管理部门、研究部门、学术界和工业界等共同组成分布交互仿真标准研究组织,定期组织研讨会,推动仿真标准的发展, 目前已经通过IEEE 公布了DIS。IEEE1278系列标准和HLA.IEEE1516系列标准,对推动分布交互仿真发展发挥了重要的作用。国外军用仿真标准规范是覆盖全方位的,复杂仿真系统开发是一项系统工程,因此必须管理和技术方面并重,这也是对未来仿真标准规范研究的重要要求。

    2.4 基于仿真的采办和虚拟样机

    1)基于仿真的采办

    基于仿真的采办(SBA)是相关的工业领域不断探索的一种新的采办概念,其核心是使用仿真技术全面地改善武器装备的采办过程,借助各种建模与仿真工具,在虚拟环境中进行产品设计、虚拟制造、测试评估甚至定型,最后再进行生产,SBA可以大大缩短采办时间,降低采办的投资。SBA强调工具、资源和人的可重用性。面对新的采办项目,可以直接从以往资源中选择合适部分重新进行组合,适当加以改进,快速形成新的协同环境,全方位支持系统采办全过程。SBA采办过程如图4所示。

图4 SBA采办过程示意图
图4 SBA采办过程示意图

    美国国防部十分重视武器装备的采办与研制,2001年美国国防部公布了其SBA策略。2002年美国国防采办和研制从需求转向能力,以基于能力的模式代替以前基于威胁的模式,美国军事转型构想的核心是在设计、发展和采购武器和系统时,采用基于性能和基于能力

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