工合成的虚拟环境中进行模拟仿真。这样不仅可缩短研制周期, 而且在武器系统工程研制阶段开始之前, 便可确定武器系统90 %的全寿命周期费用, 避免武器系统在实际研制、生产及装备部队各阶段中, 由于决策重大失误而造成资金巨大浪费, 或由于市场竞争激烈及技术的迅速发展使武器系统性能变得落后。故采用VR 技术, 能在军事需求日趋变化、技术飞速发展的时代, 以实时适用及高效费比的方式来发展武器系统。借助“虚拟武器系统样机”,还可减少研制武器系统实物样机所花费的人力、物力、财力和时间, 研究工作直接涉及到人机工程学等因素, 在设计阶段便能及早发现生产、装配及维修中将会出现的问题, 这些问题可在早期设计阶段所谓的“虚拟现场”中得到妥善解决。美陆军的“自动虚拟环境室”(CAVE) 属于一个典型的VR 仿真系统, 约耗资2 600万美元。该虚拟环境室利用三维VR 技术发展武器系统的全寿命周期仿真。它是一个借助全息图创建VR 场景与环境的试验室。

    美陆军打算在武器系统从开发到装备使用的全寿命周期, 用上述系统进行武器系统的开发、设计、研制、生产、采办、测试与评估、训练、维护、作战及后勤保障等。如美军完成M21 改进型主战坦克的作战试验, 采用实物模拟, 需花费两年时间, 耗资4 000 万美元, 而采用VR 技术,则只需3 个月时间, 耗资仅640万美元, 其效果显而易见。

    2. 3 　有效地确定飞航导弹系统的作战空域, 实现省弹、省钱及省时

    飞航导弹系统性能的评定,尤其是作战空域的确定, 是各型号飞航导弹系统研制工作中的重要研究课题。传统的观念仅承认以飞航导弹靶场实弹飞行试验的结果作为依据。为全面验证飞航导弹作战空域并取得必要的统计数据, 便需有可观的飞航导弹试验发数, 就要花费昂贵的代价。

    若为了省钱而大量减少飞航导弹试验发数, 便会降低靶试结果的置信度。新的概念是, 主要以VR 技术试验作为依据来确认飞航导弹系统的作战空域, 而实弹靶试则仅作为一种有效性的验证手段。以VR 技术打靶试验替代部分乃至大部分实弹靶试。此种VR 技术概念在国外已付诸实用。现以美空军响尾蛇空空导弹发展的三个型号为例加以说明。

    由于采用VR 技术, 每个型号研制靶试实弹数, 由AIM29D 型的129 发减至AIM29M 型的35 发。实弹数的减少, 型号间的继承性固然是一个因素, 但更主要的是采用了VR 技术。根据国外对三种不同类型的爱国者、罗兰特及尾刺地空导弹研制过程中的情况统计分析, 可得到如下结论: 由于采用VR 技术, 使靶试实弹数减少了30 %～60 %; 研制费用节省了10 %～40 %; 研制周期缩短了30 %～40 % , 其效益颇高。

    美空军的先进中程空空导弹(AMRAAM) 的系统仿真极为成功。由于仿真试验充分, 在三次实弹试验后便签订了导弹生产合同。美国波音公司亦对VR 技术作过效益分析, 它用一实例来说明问题。假若做3 000 发实弹试验需两年时间, 耗资1. 2 亿美元, 而作同样次数的VR 技术试验, 仅需三周时间, 花费10 万美元。

    综上所述, 可得到如下的结论: 采用VR 技术可有效地确定飞航导弹系统的性能及作战空域, 型号研制得到颇高的经济效益。

    2. 4 　弥补外场飞行试验之不足

    对于现代多模多功能飞航导弹的制导系统, 仅靠单一的飞行试验难以作出恰如其分的评估。一个多模复合系统, 为测试其多项功能, 便需在一个受控环境内, 输入各种模式情况下所需的各种激励信号, 并确定飞航导弹系统对激励信号的响应灵敏度。由于受外场飞行试验条件的限制, 多功能测试难以实现。由于某些因素, 如需在靶场实现多种特定的地面特性, 外场试验条件难以实现。比较同样型号的一个飞航导弹系统与另一个飞航导弹系统之间的差异, 外场试验亦难以实现。鉴于上述情况, VR 技术试验可弥补飞行试验之不足。

    此外, 由于飞行试验费用昂贵,不允许借助大量的试验来取得统计性数据, 而VR 技术试验则可较为简便地取得统计性数据。

    2. 5 　有效地评估飞航导弹系统性能之重要方法

    现以飞航导弹制导控制系统VR 技术仿真为例加以阐述。借助于从飞行试验前的准备至飞行试验实施的全过程, 逐步形成了对飞航导弹系统性能评估方法分级的概念。以逼真程度和复杂程度作为性能评估方法分级的依据, 从工作台测试到实际作战可将飞航导弹系统性能评估方法分为如下7 级。现分别给予介绍:

    1) 工作台测试　用于提供测试单个硬件的性能参数;

    2) 设计分析　用来预测各分系统间的相互作用;

    3) 计算机仿真　又称全数字仿真, 作为一种分析工具用于预测整个飞航导弹系统的性能;

    4) 动态飞行试验　如将导引头挂在飞机上进行试验, 用以评估导引头硬件在飞行时的性能, 但不修正运动时的动态效应;

    5) 半实物闭合回路仿真　是含实物的闭合回路仿真, 如导引头在三轴转台上, 在受控的环境中进行闭合回路半实物仿真,用主计算机来实现飞航导弹的飞行动力学仿真模型;

    6) 制导飞行试验　这是在试验靶场进行的飞航导弹飞行试验, 试验中以一种特定的环境替代实际威胁的情景;

    7) 实弹发射　这是对飞航导弹系统有效性最高层次的测定。
   
    通常, 从工作台测试到实弹发射, 共分为7 级, 逐步增强其复杂性和真实性, 但实际情况仍需根据具体问题具体分析。如同一级性能评估方法亦可实现不同层次的真实性; 如制导飞行试验选用的目标, 可以是信号源、航模、靶标乃至具有代表性的威胁。环境条件可以是无干扰乃至有严重的敌对干扰等。当其采用较逼真的实际威胁的目标模型时, 计算机仿真、动态飞行试验及半实物闭合回路仿真等不同级的性能评估方法亦可实现相似层次的逼真程度。

    无论是VR 技术试验还是飞行试验, 都要根据需要验证的问题与方案, 恰当地选取逼真程度是绝对必要的。高逼真度是通过增加系统的复杂性、增大成本及花费较长的研制时间来获取的。

    过份的要求将会浪费有价值的资源。反之, 不满足逼真度要求时, 回答系统问题所得出的答案将是无意义的。上述7 级性能评估方法, 不应将其视为无关的,而应将其视为有着内在有机联系的。如