来源：第三维度
     作者：胡勇 李文元 周宏斌
     单位：西安通信学院 710106

    摘要：目前，仿真技术已经发展形成较完整的专业技术体系，并迅速地发展为一项通用性、战略性技术。军事领域内的仿真技术在高技术条件下的战争中正在起着越来越大的作用。本文首先对仿真技术进行了简要概述，接着对仿真技术的主要发展趋势进行了介绍，最后对仿真技术在军事领域内的应用进行了粗浅探讨。

    1 引言

    现代仿真技术和高性能计算技术相结合，正在成为继理论研究和实验研究之后的第3种认识和改造客观世界的重要方法[1]。随着仿真技术在科技进步和社会发展中的作用愈来愈重要，特别是军事科学，随着高、精尖武器系统的研制和发展，对仿真技术的应用和研究提出了更高的要求。

    本文在对仿真技术进行了简要概述之后，粗浅探讨了仿真技术的发展趋势及其在军事领域内的应用。

    2 概述

    仿真属于～门基础性学科，它是利用模型进行的一种试验，可极为有效而经济地用于科研、设计、训练以及系统的试验。仿真技术是以控制理论、相似原理、数模与计算技术、信息技术、系统技术及其应用领域相关专业技术为基础，以计算机和多种专用物理效应设备为工具，借助系统模型，对实际的或设想的系统进行动态试验研究的一门综合性技术。其特点是它属于一种可控制的、无破坏性的、耗费小的、并允许多次重复的试验手段。

    仿真本质上是一种知识处理的过程，典型的仿真过程包括系统模型建立、仿真模型建立、仿真程序设计、仿真试验和数据分析处理等，它涉及多学科多领域的知识与经验。

    3 仿真技术的发展趋势

    仿真技术的发展离不开应用需求的推动。当前各应用领域对仿真技术提出了许多新的要求，主要有：①提高仿真的逼真性、可靠性和精确性；、②提高建模与仿真的效率；③改进仿真系统的体系结构[7]。为满足这些要求，一系列新的技术方案被相继提出，这些新技术代表了仿真技术发展的主要趋势。

    3.1 虚拟现实技术

    虚拟现实技术(VimialReality，VR)是在综合仿真技术、计算机图形技术、传感技术、显示技术等多种学科技术的基础之上发展起来的[2]，它以仿真的方式使人置身于一个虚拟世界中，通过头盔显示器、数据手套等辅助传感设备，使人可以沉浸到一个由计算机系统所创造的虚拟环境中，与虚拟环境发生交互作用，并得到与实际的物理参与联试所能获得的相同或相似的感受。进一步的研究包括分布式虚拟环境、虚拟环境建模、分布式可交互环境数据库、虚拟环境显示、虚拟测试、分布式多维人机交互及标准化等。

    3.2 分布交互仿真技术

    分布交互仿真(Distributed Interactive Simulation，DIS)是一种基于计算机及高速通信网络的仿真训练系统，它将分散于不同地点、不同类型的仿真设备或系统集成为一个整体，使之相对每个用户皆表现为一个逼真的浸入环境，并在此环境下支持高度的交互式操作[3]。

    目前，分布交互仿真技术在高层体系结构(HLA)上，建立了在一个广泛的应用领域内分布在不同地域上的各种仿真系统实现互操作和重用的框架及规范。HLA的基本思想就是使用面向对象的方法，设计、开发及实现系统不同层次和粒度的对象模型，来获得仿真部件和仿真系统高层次上的互操作性与可重用性。HIA只是分布交互仿真技术发展的新起点，它还存在不足之处[4]，但它必将随着仿真需求、仿真技术和各种支撑技术的发展而得到进一步的发展。特别是随着互联网Intemet、Web/Web Service、网格计算(Grid computing)[5]等网络技术的发展，其技术内涵和应用模式得到不断的扩展和丰富。

    3.3 面向对象的仿真技术

    面向对象的仿真(Object.Oriented Simulation，OOS)，为人们研究现实世界提供了一种更为自然的框架，它是当前仿真领域最新的研究方向之一。面向对象的观点把系统看作由相互作用的对象组成，它能够以使人易于理解的形式构造现实系统的仿真模型，并能使人在一个具有实际含义的层次上观察模型的行为，有利于提高仿真软件设计的安全性和可靠性[2]。计算机辅助仿真(CAS)建立封装了对象相应的数据和数据操作的程序模块，作为对象的模型，整体行为则由对象间通过接口相互交换信息的联系来描述。这样，系统与模型具有直接的对应关系，这种直观与易理解性，符合人们自然思维方式，便于在实际含义的层次上观察模型的行为。

    3.4 智能仿真技术[6-7]

    基于建模与仿真技术研究人类智能系统机理，以及各类基于知识的仿真系统已成为仿真技术的重要研究与应用领域。典型的如基于仿真的嵌入式智能系统。目前，应用智能体(agent)对复杂社会系统进行仿真是这一领域的研究热点。基于agent的仿真技术中也存在着挑战，例如。，如何控制agent的自治能力来保证它的可信度[8]。其中知识模型及其表示标准化的研究，尤其是对面向Agent的模型、面向本体的模型、面向分布式推理的网络模型、面向移动通信的推理模型、能演化的模型、自组织模型、容错模型、虚拟人等的研究将是智能系统建模进一步研究发展的重点。

    3.5 综合自然环境仿真技术[6]

    综合自然环境的建模与仿真包括对地理(地形、地貌和地质)：海洋、空间、大气、电磁等环境信息的仿真。在环境模型基础上进行的仿真应用体现了自然环境对实体运行和决策行为产生的影响。综合自然环境的建模采用静态或动态的多维数据场拟合方法，并对虚拟自然环境与实体的交互进行检测。当前，自然环境建模与仿真技术向着多学科融合、实时动态化和分布式协同化方向发展，同时出现了相关的设计标准(综合环境数据表示与交换标准SEDRIS)、规范和实现技术(地理信息系统(GIS)，基于图像绘制(IBR)，体绘制(Volume Rendering)等)。

    3.6 建模与仿真的校核、验证与确认技术[2]

    建模与仿真的校核、验证与确认技术(verification，validation and Accreditation，w&A)技术，即系统模型的校核、仿真模型的验证以及仿真结果的认可技术。VV&A技术的应用能提高和保证仿真可信度，降低由于仿真系统在实际应用中的模型不准确和仿真可信度水平低所引起的风险。VV&A技术已成为复杂系统建模与仿真技术中的重要课题，尤其受到军事部门的高度重视，并正从局部的、分散的研究向实用化、自动化、规范化与集成化的w＆A系统发展。

    4  仿真技术在军事领域内的应用

    在军事领域，仿真技术的应用主要包括武器装备仿真和作战仿真两大部分。其在军事上的应用，在高技术战争中对作战行动将产生重要的指导作用，主要表现在以下四个方面[9]。

    1) 通过训练模拟器进行训练，提高作战人员的军事素质。

    2) 利用仿真技术提高武器装备的战技术性能，加速高科技应用，引导新武器研制，促进新型武器装备发展。

    3) 在战争开始前，采用仿真技术选择最佳作战方案，制定周密的行动计划，对作战的组织指挥起到重要作用。

    4) 通过仿真，研究新的作战思想、作战理论，制定战略计划。

    随着各种仿真新技术的发展，其在军事领域内的应用必然促进军事训练思想、训练方法和训练手段的更新和改进。下面结合仿真技术的发展趋势，粗浅探讨其在军事领域内的各项应用。

    4.1 基于分布交互仿真技术的军事应用

    分布交互仿真技术在军事上最明显的应用是多兵种联合作战训练，进行多武器平台作战仿真。在DIS生成的逼真战场环境支持下，可以进行作战仿真，熟练掌握合成作战技术、作战原则、发展新的作战方式和方法，提高各级指挥人员的战场指挥能力，并可大大减少风险和高额开销i美国是最早发展分布式交互仿真技术的国家。1983年美国防部高级研究计划局和陆军合作的研究计划SIMNET于1989年完成，北约(NAT0)准备逐步把各国不同的兵力汇入SIMNET而成为一个虚拟战场，并把空战仿真系统(AWSIMS)和海战仿真系统(NWSTMS)与其相联。美国陆军的CCTI"(近战战术训练系统)，是美国用于部队训练的第一个分布交互仿真实用系统，可实现546个仿真工作站的仿真训练联网，距离可跨越欧美之间，可为美国本土和美在北约驻军的野外训练提供高逼真度的虚拟战场环境。联网演习，比起实战演习来，其成本低、损伤少、安全保密，多次反复演练，而且方案可以多变，准备时间短。通过联网仿真训练多兵、团组协同作战，不仅可解决人与机之间的关系，更要解决人与人之间的协同关系。

    分布交互仿真技术的发展主要基于两个因素：①网络技术的发展；②军事技术的需求，要求借助仿真技术来训练作战人员，使其能在现代战场环境条件下使用各自武器装备并互相配合作战，因而该技术近二十年来在军事上得到了迅速发展[2]。

    4.2 基于虚拟现实技术的军事应用

    近几年，随着科学技术的发展，虚拟现实技术已经渗透进军事生活的各个方面，开始在军事领域中发挥着越来越大的作用。目前，虚拟现实技术在军事领域的应用主要集中在虚拟战场环境、军事训练和武器装备的研制与开发等方面。

    虚拟现实技术在军事领域内的应用新的发展趋势包拼[10]：①高新技术武器的研制开发、论证、评估及预测；②“虚拟”军事地图；③虚拟现实在军事医学、救治上的应用；④虚拟远程控制机械装备。

    4.3 基于网格技术的军事仿真

    网格技术的核心是解决网络上各种资源(如计算资源、存储资源、软件资源、数据资源等)的动态共享与协同应用。军事网格是由各种通信卫星、微波中继站、地面光缆、无线电台、野战地域网等通信基础设施，以及各种计算机、存储器、网格软件平台、数据库、地理信息系统等计算信息设施组成，具有广域分布、无缝连接、动态扩展和高度集成的特点[1]。

    军用仿真的需求和现代分布式仿真技术的发展、最新网格技术的兴起已经为研究基于网格的新型仿真技术和构造网格环境下的仿真系统奠定了良好的基础，我们称之为“基于网格的仿真”，即所谓的“仿真网格”[12]。基于网格的仿真就是构建在网格(软硬件)基础之上，并且利用网格服务来支持仿真过程中的建模、想定制作、运行时集成、实验设计、实验分析等系列活动的一种新型仿真方法。网格技术提供的思想、体系结构和整合成单一的高性能、可靠的资源的能力在军事仿真中具有良好的应用前景。

    尽管目前网格技术还不是很成熟，但它将是网络技术的发展方向，及早展开基于网格的军事应用仿真研究，对于我军将来抢占信息制高点，推动仿真技术在军事领域的应用具有非常重要的意义。

    4.4 依托装备开发各种“嵌入式"仿真训练系统

    随着军事装备的现代化，其自动化、智能化程度不断提高，对装备的模拟更复杂，所花的经费越来越多。特别是一些大型复杂的电子装备，如C3I，C4I等系统。由于许多电子装备的寿命不在于操作次数的多少，而主要取决于电子元器件的自然寿命，充分依托装备开发各种仿真训练系统，能较好地解决依靠实际装备训练会磨损和降低实装寿命的问题[13]。

    利用计算机等成熟设备，开发实装的“嵌入式”系统，对于减少系统实物试验次数、节省训练经费、提高维护水平、延长装备寿命周期、强化部队训练等具有非常重要的意义。

    4.5 基于仿真的采办

    基于仿真的采办(Simulation Based Acquisition，SBA)是将建模与仿真技术应用于系统采办全过程的一项创新性建议。它能使武器系统的研制缩短周期、节省经费、提高质量。

    SBA，就是将建模与仿真、虚拟现实等技术应用于武器装备采办的各个阶段，虚拟地复制产品和过程，并能在易于获得和易于操作的真实环境中模仿这些产品和过程。它以信息技术为支撑，以仿真技术为杠杆，试图将仿真技术融入采办全过程，以解决武器装备系统的复杂度问题[l圳。。

    实现SBA的重要途径是建立协同环境(collaborative environment)，协同环境包括完成某一特定领域的任务而组成的专业人员以及为他们协同工作提供的可重用和可操作的模型、工具、数据库等资源，通过协同环境可以实现资源共享，减少重复投资。

    5 结束语

    近几十年来，仿真技术在各类应用需求的牵引及有关学科技术的推动下，已经发展形成了综合性的专业技术体系。目前，仿真技术正向网络化、虚拟化、智能化、协同化、普适化方向迅速发展[1引。基于虚拟现实的仿真技术、分布交互仿真技术、面向对象的仿真技术、智能仿真系统、综合自然环境仿真技术、w＆A技术等将是仿真技术发展的主要趋势。

    仿真技术在军事领域中的应用，对于提高武器系统综合性能、减少系统实物试验次数、缩短研制周期、节省研制经费、提高维护水平、延长寿命周期、强化部队训练、帮助指挥人员掌握高技术战争的特点和规律、研究战法等具有特别重要的意义。越来越多的国家已经认识到了仿真技术在军事领域中的重要作用，并大力发展各种军事仿真技术。

    作为一门综合眭科学，仿真技术将随着其相关领域技术的深入发展，继续向纵深快速发展，同时将扩大其综合应用的领域，在国防建设和国民经济建设中发挥更大的作用。

    参考文献

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    作者简介

    胡勇，男，1978年生，湖南常宁人，西安通信学院在读研究生，主要研究方向为移动通信和仿真训练系统。

    李文元，男，1964年生，陕西岐山人，西安通信学院副教授，硕士生导师，主要研究方向为移动通信和通信信号处理。