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基于仿真的武器装备体系及其关键技术

2020/6/11    来源:魅力中国    作者:周辞洋      
关键字:仿真技术  武器装备  关键技术  
武器装备体系建设是一项复杂的系统工程,需要对体系中的诸多要素以及要素之间的关系进行仔细的分析。本文分别从仿真,武器装备及其关键技术等方面进行阐述。

    武器装备体系中要素之间的关系错综复杂:如各类武器装备的结构比例、数量与质量、编配、新装备与老装备的比例、主战装备与配套装备的关系等等,它们对作战效果的影响判断,远远超出了个人自身智力的范围,需要一定的工具来集成许多人的智力来进行。由于武器装备体系的复杂性,仿真技术在其论证中的作用日益重要。研究和开发基于计算机仿真技术、计算机网络技术和计算机可视化技术的仿真系统将成为评估现代武器装备战技性能的有效途径。

1 武器装备体系的仿真

    1.1 仿真模型

    仿真作为一种模仿行为,可分为构造仿真,虚拟仿真和真实仿真。构造仿真是指非实际人员利用仿真设备研究仿真对象或系统。

    仿真模型就是在系统的数学模型上进行算法设计,并转换为计算机程序,使数学模型能在计算机上运行。以战术导弹为例,为测试其多种功能,需要在一个受控环境中,输入各种制式下的多种激励信号,并确定系统对激励信号的响应和灵敏度。在比较2个分系统之间的差异时,要求靶场具备试验需要的多种地面环境,这在外场试验条件下实现的难度极大,而系统仿真可以提供理想的仿真试验环境,满足各种试验需求。从导弹制导飞行前的设计、计算分析、性能测试、仿真试验(数学仿真、半实物闭合回路仿真)一直到飞行试验,通过增加系统的复杂性来提高仿真逼真度,从而提高了仿真的真实性。

    1.2 武器装备体系的概念

    装备体系是由多种类型、多种功能的装备系统构成的系统。从装备单体到装备系统、从装备系统再到装备体系,这是以完成一定的作战任务为目标,按照一定的机制进行综合集成,使结构趋于完备、功能得到跃升的过程。

2 基于仿真的装备管理的数学表示

    在武器装备系统的研制过程中,可以通过对仿真结果进行分析,进而改变相应仿真模型的结构和参数,实现系统设计的整体优化。同时,作为一个开放系统,装备管理系统的运行必然受到系统边界之外的外界环境的影响,装备管理活动的结果也对外界环境产生影响。可以用下面的一个集合结构来定义:

    S:<T,X,Ω,Q,Y,δ,λ>

    其中T——时间基,描述时间和对装备管理过程中的事件进行排序的一个集合;X——输入集,代表界面的一部分,外部环境通过它作用于整个装备管理系统;Ω——输入段集,描述在某时间间隔内系统的输入模式,反映了当前装备管理系统所处的环境;Q——内部状态集,描述装备管理系统的状态,它影响着系统现在和将来的响应;Y——输出集,代表界面的一部分,系统通过它作用于外部环境;δ——状态转移函数,代表着一个映射δ:Q×Ω→Q即任意时刻的内部状态和从该时刻起的输入段决定了系统在段终止时的状态;λ——输出函数,代表着一个映射λ:Q×X×T→Y即当系统处于状态Q时,并且系统的当前输入是X时,能够被系统识别。

    装备管理活动,是装备管理系统内部结构的外部表现形式,即(X,T)×(Y,T)上的关系。装备管理活动的仿真是对系统行为的模拟,可以表示为一个映射

    F:(X,Ω,T)→(Y,T)

    即在一定的时间段T内,给予一定的输入X,施加相应的输入段(环境),在一定状态转换函数作用下,经由一系列的内部状态,产生相应的输出Y。F即仿真模型,可以看作是一系列状态转换函数的复合。在对具体的装备管理活动进行仿真时,必须根据具体情况确定对应的时间基,构造相应的输入集,输入段集,建立合适的仿真模型。

3 装备体系仿真关键技术

    3.1 装备体系建模与仿真的内容

    3.1.1 信息装备的建模与仿真技术:建立信息装备实体模型,确立实体的区分、构成、功能和表征指标;建立信息装备军事概念模型,确定基本兵力单位的任务表述、作战流程;建立信息装备效能评价模型,选择效能指标、确定算法;建立信息装备影响主战装备的效能模型。

    3.1.2 保障装备的建模与仿真技术:建立保障装备实体模型,确立实体的区分、构成、功能和表征指标;建立保障装备军事概念模型,确定基本兵力单位的任务表述、作战流程;建立保障装备效能评价模型,选择效能指标、确定算法;建立保障装备影响信息装备、主战装备的效能模型。

    3.1.3 信息化主战装备的建模与仿真技术。武器系统的数字化、信息化,是武器装备信息化建设的重要方面,也是信息化程度的重要标志。

    3.2 建模技术

    3.2.1 多分辨率建模技术。武器装备体系对抗仿真涉及的装备实体种类繁多,重用以往模型的过程中,必然会遇到分辨率不一致的问题,因此,采用多分辨率建模技术是不可避免的。在实际操作中,通过模型的聚合与解聚,实现仿真进程的协调一致。

    3.2.2 分层建模技术。鉴于武器装备体系的复杂性,采用分层建模技术,从各个层次、各个侧面、各个角度对体系进行“整理”,最终实现体系对抗的结构化、规则化、有序化,满足仿真实验对模型的需求。如先建装备实体模型,再建军事概念模型与效能评价模型,最终集成为仿真对象模型。

    3.2.3 柔性建模技术。在进行总体设计时,要确保所开发的系统具有较大的适应性、灵活性与开放性,能进行装备编配方案的增减和替代。如我们开发的陆军师登岛作战武器装备体系对抗仿真系统,既可压缩为团级规模,又可扩展为军级规模;既可评价师合成装备的效能,又可评价师编成内某类装备如压制武器、防空武器、直瞄武器的效能。

    3.2.4 分布式仿真建模。分布式仿真建模主要研究分布仿真的高层体系架构(high level architecture,HLA)和任务空间模型,在装备管理中应用分布式仿真建模可以提高仿真系统的互操作性和重用性,支持大系统的构建并有效地利用仿真资源,避免重复开发。

    总之,建模与仿真的标准化是对建模与仿真中有关步骤、实施过程、技术、算法和规则等制定须共同遵循的协议、规范和标准的工作,其目的是保证建模与仿真的互操作性和可信度,增加其通用性和重用性,并为建模与仿真的群体研究活动提供相互理解与协作机制。

责任编辑:程玥
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