郭 敏 任 丹 王 博

(西安长远电子工程有限责任公司 西安 710100)

0 引言

以基地训练筹划、电子沙盘、训练考核等需求为输入，拟构建一套利用虚拟现实技术模拟构建虚拟战场，将实物与仿真技术相结合，通过计算机仿真、可视化计算、多媒体、图形图像等计算机技术逼真呈现战场环境，运用远程控制、分布式数据交互等技术手段实现数据及筹划决策信息交互式共享，利用大数据分析管理技术对数据进行分析考核的交互式训练筹划及试验考核系统。

该系统将指挥决策、训练筹划直达战场末端，提高决策部署效率，并通过信息共享技术实时获取战场态势，利用交互式电子大屏实时呈现动态态势，利用交互式电子沙盘实时决策及筹划，掌握战场动向，并通过试验考核设定的裁决标准进行实时裁定，验证决策筹划的合理性、正确性。

为更好地训练部队，提高部队的作战能力，验证装备的性能指标，国内外围绕仿真进行了多年的研究，在国外构建了多个试验训练基地，通过构建复杂电磁环境，运用软件技术，搭建战场想定、环境构设、推演仿真、评估体系设计、试验考核等进行装备试验及试验考核。

为了使训练场更加接近战场环境条件，美军依托导控检测、仿真模拟和信息网络三大系统建立复杂电磁环境的训练靶场，采用计算机模拟与仿真技术来模拟未来战争中武器装备系统的性能指标、作战性能、战场背景、战场环境、兵力部署以及模拟战斗态势和战斗过程，实现电磁环境的模拟和仿真。另外，美军还建立了多种的专门训练基地，将计算机模拟技术、仿真技术进行延伸扩展，构建了涵盖真实武器装备、各类信号模拟器、能够模拟假想敌的部队、计算机模拟技术、分布式交互仿真技术等结合的复杂电磁环境用于各类军事演练。

自2009年开始至今每年的各型军演，都围绕复杂电磁环境设计了相应的训练，应用了各类型模拟器、真实武器装备、能够模拟假想敌的部队、通信指挥器材等构建复杂电磁环境，通过计算机计算、分布式数据技术、仿真技术等对训练数据进行处理，感知战场复杂电磁环境，活导活演，锻炼和提高部队多方式立体机动、灵活有效指挥部队、实施精确保障和适应复杂战场环境等能力。

随着通信计算及显示技术的发展，虚拟现实技术、3D技术及5G技术的出现，作训筹划对显示、协同及即时裁评也提出了新要求，即时传输态势、裁决及评估信息，使得考核反馈更加及时、直观及有效。

1 系统设计

1.1 系统功能

该系统拟融合电子沙盘、地图数据集成与处理、态势标绘、规划部署、数据推演、模型管理、统计分析、报表生成等功能[1]，具体功能设计有：

1)协同标绘能力，系统提供交互式电子沙盘系统支持协同筹划、标绘；

2)支持多源、多格式地图数据处理，包括纸质地图扫描拼接图像、影像图像、矢量图层、高程数据、三维显示，支持的地图有格式jpeg、png、tif、tab、shp、cad等；

3)支持点、线、面军标标绘显示，同时提供定制开发服务；

4)支持以DEM数据构建立体三维地形，并具备遮蔽角、阵地、通视、面积等辅助分析功能；

5)支持制作处理地图的裁剪输出；

6)战场想定规划功能，支持平台、装备、探针的规划部署，可对平台运动轨迹、装备行为参数、探针部署位置信息规划设定；

7)数据推演及控制功能，以规划部署信息为输入，调用数据推演计算模块，对轨迹、探针信号、行为触发时机等进行推演计算，同时支持推演的步进、状态控制；

8)态势标绘及特效显示功能，支持探测、干扰、轨迹点、组合军标特效显示，支持平台标绘；

9)推演进程显示功能，以时间为横轴，以装备为纵轴，随时间推进进程，对推演的装备行为状态进行标绘显示；

10)信号频谱图形化显示功能，提供探针点信号频谱数据图形化显示支持，能够显示信号状态、信号幅度、功能等；

11)装备模型构建能力，系统提供陆地、水面及空中平台，雷达、通信、雷达干扰、通信干扰等装备模型，同时提供定制开发服务，根据用户需求开发新装备模型；

12)裁决模型定制研发能力，根据用户的训练场景及训练目的，构建不同的裁决模型支持对训练的考核评定；

13)构建了便于应用的考核评估体系，用户可根据训练要求自主便捷录入。

1.2 系统组成

如图1所示，该系统由环境构设、试验筹划、数据管理、试验考核、交互式电子沙盘、数据库六部分组成。其中交互式电子沙盘可用于环境构设及试验筹划[2]，由交互式电子沙盘、交互式大屏及各台位的决策筹划智能终端三类设备组成。

图1 系统功能组成图

1.3 设计实现

1.3.1 软件框架设计

系统软件拟采用自底向上的设计思想，构建集成表现层、统计分析层、模型解算层、辅助裁评层、设备操控层、通讯适配层、数据管理层七层结构，构建形成数据管理平台、GIS平台、规划推演仿真平台、裁决评估平台、数据分析平台五大基础平台，涵盖作战/试验场景规划、数据仿真推演、地图数据集成处理、数据管理分析、裁决裁评六大功能，支持灵活配置、裁剪组合及组件化接入，简称“7-5-6”的系统平台[3]。包括协议适配、模型适配、图表分析、数据管理、态势标绘、报表生成、辅助裁评、装备显控等组件模块，为电磁环境构建、试验方案设定、评估指标体系管理、电磁环境适应性试验与效能评估提供系统软件支撑，软件设计图如图2所示。

图2 软件框架图

1.3.2 交互式电子沙盘系统

交互式电子沙盘系统[4-5]采用多点触摸、虚拟现实、视景增强、三维数字地球等技术，提供了现实更丰富、交互更先进的可视化应用平台，代替并提升了传统沙盘。

系统由电子沙盘硬件子系统和电子沙盘软件子系统组成，主要用于试验环境构建及试验筹划。提供桌面投影交互式电子沙盘、4折幕电子屏，通过多点触摸方式可进行训练兵力部署、路线规划、装备行为设定等，接入交互式电子沙盘系统的所有设备共享筹划部署信息；同时在该系统接入训练网后，可获取训练网内的装备训练数据并进行实时态势显示。

电子沙盘硬件子系统由多点控制一体机、电子屏、投影设备、声光电设备、服务器设备、多点触摸屏设备及接口组成，为整个系统提供硬件支撑环境及人机交互手段。电子屏和多点触摸屏共同构成的交互设备可以完成高画质图形显示和手势语言输入。

电子沙盘软件子系统是电子沙盘的核心，依托与地理信息系统及态势标绘系统构建，该系统将电子沙盘软件子系统与训练实际相结合，将战场环境规划推演、试验环境部署、试验动态态势等作为电子沙盘软件子系统，也可根据用户需要进行定制迁移开发。

图3 电子沙盘子系统结构及组成

图4 地图及标绘显示

1.3.3 环境构设

环境构设[6]用于电磁环境构设及验证，由战场场景规划显示软件、数据推演仿真软件、推演进程显示软件、环境裁定分析软件组成。

1)环境构设部分提供二三维装备模型构建功能，可利用标号及模型工具完成构建的装备模型分为平台模型、装备模型、辅助模型三类；平台类模型如主型舰艇、航母等水面平台，歼8、歼10等空中平台；装备模型为雷达、雷达对抗、通信电台、通信对抗等；辅助模型如探针。

2)电磁环境构建裁决判定

系统从电磁环境的构建原则出发，结合推演仿真，从环境的可用性、有效性方面进行分析，对构建的相应电磁环境进行评价。在规划、推演阶段结合规划场景态势对构建的电磁环境进行规划可用性裁决、推演有效性裁决，只有电磁环境既满足规划可用性又满足推演有效性，才可评价为满足试验要求。

1.3.4 试验筹划

试验筹划主要用于试验方案、试验项目、试验方法、评判准则及标准制定，筹划部署试验，对试验进行总控及指挥管理，由试验筹划软件、试验场景规划显控软件、试验总控软件、试验综合态势显示软件组成。试验筹划的内容包括对试验区域、试验参与兵力、部署站位、行动。

其主要工作流程如下：

1)规划前准备工作，包括平台类型管理、装备类型管理等：

①平台基本信息(包括平台类型标识、平台类型码、平台类型名称、二维标号码、三维标号码、反射面积RCS)录入；

②装备基本信息(包括装备类型标识、装备类型码、装备类型名称、二维标号码、三维标号码、装备指标属性)录入。

2)根据上级训练要求，编辑完成训练任务、及其所含训练计划；

3)细化各个训练计划。结合态势地图，按照训练角色、兵力、平台、装备从上至下逐层进行规划配置；

4)结合地图及兵力部署，规划平台运动轨迹；需要时可给平台添加探针；

5)结合地图及兵力部署，规划装备行为；

6)保存并下发当前规划信息；

7)确定推演时间间隔、推演步进后开始进行推演，推演数据包括：

①结合规划的平台运动轨迹实时推算出平台航路；

②将设定的装备行为信息进行时间匹配，当推演时间到达行为开始时间或者行为结束时间时，推送装备行为状态数据；

③根据推演时间间隔、推演步进，推算探针处的探测信号功率。

8)通过网络将推演数据输出；

9)结合态势地图，以图形、文字、表格形式显示平台推演航路、装备行为状态、探针探测信号数据等。

图5 试验筹划推演流程图

1.3.5 试验考核

试验考核主要用于对试验装备进行考核评估[7-8]，以试验筹划内容为输入，对被试装备进行裁决、统计、评估，最终生成试验评估分析报告输出，由试验态势显示软件、试验进程显示软件、试验裁决分析软件、试验考核评估软件组成。

试验考核评估流程如下：

1)根据装备特点及使用场景，选择评估模型管理功能；

2)确定研究对象的特点；

3)确定、细化研究对象的目标层和指标层，即试验项目及试验内容；

4)提取评估指标，从可用性、可信性和固有能力三个方面进行分解细化，构建评估指标集，形成评估模型；

图6 试验考核评估分析流程图

5)创建评估项；

6)选择评估模型；

7)设定指标权重；

8)对试验数据进行分析处理，得到各评估指标值；

9)由各底层指标逐层向上聚合，得到评估项目标值；

10)输出评估项报告。

2 系统应用

系统应用时分为试验控制中心和试验筹划决策中心两部分。其中数据服务器、环境构设、试验筹划、试验考核、数据管理五部分搭建在试验控制中心，为后台处理考核中心；交互式电子沙盘系统构建试验筹划决策中心用于展示及试验筹划指挥。

图7 系统应用图

3 结束语

围绕试验筹划、训练指挥设计，旨在解决军事指挥、训练的直观性、有效性、逼真性，本文提出的系统通过交互式电子沙盘逼真直观展示战场环境，通过智能终端及协同交互实现战术战法的多人研讨及远程实时指挥，通过智能终端反馈战场前段态势、交战结果，为后端实时指挥提供支撑。