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军用仿真技术发展设想

2010年08月25日14:25:58 本网站 我要评论(2)字号:T | T | T
关键字:航天 应用 数字 计算机 

一、 概述

    仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础,以计算机和各种物理效应设备为工具,利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一种综合性技术。它综合集成了计算机、网络技术、图形图像技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识。

    随着仿真技术在科技进步和社会发展中的作用愈来愈显重要,特别是军事科学,随着高、精尖武器系统的研制和发展,对军用仿真技术的应用和研究提出了更高的要求。世界各军事强国竟相在新一代武器系统的研制过程中不断完善仿真方法,改进仿真手段,以提高研制工作的综合效益。军用仿真技术在武器系统战技指标论证、方案选择、研制、试验、鉴定、改进提高以及部队维护保养和训练中的应用,已得到研制方和使用部队的承认和重视。它对提高新一代武器系统综合性能,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,强化部队训练等方面都可大有作为。

二、 国内外军用仿真技术发展现状

1.国外军用仿真技术发展现状态

    美国国防部高度重视仿真技术的发展,近十多年来,美国一直将建模与仿真列为重要的国防关键技术。1992年公布了“国防建模与仿真倡议”,并成立了国防建模与仿真办公室,负责倡议的实施:1992年7月美国防部公布了“国防科学技术战略”,“综合仿真环境”被列为保持美国军事优势的七大推动技术之一;1995年10月,美国防部公布了“建模与仿真主计划”,提出了美国防部建模与仿真的六个主目标;1997年度的“美国国防技术领域计划”,将“建模与仿真”列为“有助于能极大提高军事能力的四大支柱(战备、现代化、部队结构、持续能力)的一项重要技术,并计划从1996年至2001年投资5.4亿美元、年均投资0.9亿美元”。同时美国国防科学局(Defense Science Board)认为建立集成的综合仿真环境和仿真系统,必须解决五个层次的使能技术,(enabling technologies )(即应能解决实现的技术)

  • 第一层次——基础技术。
    包括:光纤通讯、集成电路、软件工具、人的行为模型、环境模型等。
  • 第二层次——元、部件级技术
    包括:内存、显示、局域网、微处理器、数据库管理系统,数/模/数转换器,建模与仿真构造工具,测试设备等。
  • 第三层次——系统级技术
    包括:微机系统,人一机界面,远距离通讯/广域网、计算机图象生成。
  • 第四层次——应用级技术
    包括:制造过程仿真、工程设计建模与仿真,含人仿真系统,随机作战仿真等。
  • 第五层次——集成综合环境和建模与仿真工程
    包括:原型机、规划、设计与制造,训练与备战,测试与评估。

    上述使能技术有些商业市场解决,如微机系统、远距离通讯/广域网、人一机界面、计算图象生成、数据库管理系统、局域网、光纤通讯、软件工程工具等,也就是大部份的硬件和网络能力由商业市场作为成熟产品提供。而为满足军用仿真需求,有些如制造过程仿真,工程设计建模与仿真,随机作战仿真,环境模型等都由关国防部组织解决。

    数学模型是仿真的基础,要仿真,必须对被仿真的对象或系统进行数学建模,也就是对客观世界中客观事物进行数学抽象和数学描述。数学模型的正确与否以及其精确度直接影响仿真的置信度。所以,建模以后必须经过验模,验模就是对模型的评估过程。但对导弹武器系统中的某些部件,由于它的非线性,很难用数学模型表达得那么准确。因此,导弹武器系统,无论是战术的还是战略的,美国三军都非常重视半实物仿真在导弹研制中的作用。虽然这是化费较大的工程,但是几年来,美、欧、日各方都化费巨资建立半实物仿真系统,以加快精确制导武器的研制。

    同样,欧洲对于仿真的研究历来也十分重视。北大西洋公约组织(NATO)于1992年9月成立了DIS工作组。同年欧洲学术界的二百个成员成立了欧洲仿真特殊兴趣组,并于次年组建了“仿真未来:新概念、工具和应用”基础研究工作组。制定了仿真基础研究和开发为第一优先主题。其第二个主题即为开发新的应用领域。尤其是象并行和分布式仿真这样的基础技术,围绕这个主题将就“仿真互操作性”展开行动计划。并对应于美国DIS工作组成立一些对应的“影子”机构进行跟踪研究。

2.国内军用仿真技术发展现状

    我国军用仿真技术的发展已有四十年的历史。尤其在“七五”以来的十多年中,通过边建边用,以及上级领导的重视,仿真技术得到了飞速发展。突出表现在以下方面:

    ⑴ 建成了航天机电集团以北京仿真中心为代表的,科技集团以上海八院八部的射频、红外仿真系统为代表的服务于各类新型导弹、卫星、运载火箭和鱼雷等仿真的“八大仿真系统”以及用于新型军机研制的飞机工程仿真系统,为仿真技术的研究和应用打下了坚实的基础。

    ⑵ 90年代我国开始对分布交互仿真,虚拟现实等先进仿真技术及其应用进行研究,开展了较大规模的复杂系统仿真,由单个武器平台的性能仿真发展为多武器平台在作战环境下的对抗仿真。

    ⑶ 研制出了连续系统仿真语言ICSLⅡ和ICSL++仿真环境,连续/离散(事件)系统仿真语言IHSL和图形输入仿真语言IFAS等通用仿真语言及射频、红外、反坦克导弹、卫星、战略导弹和运载火箭等半实物仿真专用软件。正在研制基于高档微机、工作站通用、并发、一体化仿真软件。

    ⑷ 视频/红外动态图象转换技术攻关,并研制出了能产生红外动态图象的原理试验样机。其中,MOS电阻桥阵方案已研制出64×64象元,帧频100HZ的工程试验样机;红外CRT已研制出8~12μm的工程试验样机。

    ⑸ 坚持边建边用的原则,在应用方面取得显著成果。有效的应用于新型武器的研制,优化系统设计,提高武器系统性能;以及诊断并排除隐患和故障、提高型号研制质量;大大减少实弹试验次数和试验数量,从而起到了缩短研制周期、节约研制经费、提高武器系统效费比的巨大作用。根据统计数据,仿真技术可缩短导弹武器研制周期20~40%,节约导弹定型试验所需弹数10~30%;鱼雷试航次数减少50~80%;缩短舰船作战系统、武器系统联调时间40~60%。从可量化的数字看,至95年底,仿真技术在我国各类导弹(含鱼雷、运载火箭)、卫星、飞机、舰船、坦克和高炮的研制中,仿真创经济效益达人民币5亿元以上。

    射频目标杂波、干扰和多路径效应仿真,已可基本满足相应型号仿真工程建设的要求。

三、 军用仿真的发展设想

1.环境仿真

    无论是单武器平台性能仿真还是多武器平台在对抗作战环境下的体系对抗仿真,环境仿真都是重要的组成部分。美国在环境仿真方面,研制了各种运动仿真器,如高精度飞行仿真转台、加速度模拟器、真空模拟器等,建立了逐步完善的各种实体模型数据库、战场环境(如地形、地貌、海洋、大气、空间等)数据库,并用虚拟现实技术,建立虚拟仿真环境、虚拟战场环境等,以支撑其各种仿真的需要。

    要完成环境仿真,必须解决两方面的问题

    ⑴ 环境模型的建立
    军事应用中的环境是千变万化的,不同的地形、地貌、气象、电磁干扰、噪声等等都有其不同的环境特征,要对其建立有相当置信度的模型是很复杂的,所以环境仿真建模工作应作为基础性研究进行。

    ⑵ 环境效应
    这是一个更加复杂的问题,实际上也就是仿真环境动态变化时,对仿真结果所产生的影响。例如,军舰,反舰导弹与海情,风力、风速,加上多路径这些环境之间是相互交互的。这些都增加了仿真达到相当置信度的难度。

    2.分布式仿真技术与训练仿真技术

    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(DARPA)

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