虚拟仿真技术在军事领域的现实意义
一、国内外军用虚拟仿真技术的发展现状
当前，世界各军事强国也竞相在新一代武器系统的研制过程中使用仿真手段，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、军事仿真技术的技术优势
在电子对抗演练、操作训练、武器装备研制和使用的不同阶段, 大力开发与应用仿真技术, 进行定性和定量相结合的大系统分析，可以为军事演练、验证、评估、推演、决策提供直观、高效技术依据，具体的技术优势可以归纳为：
  • 用于优化电子对抗系统设计。在建造复杂的电子对抗系统之前, 可通过改变仿真模型结构及调整参数来优化电子对抗系统设计和预案部署。
  • 借助仿真可对电子对抗系统及其某一部分进行性能评估。
  • 为了节省经费, 仿真试验仅需在可重复使用的计算机模型上进行， 节省大量的装备经费。
  • 电子对抗系统发生故障后, 设法使之重现, 以便分析判断产生故障的原因。
  • 军事试验通常具有危险性,而仿真试验则可避免危险性和人员伤亡。
  • 军事演练往往需要广阔的战场环境和对抗空间，电子对抗只需要很小的实验室环境即可，
  • 借助仿真可进行假设检验，并预测在外部因素作用下对电子对抗系统的影响。
  • 通过仿真可重复训练电子对抗系统的操作人员。
军事仿真技术以其有良好的可控性、安全性、无破坏性、不受气象影响、不受空间和场地限制、可多次重复使用及系统运转费用低等特点, 引起世界各国军界高度关注，并逐渐成为各国军事演练和国防决策的重要技术手段，被广泛应用于军事教育训练、作战模拟、作战分析研究、作战任务保障与评估及武器装备研制等领域。因此，军事仿真和电子对抗技术已成为未来电子战和军事技术重要的发展趋势。

1.国外军用仿真技术发展现状
美国是最早将虚拟仿真技术用于军事应用的国家，美国国防部高度重视军用虚拟仿真技术的研究。早在上世纪80年代，美国国防部门就提出了“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，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战略目标。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。
二十多年来，欧美发达国家一直将军事仿真与建模列为重要的国防关键技术，并在国防各个环节广泛使用虚拟仿真技术作为验证、论证、训练、推演等辅助决策手段，有效地节约了资源、节省成本、降低能耗和伤亡，极大的提高了军事验证效率和辅助决策的进程。并陆续建成了为数众多的以军事应用为导向的虚拟仿真系统，比较著名的军事仿真系统有：
SIMNET系统
1983年，美国军方制定并实施了SIMNET计划。目标是通过计算机网络将分散在各地的地面车辆(坦克、陆军战车)仿真器连接起来，进行各种复杂战术任务的综合训练，演示人在回路仿真器在作战环境下的功能和性能。到1989年，建成了分布于美国和德国的11个基地，包括约260个地面车辆仿真器、指挥中心和数据处理设备的军事演练仿真网。
DIS系统
总结SIMNET研究、开发和应用过程中积累的经验，美国军方和工业界在SIMNET基础上，共同倡导并着手建立异构型网络互联的分布交互仿真系统 DIS（DistributeInteractive Simulation)，把它做为美国面向21世纪的一种信息基础设施，并着手在各兵种开展各种高级概念技术演示项目ACTD（Advanced Concept Technology Demonstration)的研究开发。这种ACTD项目有39个，其中大部分已经完成，典型的有：BFTT（Battle Force Tactical Training System，作战兵力战术训练系统) 是由美国海军开发的一个海军训练系统。
用于训练各类船员的设备操纵、作战能力和舰长的海战指挥能力。近十年的研究和应用结果表明，BFTT可以为设备操作、作战评价、系统配置和模拟损毁过程提供较有效的训练环境。JMASS（Joint Modeling and Simulation System，联合建模与仿真系统）是一个由美国Wright Patterson 空军基地开发的仿真系统。目前的JMASS版本主要用于若干建模与分析领域，如：电子战的研究与开发、测试与评估等。CATT（The Combined Arms Tactical Trainer，多兵种战术训练系统）是一组由美军TMA投资，并由仿真、训练与设备司令部STRICOM管理的训练系统。其目的是应用逼真的虚拟战场环境进行战术对抗演练，训练各兵种营以下级别的指挥人员。CATT主要包括5个子系统：CCTT(TheClose Combat Tactical Trainer，小型战术训练系统)、AVCATT(The Aviation Combined Arms Tactical Trainer，飞行综合战术训练系统)、ADCATT(The Air Defense Combined Arms TacticalTrainer，防空综合战术训练系统)、FSCATT-II(The Fire SupportCombined Arms Tactical Trainer，火力支持综合战术训练系统)和ENCATT(The Engineer Combined Arms Tactical Trainer，工程综合战术训练系统)。
STOW ACTD系统
当单兵种虚拟战场环境发展到一定规模与水平后，美国军方开始研制具有一定规模的多兵种联合作战综合演练环境。从1994 年起，美国DARPA 和美军大西洋司令部USACOM 联合开展了高级概念技术演示项目ACTDSTOW（Synthetic Theater of War 战争综合演练场) 的研究开发。 STOW 的目的是研究武器仿真平台或实体级分布式虚拟战场环境在达到一定规模后，支持战术演练、训练指挥与参谋人员的效果，以及用演练结果评价作战计划的可能性。英国作为一个合作伙伴参加了技术开发和军事演练全过程。
STOW97是STOW计划的一个重要里程碑。1997年10月举行了STOW-97联合演练,在美国的一个先进的ATM广域网络DSI (Defense Simulation Internet)上进行。该网络支持双层组播 (multicast)方式，可以有效地突破广播通讯方式对分布式交互仿真规模的限制，增大了STOW 的仿真规模，参演实体数目达到3700个左右，对象8000个以上。海陆空等多家单位开发的仿真实体参与了同一联合仿真演练任务，在三次连续24小时的演练中，没发生一次系统崩溃。STOW97使用了合成环境，包括500´750 km2 的不同比例尺的真实地形数据，具有球形地面、动态地形、海岸线、道路等特征物。合成环境可以产生逼真的天气变化和各种自然现象(烟、尘、昼夜等)，虚拟物体受到武器攻击后可表现多种毁坏状态。STOW97演示验证了一些支持大规模分布式虚拟战场环境的重要关键技术，如高层仿真体系结构HLA和高级分布仿真(ADS)技术、高级合成兵力JointSF、与真实C4I的连接界面、战术脚本快速生成和事后回顾等。
STOW97成功之后，BMH开始支持 DARPA STOW98联合对抗（JCM）ACTD。STOW98演练的目的主要是：确定联合演练中虚拟实体仿真的作用、演练规模管理水平、搜集有关数据，以及确定STOW系统的可靠性和分析能力等。
STOW98的演练时间是1998年9月8日至18日，演练任务由美国军方5个部门和单位承担，并以分布方式进行：联合训练分析模拟中心（JTASC）负责事件控制、技术控制、陆军部队、敌方部队以及若干支持和分析功能，包括C4I显示、JPO网络监视、分布演练管理（DEM）、监视和事后回顾系统（AARS）等；国防部高级研究计划局（DARPA）实验室主要负责支持飞行器仿真；空间和海军战争系统中心（SSC）提供海军和潜艇部队的仿真及事件支持功能；陆军地形工程中心（TEC）提供综合自然环境数据，并为故障排除提供支持；海军研究实验室（NRL）负责深水布雷模拟，并辅助进行网络分析和故障排除。STOW-98 获得 93% 的运行成功率，证明了STOW网络的可靠性。演练表明仿真实体和基于模型的实体可以用来支持战术演练和结果分析，并且有能力支持USACOM的联合演练和对演练结果进行分析评价的需求。
在STOW的研究开发中，其体系结构STOW-A(STOW Architecture)也受到重点关注。STOW-A 的任务是使军队能够在分布式无缝交互环境中进行操作，并与C4ISR(Command, Control, Communication, Computer, Intelligence, Surveillance and Reconnaissance)系统进行衔接。为协调和加强军事仿真演练和C4ISR两方面的协作，美国军方还成立了仿真与 C4ISR协作组(IPT), 推动实现M&S与C4ISR系统之间的无缝协作，综合M&S与C4I的标准和体系结构，确认仿真和C4ISR的需求以支持协作性。
随着Internet的发展和通信能力的加强，美国国防部正在开发一个补充性的安全、开放的C4ISR 网络体系结构，推动联合军事能力的改革和发展。2010年前后要达到的C4ISR 体系结构包括6个基本部分：
  • 能充分识别战斗空间的强大的多传感器信息网格；
  • 具有足够接受能力、适应能力和网络管理能力的联合通信网格。可将有关信息快速传递给指挥员和士兵，并满足他们的通信需求；
  • 先进的指挥和控制过程。能更快速、更灵活地对全球部署兵力进行规划、移动、运用和支持；
  • 控制发射传感器网格。使分布联合兵力能够处理综合空军防御、快速战斗毁伤评估、动态跟踪攻击等；
  • 信息防御设施。保护全球分布传感器、通讯和处理网络免遭敌方干涉；
  • 信息进攻运作能力。穿透、操作、干扰敌方的战斗空间意识或防碍其运用自己兵力的能力。
美国国防部在构建 C4ISR 能力，推动联合分布式战争实验室的同时，还大力发展目前的和计划研制中的武器系统和武器平台的信息处理能力。
JSIMS系统
STOW 是一个高级概念演示系统，还不是一个真正的实用系统。JSIMS (Joint Simulation System) 则是美国国防部正在研制的一个以 STOW 为技术基础的，支持多兵种联合军事仿真演练的分布式虚拟战场环境系统。根据1997 年 4月美国国防部长给总统及国会的年度报告，JSIMS 的目的是为美军各兵种的训练与教育提供各个阶段和各种任务的逼真联合仿真训练支持。仿真领域包括海、陆、空、空间和特种操作，仿真级别包括武器操作、战术指挥和决策，可以完成的仿真任务有训练、战术演练和教育等。JSIMS分如下两个阶段完成：
  • 2001年完成JSIMS 1.0 版，即IOC (Initial Operational Capability，初级操作能力)。这个版本的JSIMS将至少可以替代由 CINCs 规定的1998 JTC (Joint Training Confederation)中的训练功能。
  • 2003年完成JSIMS 2.0 版，即FOC (Full Operational Capability，完整操作能力)。此时的系统将提供一个全面且可信的联合合成战场 JSB (Joint Synthetic Battlespace)，支持战争的各个阶段，从国家战略到具体战术的仿真，如：战争动员、战役、战术部署、补给与重新部署等。
WARSIM 2000系统
美军STRISIM（Simulation, Training and InstrumentationCommand）负责指挥和控制战争模拟的整个生命周期的管理，并对指挥员和士兵进行训练。STRISIM目前正在进行的项目是 WARSIM 2000（Warfighters’ Simulation 2000）。WARSIM 2000 是21世纪的新一代战争模拟系统，满足JSIMS的陆军部分的需求，并提供一个逼真的联合战争空间环境，包括：军团战斗模拟（CBS）训练、战术智能模拟（TACSIM）和陆军部分的战争综合演练场（STOWArmy）。采用了聚合级仿真协议（ALSP）将构造性仿真与创建战场环境结合起来以支持训练和演练。
目前， 国外仿真技术正在向着“网络化、虚拟化、智能化、协同化、服务化、普适化” 为特征的现代化方向发展。从发展过程来看， 先进的仿真技术首先应用在军事、航空航天等国防领域，并渗透到了国民经济的各个领域。军事领域，美、英、法等国均以仿真技术为核心， 利用高速计算机网络将各种试验系统及有关科研机构联合起来， 形成了高效完整的仿真实验体系。具体可归纳为以下几个方面：
  • 仿真理论与技术已经形成专业体系， 发展方向呈现多元化。
  • 应用领域已覆盖陆、海、空、空间、特种操作等军兵种。可以在较大规模上支持作战、指挥训练、多兵种联合战术演练、作战任务预演以及军事教育等。
  • 在设计思想上，采用开放的体系结构与统一的应用程序框架，如VR-link、TAFIM、 HLA/RTI，以支持不同仿真应用系统之间的互操作与重用。
  • 在实现技术上，大量采用VR技术，建立三维逼真的合成环境，构造支持自然人机交互的各种类型的虚拟仿真实体，并利用先进的网络技术互联处于不同地点的仿真，建立具有一定规模的分布式虚拟战场环境。
  • 仿真验证与评估手段向数字化与半实物仿真并重、并行协同、虚实融合的方向发展。
  • 基于仿真的采办将成为武器装备采办过程管理的发展方向
  • 仿真标准化建设逐步形成完整的自上而下的标准规范体系

2.国内军用仿真技术发展现状
我国军用虚拟仿真技术和系统坚持边建边用的原则，并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
我国军用虚拟仿真技术的发展已有二十年多年的历史。尤其在近十多年来，通过上级领导的重视，军用虚拟仿真技术得到了飞速发展。建成了各类军用虚拟仿真系统，如：
  • 以航天科技集团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。
  • 以总装备部军事训练为目的为代表的各类数字战场、电子对抗和军事装备仿真验证系统，如：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系统软件。
  • 本世纪初，以北京航空航天大学计算机系为系统集成单位，国防科技大学、装甲兵工程学院、中科院软件所、浙江大学、北航仿真所和解放军信息工程大学等单位为关键技术研究单位，开展了分布式虚拟战场环境系统 DVENET (Distributed Virtual Environment NETwork)，DVENET是一套支持一定规模武器平台级的多兵种战术训练和演练的分布式虚拟战场环境系统，它成功完成了军事演练概念演示系统“飓风2000”的仿真推演。“飓风2000”包括潜艇海战、登陆和坦克连对野战阵地防御之敌进攻战斗等内容。参与演练的高速主干网节点4 个，远程节点3 个，各种人在回路的仿真器、虚拟武器实体和CGF（计算机生成兵力）80 余个。多次综合演练均顺利完成“飓风2000”的战术想定内容，达到预期目标。
尽管我国军事仿真技术已逐步深入到军事训练和型号研制的各个阶段，但是随着高精度、高可靠性、复杂飞行环境、可重复使用等新型飞行器的研制需求的提出，我国目前的仿真技术还远远不能满足军事领域的应用要求， 在以下几个方面显现出不足：
  • 虚拟试验验证关键技术在系统级综合研究和工程用方面尚有差距。与国外同领域发展水平相比，我国在综合试验与验证领域的研究力量比较薄弱，尚未形成合力，与目前日益迫切的军工产品试验验证需求还有较大差距。加上国外对综合试验验证技术的封锁， 也在一定层面上阻碍了综合试验与验证技术在军工产品研制过程中的应用， 因此迫切需要从系统层面上开展综合试验与验证技术研究。
  • 在仿真管理技术方面，目前仿真资源集相对分散， 未实现流程化、规范化及体系化， 资源可重复利用性较差。大部分数据流衔接需要依赖人工完成， 这种工具的孤岛状态造成效率低、可靠性差， 数字化仿真和试验数据分散独立， 无法完成系统全面的仿真验证能力。缺乏统一的仿真标准与规范体系。
  • 已建的半实物仿真系统，基本上只能服务于新型武器系统的设计研制阶段，而且在体系结构上，是集中、封闭式的，只能进行单一武器的性能仿真，还不具备接近实战的目标、环境和干扰仿真的能力；
  • 仿真技术离武器装备的全寿命和全系统应用要求，尚有不小的差距。
  • 国内仿真系统只是初步具备在复杂作战环境下进行体系对抗仿真的能力，在系统规模、功能和组织管理等方面与国际先进水平存在一定的差距，主要体现在可扩展性较差，功能上不能全面覆盖各种需求，标准规范尚待进一步统一和细化。
  • 仿真共用技术水平同仿真技术应用需求相比，也存在较大的差距。主要表现在以下方面：仿真系统体系结构技术；实用的武器系统建模、验模方法；规范的仿真系统VV&A 与可信度评估技术；仿真标准与规范；接近真实作战条件的战场自然环境仿真技术；一体化仿真环境以及仿真资源库。

3.军用虚拟仿真技对未来电子战的影响
长远来看，军用虚拟仿真技术将发展为大规模DIS系统（分布式虚拟仿真系统），能够进行大规模联网演习、训练、推演。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。还可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。各级参战人员都可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、高额预算、人员伤亡。
随着技术的发展，放着技术也将解决未来电子战过程中更为深层次的技术需求，并对未来电子战的方式方法产生深远影响，如：
  • 利用仿真技术，在实验室便可进行联合训练，为制订新的作战战术、条令和训练方法、制订作战计划、评估作战情况提供依据。
  • 可有效预测新武器从研制、生产到列装、使用、维护、后勤支援采办全过程中的问题，包括费用情况，以缩短研制周期、降低全寿命费用。
  • 在作战仿真试验室中，就可通过DIS系统进行更复杂的系统试验，进行有真实意义的战役分析，以支持国防高级决策工作。
  • 战前演练时，利用仿真技术可有效地确定武器系统的作战空域、仿真可弥补外场飞行试验不足、仿真能有效评估系统性能，为技术和管理决策提供依据。