基于LVC的体系试验方法研究
董志明, 高 昂, 郭齐胜, 王玉龙
(陆军装甲兵学院,北京 100072)
摘 要 ：随着装备体系化建设进程加快,装备与体系的融合程度,以及装备在体系作战中的贡献率成为了焦点问题。针对武器装备体系融合度、体系贡献率难以考核的问题,文章提出了基于LVC的体系试验方法,并开展了三个方面的研究。首先,阐释了体系试验的基本概念,提出了体系试验的基本方法,分析了虚实结合的体系试验的技术需求;其次,提出了LVC仿真方法的基本构建情况和系统组成,并分析了关键技术;最后,提出了三种体系试验的组织模式和试验装备体系的构建方法,并分析了基于LVC的体系试验的流程。
关键词 ： 体系试验; 虚实结合; 体系对抗
随着装备体系化建设进程加快,装备与体系的融合程度,以及装备在体系作战中的贡献率成为了焦点问题。采用虚实结合的方法,构建基于LVC的体系试验环境,充分利用丰富的各类试验资源考核评估整体作战效能,检验装备的作战适用性和体系适用性,是武器装备体系试验的发展方向。
1 体系试验分析
体系试验是指以被试装备系统为基准,以部队作战编成为基础,构建要素完整的作战体系,在近似实战的环境(含虚拟仿真对抗环境)下,按照作战流程,检验评估被试装备系统整体性能、作战效能、作战适用性、体系适用性等的综合性活动。
从国内外学者对于混合式教学的定义可以看出所谓混合式教学，其本质上是线上学习方式与线下学习的有机结合，充分利用在线教学和课堂教学的优势互补来提高教学实效，积极发挥教师的主导作用和学生的主体地位作用。混合式教学突出如下四点：第一点：教学形式的混合。第二点：学习环境的混合。第三点：媒体的混合。第四点：角色的混合。教学形式的混合指课堂面授和课下自主学习的混合；学习环境的混合指网络环境和课堂环境的混合；媒体混合指各种媒体的混合应用；角色的混合指教师主导地位和学生主体地位的混合。
被试对象可以是单个装备、武器系统、建制装备体系和联合作战装备体系,但都是在建制部队全要素体系条件下进行试验。体系试验活动贯穿装备系统全寿命周期,在论证阶段可采用仿真的方法进行作战评估;在研制阶段可采用虚实结合的方法进行综合性能评估;在定型列装阶段可采用实装与仿真相结合的方法进行作战试验;在部队使用阶段可结合部队演训活动采用平行导调的方式进行在役性检验。
基于LVC的体系试验中,“L”是指实兵实装(Live),表现为真实的人使用真实装备在真实战场上执行作战想定中规定的行动;“V”是指虚拟仿真(Virtual Simulation),表现为真实的人在虚拟的战场环境中操作虚拟装备,又被称为“人在环”半实物仿真;“C”是指构造仿真(Constructive Simulation),表现为虚拟的人操作虚拟的装备,又被称为虚拟兵力计算仿真,是一种纯数字仿真。
四川省广元市属集中连片贫困地区、革命老区、边远山区和地震重灾区“四区合一”的地区，农村贫困问题历来十分突出。2017年7月，广元市在四川省财政厅的大力支持下，率先在全省创新开展“政担银企户”财金互动扶贫试点工作，探索形成了以“政策引导为基础、农业担保为桥梁、金融投入为保障、主体带动为抓手、脱贫致富为目标”的财金互动广元扶贫模式，打通了财政金融扶贫“最后一公里”，有效解决了脱贫攻坚中农业产业发展融资难、融资贵问题和贫困户持续增收问题，切实起到为农、惠农、富农作用。
1.1 主要方法
(3)战术互联网虚实融合技术。战术互联网虚实融合主要是将真实战术互联网、半实物战术仿真互联网和虚拟战术互联网相互连接,目的是实现参试装备体系指挥信息系统之间的数据互通。实装战术互联网与半实物战术互联网融合互通时,主要采用一个中继接力节点来实现;与虚拟战术互联网融合互通时,主要采用虚拟交互网关来实现。另外,还涉及导调控制与评估技术、虚拟兵力生成技术、作战仿真技术等。
从试验手段的角度看,实装试验法的试验体系只具备“L”的成分,仿真试验法的试验体系只具备“V”、“C”或“VC”的成分,而虚实结合试验法的试验体系同时具备“LVC”或“LV”、“LC”的成分。因此,虚实结合试验法也被称为基于LVC的体系试验方法。
“为了坚持党的领导，必须努力改善党的领导”［7］268，邓小平的这句至理名言也完全适用于党的领导与基层民主的关系。基层民主在经历了跨越式的大发展后，目前也出现了“选举疲劳”等阻碍基层民主发展的现象，在基层民主发展的道路上，特别是在基层民主纵向拓展空间的过程中，以竞争性选举为核心的乡（镇）、县（市、区）民主遭遇到新的瓶颈制约。这一瓶颈既不是公民意识，又不是一般的制度性匮乏，而是基层民主制度与党的某些具体领导、组织、人事制度之间的冲突与矛盾，这一冲突与矛盾目前是以基层民主制度服从于党的制度而解决的，而这样的结果必然使基层民主失去生机与活力。
(2)仿真试验法。仿真试验法是以计算机仿真和各种专用物理效应设备为手段,在体系对抗仿真环境中,对装备体系潜在的或客观存在的作战使用性能和效能进行动态研究,以预测和评估装备体系对作战能力贡献率的试验方法。仿真试验法可以根据参试人员的情况,分为“人在环”仿真试验方法和虚拟兵力计算试验方法。仿真试验法具有安全性高、经济性强、易于重复、规模不限、评估方便等优势,但是建模困难、模型可信度有待提高通常是该方法无法回避的客观问题,主要用于体系试验方案推演与优化、作战效能和体系贡献率评估等方面。
(3)虚实结合试验法。虚实结合试验法是指实装与仿真相结合的试验法,以分布式逻辑靶场为基础,统筹实装、仿真等试验资源,构建虚实融合互操作、作战要素完整、实时运行控制的试验体系,能够实施因受作战要素、环境条件、模型精度等制约而难以完成的试验任务,是开展体系试验的有效手段。虚实结合试验法具备实装试验法和仿真试验法的优点,可在一定试验可信度条件下,最大限度降低试验难度和试验成本,能够更为客观地评估作战效能和作战适用性,是体系试验的发展方向。
(1)实装试验法。实装试验法是在实战化的战场环境条件下,体系试验中全部参试装备和人员均采用实装实兵的方式进行试验。实装试验法具有实战贴合度好、数据可信度高等优势,但存在组织实施难、试验周期长、预算开支大等客观问题,是体系试验的主要试验方法。
1.2 技术需求
(3)配置灵活。不同类型的试验对资源的需求不尽相同,同一套平台既要支持单装整体性能试验,又要支持建制装备体系试验,满足不同的需求,则必须能够灵活配置环境条件,快速实现资源的柔性配置,重复利用。其中着重要解决的是试验资源柔性接入技术、资源管理调度技术、动态席位配置技术、系统软件运维技术、快捷可靠的系统部署技术。
该结构中,由40B32B 解码模块提供统一的四位控制字符指示信号[12],同步电路中的各个模块无需单独检测控制字符,进而减小同步模块的单元面积与逻辑复杂度。数据信号与控制信号并行传输,解码器在输出数据的同时输出控制字符信号给同步系统,这样的结构划分减小了同步系统与数据处理模块的依赖程度。由于整个同步控制系统与数据处理模块的分离结构,控制模块可以在数据处理的同时提供相应的控制信息,这样的并行拓扑结构加快了电路的运行速度。图3中变量的释义如表1所示。
(1)接入融合。LVC涉及大量的实装、半实物模拟器、虚拟兵力等试验资源,虚实交互融合要求高。但是,各类系统体系结构各异,交互机制、推进机制各不相同,没有统一的标准规范,对实体、行动的描述粒度,以及仿真步长均存在差异。而且,如此之多分布式异构系统已经花费了巨大的人力、物力和财力,并在相关领域取得了很成功的应用,是经过检验的可用逻辑靶场资源,不可能全部推倒重建。因此,基于LVC的体系试验要能为这些系统的接入提供通用的接口,或提供通用的接入手段,实现与现有资源的无缝连接。
(2)交互实时。基于“人在环”、“实装在环”的体系对抗试验要求平台必须具有实时性,且这种互操作实时性要求的本质是:两个实体之间发生的互操作,其逻辑时间一致性满足对该互操作过程进行仿真的精度要求。同时,虚实结合的体系试验接入的装备不但要考虑一些低速装备(例如汽车、坦克等),还要能够接入飞机、导弹等高速飞行武器。当有高速武器(时速达到5马赫以上)加入到试验过程,且系统各要素具备强交互时,要确保共存的多种靶场资源在战场环境中时空一致,交互实时。总的来说,其延时需满足“人在环”、“实装在环”体系对抗实时性需求。
基于LVC的体系试验方法需要构建一个分布式逻辑靶场,统筹复用试验资源,实时推进体系对抗试验进程,其面临的主要技术需求包括以下四点。
假设D维空间中分布有N个输入样本{x1,x2,…,xN},样本相应的类标签{c1,c2,…,cN},则样本点间的马氏距离为
虚实结合的体系试验组织方法,要根据试验组织过程中外场实装试验与内场仿真试验的不同结合方式而区分,在实际操作层面主要解决针对不同的试验对象在方案论证、试验准备、试验实施、试验评估总结等阶段存在的问题,并描述每个阶段问题解决方案的关键方法。
2 LVC仿真方法
体系试验需要采用LVC仿真的方法构建一个异域异构、内外场结合的逻辑靶场。下面从系统架构、系统组成、关键技术方面进行论述。
2.1 系统架构
逻辑靶场以互联互通互操作中间件为核心,在试验资源共享使用的基础上,集成LVC体系试验参试实体资源,集成试验外设仪器设备,同时采用智能网关接入各类异构试验资源,使得各类资源集成在一个逻辑靶场中,推行体系对抗试验,其架构如图1所示。其总体结构可以总结为“1个空间、2个网络、3类对象”,其中,“1个空间”是指实际试验场与虚拟战场要逼真同步,将实际战场投影到虚拟战场中,实际装备、半实物模拟装备和虚拟兵力也要投影到虚拟战场中,形成一个虚拟作战空间,这是LVC仿真的基础;“2个网络”是指导调控制网络和战术互联网络,导调控制网络负责导调、实装采集信息、战场效果显示等信息的联通,战术互联网络主要用于作战信息联通,各自独立、互不干涉;“3类对象”是指“实装-半实物-虚拟兵力”3类体系试验对象,试验时实际装备集中在实装层,所有的参试人员主要集中在实装层和半实物层,虚拟层主要是为了完善装备体系对抗生成虚拟兵力,导调控制和管理人员集中在虚拟层的操作上。
图1 体系试验逻辑靶场系统架构
Fig.1 System test logic range system architecture
2.2 系统组成
体系试验LVC仿真系统分为应用层、资源层、转接层和运行支撑层四个层次,如图2所示。应用层主要包括体系试验准备分系统、导调控制分系统和体系试验评估分系统三个部分,提供开展体系试验业务工作的必要软件;资源层包括实装对象、半实物对象、虚拟兵力对象等,以及外设仪器设备资源,是构建逻辑靶场的基本要素;转接层包括实装适配器、DDS网关、HLA网关和指控网关等,用于将异构的逻辑靶场资源转换为以对象模型为核心的标准化体系试验资源;运行支撑层包括运行于宽带网络基础上的中间件、在线资源管理系统、离线资源库、数据采集分系统,以及相关工具集,用于支撑逻辑靶场运行,并提供针对逻辑靶场进行在线操作和数据采集的接口。
图2 LVC仿真系统组成
Fig.2 Composition of LVC simulation system
2.3 关键技术
数据通过SPSS 21.0统计学软件作统计学处理，其中并发症发生率、子宫肌瘤残留率、复发率、成功妊娠率等计数资料[n（%）]通过χ2检验，而空腹血糖水平等计量资料（±s）以t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。
(2)虚实战场时空一致构建技术。主要是为了保证真实战场环境及实际装备实时投影到虚拟战场空间中,并保证状态信息实时更新,两个战场同步推进。主要涉及的关键技术有真实战场和虚拟战场精度控制技术、战场卫星定位与相对定位融合技术、试验场有线和无线网络无缝隙宽带传输技术、实际装备状态信息实时采集与传输技术等。
一是针对计划经济时期住房计划供给机制带来的住房难，化解之道是理念突破。这是邓小平开创的。1978年9月，邓小平指出：解决住房问题能不能路子宽些。1980年4月，邓小平又明确指出，住房改革要走商品化路子。[1]这意味着，住房供给理念从原来的单一公房转向自建房、商品房多元类型转变。在邓小平改革理念指引下，1980年6月，中共中央国务院正式宣布:准许私人建房、私人买房，准许私人拥有自己的住房。[1]这意味着，自建房、商品房在国家住房政策中取得了与公房同等地位的确认。
大孔树脂是一种人工合成的具有多孔立体结构的聚合物，对一些芳香族化合物有很强的吸附能力，已广泛应用于很多活性成分如黄酮、内酯、生物碱等大分子化合物的提取分离[8]。对于红薯叶黄酮的研究大多集中在有机溶剂提取法[1]、超声波辅助提取法[7]、酶提取法等[5]方面，有关大孔吸附树脂对于红薯叶黄酮的吸附分离研究报道较少，尤其是缺乏其吸附、解吸特性的研究，因此，本试验研究了大孔树脂对红薯叶中总黄酮的吸附与解吸特性，优选出适合红薯叶总黄酮提取的树脂材料并确定了最佳吸附及解吸参数，以期为红薯叶的综合开发利用提供科学依据，为红薯叶黄酮的工业化生产提供理论参考。
体系试验方法是指进行体系试验活动所采用的形式和手段,即通过有目的地控制作战现象、事件、过程及环境条件来研究作战效能的方法。依据所采用的技术手段不同,主要分为实装试验法、仿真试验法、虚实结合试验法等三种类型。
(1)异构系统交互体系结构技术。异构系统同步交互主要是在实装系统、半实物模拟系统、作战仿真系统、指挥信息系统、导调控制与评估系统等多种异构系统之间,构建统一的体系架构和数据标准,形成一个能够实现数据同步交互的综合环境,从而实现异构系统之间综合互操作、数据重用、功能组合等目的,以逼真、经济、高效的方式完成基于信息系统的体系试验任务。参照美军TANA技术标准,主要研究公共对象模型技术和公共网关技术,提供互联互通互操作支撑。
3 组织实施方法
(4)应用兼容。虚实结合的体系试验不仅能支持基于信息系统的单类装备体系,也要满足多个军兵种装备在一起的一体化试验需求,并能为上述一体化体系试验活动提供全生命周期的工具支持、数据支持、环境支持。考虑到各种规模试验中仿真模型、数据提取与处理等要求不同,多分辨率模型和规模裁剪也是应用的重点考虑内容。
3.1 试验模式
虚实结合的体系试验根据不同结合方式可区分为等效替代试验模式、虚实合成试验模式和平行试验模式。
(1)等效替代试验模式。等效替代试验模式将实装试验与仿真试验分开进行。利用装备性能试验数据,建立标准条件下的仿真模型;通过部分实装外场试验数据,校核(修正)仿真模型,通过仿真方法模拟体系试验方案,预估或分析试验结果,以等效替代试验模式为代表形式。等效替代试验模式主要思路是“模型—仿真—试验—迭代”,即首先建立等效替代模型,而后进行仿真运行,然后通过实装外场试验,最后可将试验获取的数据结果迭代回模型进行验证修正。这种方法是针对新装备在小批量生产后,由于“代差”的问题,不能明确作战对象或无法用相同“代级”的实际作战对象来进行外场实装对抗。可通过选择具有代表性的陪试装备,进行外场实装动态试验,为试验获取相关数据;在理论上分析期望作战对象的装备效能、陪试装备效能等影响因素,应用已经建立的等效替代推算模型,并利用外场试验数据来验证模型可信度,从而等效推算出被试装备在融入体系后对作战对象的作战效能和体系贡献度。这种方法虽然可以从理论上解决新型装备或重大装备没有作战对象的问题,也可以解决由于“代差”没有合适陪试装备构建装备体系的问题,但是对模型的可信度要求很高,需要不断验证。
(2)虚实合成试验模式。体系试验强调的是武器装备成建制成体系在近似实战环境下的对抗试验,但是体系内的所有实装都参与试验的条件很难满足。虚实合成法是通过综合运用计算机技术、网络技术、建模仿真技术,将外场动态实装与内场虚拟装备综合集成,形成虚实融合、功能互补、实时运行的试验装备体系的一种方法。这种方法将实装、模拟器和数学仿真兵力通过仿真代理的方式实现互联、互通,构成完备的试验装备体系;并且可以针对不同的试验任务需求和试验资源灵活地构建试验装备编组,数学仿真兵力、模拟器、实装可在一定条件下按照功能需求相互替代,使得试验装备体系具有良好的开放性、重用性、可组合性。通过虚实合成法构建试验装备体系可以降低试验成本,并且能够在试验体系框架下,较为准确地检验装备体系的整体作战效能。
(3)平行试验模式。在平行试验的理论指导下,将现实靶场的实际装备和人工靶场的虚拟装备投送到平行靶场内,构建平行运行的试验装备体系的方法。实际靶场是根据被试武器装备体系的试验需求而确定的特定环境,在这种环境下,受到试验资源、试验能力的约束,其试验装备体系的规模和功能也将受到限制。而在人工靶场(即虚拟战场环境)是通过计算机仿真技术构建的数字环境,既可以利用虚拟的装备和现实靶场内的实际装备构成以网络为基础的试验装备体系,也可以利用虚拟战场环境和作战对象构成对抗态势,从而将未能满足体系试验要求数量的小批量实装或型号装备置于装备体系环境下进行对抗试验。在平行试验条件下,构建虚实结合的试验装备体系主要就是将实际装备在现实靶场内按照试验流程进行运行和测试,将虚拟装备在人工靶场内进行虚拟运行与测试,通过物理条件和计算条件相结合的方式在线同步进行,可以按照比较完备的试验装备体系进行试验。这种方法解决了实际装备数量不足、试验装备体系不完整、试验复杂环境条件难以构建的问题。并且这种方法是基于LVC体系试验的最高形式。
3.2 体系构建
基于LVC的体系试验要素主要包括被试实装、装备模拟器、数学仿真资源、指控平台、靶标等,试验装备体系构建方法就是将试验各要素以综合网络系统为纽带实现指挥、导控、保障信息高速流动,实现互联互通互操作的试验装备体系。试验装备体系的构建是以被试装备数字化体系的使命任务为输入,按照“由顶向下”分解和“由底向上”综合集成的思路,通过分析研究最终确定满足试验需求的试验装备体系的过程,体系构建思路如图3所示。
图3 基于LVC的试验装备体系构建思路
Fig.3 LVC based test equipment system construction ideas
“由顶向下”分解的实施步骤是首先对体系试验使命任务进行分析,确定能够满足完成试验目标的具体可执行的试验任务,然后映射至满足使命任务需求的各种能力。“由底向上”综合集成的实施步骤是首先进行试验装备体系构成要素分析,然后依据能力需求进行资源整合,以满足使命任务的需求。通过分析体系作战使命任务、典型作战任务,逐步分解至试验科目,将试验科目和能力需求相映射,通过确定合理参试规模,采用实装、模拟器与数学仿真系统相结合的方式,构建试验装备体系,为开展体系试验提供技术支撑,构建过程如图4所示。
图4 试验装备体系构建过程
Fig.4 Test equipment system construction process
3.3 试验流程
基于LVC的体系试验流程是为实现试验目标和任务要求而对试验阶段如何划分、试验计划如何落实以及试验科目如何实施等各方面内容进行的统一谋划和总体设计,是开展虚实结合的体系试验的直接指导。按照其组织流程可划分为试验论证、试验准备、试验实施、评估总结等4个阶段,每一个阶段都包括了多项具体的基本任务,如图5所示。
4 结 论
基于LVC的体系试验将基地试验、仿真试验和部队试验融合为一体,是实兵实装体系对抗试验的高级形式,能够满足武器装备成建制成体系实战化检验的要求,对武器装备形成和提升以网络为中心的作战能力具有十分重要的现实意义。基于LVC的体系试验方法可在各类装备体系试验活动中应用,并结合专门的蓝军部队建设、试验演习场地建设逐步构建LVC仿真试验系统,建设相对方便快捷,能够极大地提高装备体系的实战化水平。
图5 基于LVC的体系试验流程框架
Fig.5 The framework of system test flow based on LVC
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The Research on the System -of -systems Test Method Based on LVC
DONG Zhiming ,GAO Ang ,GUO Qisheng ,WANG Yulong
(Academy of Army Armored Forces,Beijing 100072,China)
Abstract ： With the acceleration of equipment systematization,the integration degree of equipments,the contribution rate of equipment in combat system becomes the focus problem.In view of the difficulty in assessing the system-of-systems fusion degree and System-of-systems contribution rate of weapon equipment,the paper puts forward the method of System-of-systems test based on LVC and carries out three aspects of research.Firstly,this paper explaines the basic concept of the system-of-systems test,puts forward the basic method of System-of-systems test,and the technical requirements of the system-of-systems test with the combination of virtual reality.Secondly,this paper puts forward the basic construction and system composition of LVC simulation method,and analyzes key technologies of it.Finally,this paper puts forward three kinds of the System-of-systems test organizational model and the test equipment System-of-systems construction method,and analyzes the flow of the experiment based on LVC.
Key words ： System-of-systems test; the combination of virtual reality; System-of-systems combat
中图分类号 ：TP391.9
文献标识码： A
基金项目： 军内计划课题
董志明 男,(1977—),浙江建德人,教授,硕士研究生导师,主要研究领域为作战试验与仿真。
高 昂 男,(1988—),山东济宁人,博士研究生,主要研究领域为作战试验与仿真。
王玉龙 男,(1986—),天津人,博士研究生,主要研究领域为作战试验与仿真。