需求3：成本與風險的平衡

（1）原型的使用：在海軍聯(lián)合仿真環(huán)境的基礎上繼續(xù)開發(fā)，空軍利用這些先前的投資以降低開發(fā)風險。

（2）有限開發(fā)：空軍將通過在現有環(huán)境中模型／組件的重用來限制環(huán)境開發(fā)。目前環(huán)境中的重用率超過60％。

（3）被測系統(tǒng)通常將包含由主機所提供的由實裝遷移來的作戰(zhàn)飛行程序代碼，將被測系統(tǒng)與聯(lián)合仿真環(huán)境集成在一起。

（4）開發(fā)一個信息交互中介對于確保聯(lián)合仿真環(huán)境按設計運行至關重要，負責支持時統(tǒng)、導調、路由和其他服務的消息交換。該信息交互中介被稱為信息交換服務矩陣（IESM）。它不是專用于試驗的，還可用于訓練和作戰(zhàn)實驗。

（5）分布式操作：試驗和訓練未來將連接地理上分布的站點，從而能夠進行更大和更多樣化的科目。

（6）將商用產品和政府現貨產品（COTS／GOTS）融合在一起。

三、美空軍聯(lián)合仿真環(huán)境架構

美空軍首先對聯(lián)合仿真環(huán)境定義了三個區(qū)域。區(qū)域A是被測系統(tǒng)所在的區(qū)域，以及對被測系統(tǒng)試驗發(fā)揮重要作用的其他實體或組件。區(qū)域A中的實體與被測系統(tǒng)直接交互。區(qū)域B實體可以對被測系統(tǒng)產生直接影響，并且在有限的情況下與被測系統(tǒng)交互。區(qū)域C實體為更廣泛的場景提供補充，并且不直接與被測系統(tǒng)交互。

聯(lián)合仿真環(huán)境試驗區(qū)域描述（美軍圖片）

在區(qū)域A、B和C的開發(fā)中遵循系統(tǒng)工程的思想。在系統(tǒng)工程中，在系統(tǒng)邊界（區(qū)域A）內實現系統(tǒng)高分辨率和高保真度的精確細節(jié)是非常必要的。在區(qū)域B，被測系統(tǒng)還必須與其他系統(tǒng)進行交互，但保真度較低（對被測系統(tǒng)性能的影響較�。�。在區(qū)域C，額外的補充實體可能會影響被測系統(tǒng)，但不受被測系統(tǒng)的影響。區(qū)域A的邊緣服務主要為各種飛機遷移的作戰(zhàn)飛行程序和高保真模擬器的集成，以及由核心服務（通過信息交換服務矩陣）通過定義驅動的公共服務（射頻環(huán)境、紅外環(huán)境、視線、天氣、武器和電子戰(zhàn)接口。區(qū)域A／B邊緣服務包括使用下一代威脅模擬（NGTS）和其他綜合防空系統(tǒng)模型，提供廣泛、復雜和密集的試驗環(huán)境。

1、關于聯(lián)合仿真環(huán)境中的服務

美空軍在聯(lián)合仿真環(huán)境架構中主要是利用了邁特里公司（MITRE）在建立信息交換服務矩陣方面所做的工作。信息交換服務矩陣作為信息中介將服務分解為四個服務類，分別是核心服務、通用服務、邊緣服務、演訓服務。（1）核心服務：分發(fā)具有正確格式和準確時戳的信息。核心服務與公共服務和邊緣服務進行交互。核心服務對所有服務和實體都是必不可少的，提供基本的信息中介。（2）公共服務：確保聯(lián)合仿真環(huán)境中的公平競爭。公共服務為了確保公平，將包括射頻、紅外、天氣、武器彈藥模型、通信模型等仿真。（3）邊緣服務：仿真系統(tǒng)、模擬器等獨特組件。邊緣服務提供聯(lián)合仿真環(huán)境所需的功能以支持任務運行，主要為代表裝備系統(tǒng)的仿真應用。慮到聯(lián)合仿真環(huán)境面向對象和可組合的特性，只要邊緣服務仿真符合聯(lián)合仿真環(huán)境分布式仿真體系結構，就可以在體系結構內快速替換模型（作為邊緣服務）。（4）演訓服務：幫助用戶操作聯(lián)合仿真環(huán)境進行試驗或培訓的工具。演習服務允許用戶定義、任務規(guī)劃、配置、執(zhí)行和分析結果。

聯(lián)合仿真環(huán)境架構實體圖，強調了需要接口控制文件（ICD）來管理這些不同服務之間的消息交互（美軍圖片）

2、關于聯(lián)合仿真環(huán)境的運行

信息交換服務矩陣中包含的核心服務允許聯(lián)合仿真環(huán)境中的各種服務以無縫的方式運行。聯(lián)合仿真環(huán)境用戶使用演訓服務中作戰(zhàn)相關任務規(guī)劃工具來規(guī)劃任務。規(guī)劃后形成的作戰(zhàn)想定傳遞給仿真工程師，通過將所需的功能分配給可用的組件／服務，支持仿真環(huán)境的配置。配置過程對用戶是透明的，但對于試訓人員來說至關重要，需要確保適當的保真度支持試訓需求。配置完成后，試訓人員運行經過確認的想定。最后，收集的運行過程中數據，進行分析確認是否達到了試驗或訓練目的。各種邊緣服務（實機之間遷移的作戰(zhàn)飛行程序、高保真模擬器）和信息交換服務矩陣之間接口控制文件的設計工作具有挑戰(zhàn)性。使用遷移作戰(zhàn)飛行程序的飛機仿真需要跟蹤或融合算法以適當速率輸入適當格式的數據，作為數據激勵確保正確的運行。未能滿足這些實時要求將導致試驗訓練結果無效。這種服務質量（QoS）要求明確了信息交換服務矩陣必須滿足的速度和保真度要求，尤其是對遷移的OFP的運行非常重要。所以信息交換服務矩陣的設計需考慮同時處理多個不同服務質量的信道要求。

聯(lián)合仿真環(huán)境的運行概念圖（美軍圖片）

當前訓練環(huán)境中的許多訓練系統(tǒng)都使用遷移來的作戰(zhàn)飛行程序代碼來表示飛機系統(tǒng)。這些遺留系統(tǒng)利用帶有模擬接口的作戰(zhàn)飛行程序與訓練環(huán)境進行互操作。聯(lián)合仿真環(huán)境必須提供一種方法，將具有不同保真度的作戰(zhàn)飛行程序和非作戰(zhàn)飛行程序模擬器集成到一個無縫的作戰(zhàn)空間中。聯(lián)合仿真環(huán)境接口文件和服務必須解決系統(tǒng)邊緣服務和作戰(zhàn)空間公共服務之間所需的信息交換，以形成一個適合試驗和訓練的連貫統(tǒng)一作戰(zhàn)空間。

3、關于電子戰(zhàn)建模

目前電子戰(zhàn)技術的建模與仿真面臨四個主要挑戰(zhàn)：（1）在密集電子戰(zhàn)環(huán)境下實時生成和傳播信號復雜性；（2）在空間上縮放電子戰(zhàn)信號；（3）電子戰(zhàn)信號的驗證與驗證及其在環(huán)境中的效果，以及（4）考慮到當今模型中的可用保真度，適當地對電子攻擊和電子保護交互進行建模。電子戰(zhàn)效果通常是被試系統(tǒng)（被測系統(tǒng)）的特定系統(tǒng)和模型特征的函數。通過實驗室或露天試驗場對這些效應進行分類和驗證。網絡效果通常遵循與電子戰(zhàn)相同的方法，需要實驗室或外場試驗來驗證模擬使用的效果。聯(lián)合仿真環(huán)境將具有生成和檢測射頻信號的雷達特性模型。通常，雷達距離方程的建模也要考慮處理模式選擇或信號處理等其他獨特方面。聯(lián)合仿真環(huán)境將利用射頻環(huán)境來解釋通過空間傳播時的射頻信號損失。額外的大氣參數包括天氣效應（濕度等）、遮蔽物（煙霧等）以及其他會在大氣中對射頻能量造成損失的參數。這些計算在聯(lián)合仿真環(huán)境中實際是多種因素的函數。在威脅源接收到射頻信號將考慮這些損失，并向威脅提供射頻參數以進行射頻信號檢測，并提供必要的參數以形成射頻回波（雷達截面）以支持發(fā)射雷達的探測計算。

美空軍第412試驗聯(lián)隊負責電子戰(zhàn)建模（美軍圖片）

下圖描述了在聯(lián)合仿真環(huán)境中典型射頻交互過程涉及的服務：（1）表示被測系統(tǒng)為探測／跟蹤對方系統(tǒng)用邊緣服務計算發(fā)射的射頻信號。（2）邊緣服務利用信息交換服務矩陣提供的核心服務調用公共服務來計算傳播損失、天氣影響等。（3）公共服務向對方系統(tǒng)的邊緣服務提供接收的射頻信號。（4）來自對手系統(tǒng)蒙皮反射由公共服務計算，得到的軌跡在適當的邊緣服務處進行評估。（5）由此產生的信號被公共服務再處理，并將結果與被測系統(tǒng)交互。（6）被測系統(tǒng)接收處理后的信號并計算被測系統(tǒng)的探測／跟蹤性能。（7）基于這些結果，被測系統(tǒng)決定應用電子戰(zhàn)并調用公共服務來相應地修改輻射。（8）當電子戰(zhàn)射頻信號在空間中傳播時，公共服務對其進行適當的效果計算。（9）對手系統(tǒng)通過公共服務接收修改后的電子戰(zhàn)信號，并確定該信號對系統(tǒng)的影響。（10）對手系統(tǒng)通過邊緣服務對被測系統(tǒng)應用電子戰(zhàn)并調用公共服務。（11）公共服務修改考慮射頻傳播、天氣等因素后的電子戰(zhàn)信號。（12）被測系統(tǒng)通過公共服務接收修改后的電子戰(zhàn)信號，并確定電子戰(zhàn)信號對被測系統(tǒng)的影響。

聯(lián)合仿真環(huán)境中射頻交互案例（美軍圖片）

四、小結

作戰(zhàn)理念從以平臺為中心轉變?yōu)閰f(xié)同、集成和互操作的作戰(zhàn)體系，需要在試訓理念上進行重大變革。聯(lián)合仿真環(huán)境是一種基于服務的開放式體系結構，使用的先進建模和仿真技術，將來可以部分解決露天試驗場的地理限制、技術限制、電子戰(zhàn)限制、頻譜干擾、作戰(zhàn)限制和安全等問題。美空軍聯(lián)合仿真環(huán)境到2023年形成初始作戰(zhàn)能力，還需幾年的時間就可實現在虛擬環(huán)境下對當前和未來新能力、新概念的有效開發(fā)問題。使用聯(lián)合仿真環(huán)境這種建模和仿真環(huán)境進行實訓的關鍵在于其在用戶心中的可信度，這也是最容易被用戶詬病的問題。就其本質而言，建模和仿真通常利用假設將建模工作重點放在系統(tǒng)／環(huán)境中的特性和功能上。美軍聯(lián)合仿真環(huán)境大量使用了成熟產品的集成，有長期的積累，新開發(fā)的工作量不到4成，在環(huán)境的校驗、確認（VV＆A）過程中有優(yōu)勢。

（中國航空工業(yè)發(fā)展研究中心  何曉驍）

本篇供稿：系統(tǒng)工程研究所