需求3：成本与风险的平衡

（1）原型的使用：在海军联合仿真环境的基础上继续开发，空军利用这些先前的投资以降低开发风险。

（2）有限开发：空军将通过在现有环境中模型／组件的重用来限制环境开发。目前环境中的重用率超过60％。

（3）被测系统通常将包含由主机所提供的由实装迁移来的作战飞行程序代码，将被测系统与联合仿真环境集成在一起。

（4）开发一个信息交互中介对于确保联合仿真环境按设计运行至关重要，负责支持时统、导调、路由和其他服务的消息交换。该信息交互中介被称为信息交换服务矩阵（IESM）。它不是专用于试验的，还可用于训练和作战实验。

（5）分布式操作：试验和训练未来将连接地理上分布的站点，从而能够进行更大和更多样化的科目。

（6）将商用产品和政府现货产品（COTS／GOTS）融合在一起。

三、美空军联合仿真环境架构

美空军首先对联合仿真环境定义了三个区域。区域A是被测系统所在的区域，以及对被测系统试验发挥重要作用的其他实体或组件。区域A中的实体与被测系统直接交互。区域B实体可以对被测系统产生直接影响，并且在有限的情况下与被测系统交互。区域C实体为更广泛的场景提供补充，并且不直接与被测系统交互。

联合仿真环境试验区域描述（美军图片）

在区域A、B和C的开发中遵循系统工程的思想。在系统工程中，在系统边界（区域A）内实现系统高分辨率和高保真度的精确细节是非常必要的。在区域B，被测系统还必须与其他系统进行交互，但保真度较低（对被测系统性能的影响较小）。在区域C，额外的补充实体可能会影响被测系统，但不受被测系统的影响。区域A的边缘服务主要为各种飞机迁移的作战飞行程序和高保真模拟器的集成，以及由核心服务（通过信息交换服务矩阵）通过定义驱动的公共服务（射频环境、红外环境、视线、天气、武器和电子战接口。区域A／B边缘服务包括使用下一代威胁模拟（NGTS）和其他综合防空系统模型，提供广泛、复杂和密集的试验环境。

1、关于联合仿真环境中的服务

美空军在联合仿真环境架构中主要是利用了迈特里公司（MITRE）在建立信息交换服务矩阵方面所做的工作。信息交换服务矩阵作为信息中介将服务分解为四个服务类，分别是核心服务、通用服务、边缘服务、演训服务。（1）核心服务：分发具有正确格式和准确时戳的信息。核心服务与公共服务和边缘服务进行交互。核心服务对所有服务和实体都是必不可少的，提供基本的信息中介。（2）公共服务：确保联合仿真环境中的公平竞争。公共服务为了确保公平，将包括射频、红外、天气、武器弹药模型、通信模型等仿真。（3）边缘服务：仿真系统、模拟器等独特组件。边缘服务提供联合仿真环境所需的功能以支持任务运行，主要为代表装备系统的仿真应用。虑到联合仿真环境面向对象和可组合的特性，只要边缘服务仿真符合联合仿真环境分布式仿真体系结构，就可以在体系结构内快速替换模型（作为边缘服务）。（4）演训服务：帮助用户操作联合仿真环境进行试验或培训的工具。演习服务允许用户定义、任务规划、配置、执行和分析结果。

联合仿真环境架构实体图，强调了需要接口控制文件（ICD）来管理这些不同服务之间的消息交互（美军图片）

2、关于联合仿真环境的运行

信息交换服务矩阵中包含的核心服务允许联合仿真环境中的各种服务以无缝的方式运行。联合仿真环境用户使用演训服务中作战相关任务规划工具来规划任务。规划后形成的作战想定传递给仿真工程师，通过将所需的功能分配给可用的组件／服务，支持仿真环境的配置。配置过程对用户是透明的，但对于试训人员来说至关重要，需要确保适当的保真度支持试训需求。配置完成后，试训人员运行经过确认的想定。最后，收集的运行过程中数据，进行分析确认是否达到了试验或训练目的。各种边缘服务（实机之间迁移的作战飞行程序、高保真模拟器）和信息交换服务矩阵之间接口控制文件的设计工作具有挑战性。使用迁移作战飞行程序的飞机仿真需要跟踪或融合算法以适当速率输入适当格式的数据，作为数据激励确保正确的运行。未能满足这些实时要求将导致试验训练结果无效。这种服务质量（QoS）要求明确了信息交换服务矩阵必须满足的速度和保真度要求，尤其是对迁移的OFP的运行非常重要。所以信息交换服务矩阵的设计需考虑同时处理多个不同服务质量的信道要求。

联合仿真环境的运行概念图（美军图片）

当前训练环境中的许多训练系统都使用迁移来的作战飞行程序代码来表示飞机系统。这些遗留系统利用带有模拟接口的作战飞行程序与训练环境进行互操作。联合仿真环境必须提供一种方法，将具有不同保真度的作战飞行程序和非作战飞行程序模拟器集成到一个无缝的作战空间中。联合仿真环境接口文件和服务必须解决系统边缘服务和作战空间公共服务之间所需的信息交换，以形成一个适合试验和训练的连贯统一作战空间。

3、关于电子战建模

目前电子战技术的建模与仿真面临四个主要挑战：（1）在密集电子战环境下实时生成和传播信号复杂性；（2）在空间上缩放电子战信号；（3）电子战信号的验证与验证及其在环境中的效果，以及（4）考虑到当今模型中的可用保真度，适当地对电子攻击和电子保护交互进行建模。电子战效果通常是被试系统（被测系统）的特定系统和模型特征的函数。通过实验室或露天试验场对这些效应进行分类和验证。网络效果通常遵循与电子战相同的方法，需要实验室或外场试验来验证模拟使用的效果。联合仿真环境将具有生成和检测射频信号的雷达特性模型。通常，雷达距离方程的建模也要考虑处理模式选择或信号处理等其他独特方面。联合仿真环境将利用射频环境来解释通过空间传播时的射频信号损失。额外的大气参数包括天气效应（湿度等）、遮蔽物（烟雾等）以及其他会在大气中对射频能量造成损失的参数。这些计算在联合仿真环境中实际是多种因素的函数。在威胁源接收到射频信号将考虑这些损失，并向威胁提供射频参数以进行射频信号检测，并提供必要的参数以形成射频回波（雷达截面）以支持发射雷达的探测计算。

美空军第412试验联队负责电子战建模（美军图片）

下图描述了在联合仿真环境中典型射频交互过程涉及的服务：（1）表示被测系统为探测／跟踪对方系统用边缘服务计算发射的射频信号。（2）边缘服务利用信息交换服务矩阵提供的核心服务调用公共服务来计算传播损失、天气影响等。（3）公共服务向对方系统的边缘服务提供接收的射频信号。（4）来自对手系统蒙皮反射由公共服务计算，得到的轨迹在适当的边缘服务处进行评估。（5）由此产生的信号被公共服务再处理，并将结果与被测系统交互。（6）被测系统接收处理后的信号并计算被测系统的探测／跟踪性能。（7）基于这些结果，被测系统决定应用电子战并调用公共服务来相应地修改辐射。（8）当电子战射频信号在空间中传播时，公共服务对其进行适当的效果计算。（9）对手系统通过公共服务接收修改后的电子战信号，并确定该信号对系统的影响。（10）对手系统通过边缘服务对被测系统应用电子战并调用公共服务。（11）公共服务修改考虑射频传播、天气等因素后的电子战信号。（12）被测系统通过公共服务接收修改后的电子战信号，并确定电子战信号对被测系统的影响。

联合仿真环境中射频交互案例（美军图片）

四、小结

作战理念从以平台为中心转变为协同、集成和互操作的作战体系，需要在试训理念上进行重大变革。联合仿真环境是一种基于服务的开放式体系结构，使用的先进建模和仿真技术，将来可以部分解决露天试验场的地理限制、技术限制、电子战限制、频谱干扰、作战限制和安全等问题。美空军联合仿真环境到2023年形成初始作战能力，还需几年的时间就可实现在虚拟环境下对当前和未来新能力、新概念的有效开发问题。使用联合仿真环境这种建模和仿真环境进行实训的关键在于其在用户心中的可信度，这也是最容易被用户诟病的问题。就其本质而言，建模和仿真通常利用假设将建模工作重点放在系统／环境中的特性和功能上。美军联合仿真环境大量使用了成熟产品的集成，有长期的积累，新开发的工作量不到4成，在环境的校验、确认（VV＆A）过程中有优势。

（中国航空工业发展研究中心  何晓骁）

本篇供稿：系统工程研究所