一、 概述
仿真技術是以相似原理、信息技術、系統技術及其應用領域有關的專業技術為基礎，以計算機和各種物理效應設備為工具，利用系統模型對實際的或設想的系統進行試驗研究的一種綜合性技術。它綜合集成了計算機、網絡技術、圖形圖像技術、多媒體、軟件工程、信息處理、自動控制等多個高新技術領域的知識。
隨著仿真技術在科技進步和社會發展中的作用愈來愈顯重要，特別是軍事科學，隨著高、精尖武器系統的研制和發展，對軍用仿真技術的應用和研究提出了更高的要求。世界各軍事強國竟相在新一代武器系統的研制過程中不斷完善仿真方法，改進仿真手段，以提高研制工作的綜合效益。軍用仿真技術在武器系統戰技指標論證、方案選擇、研制、試驗、鑒定、改進提高以及部隊維護保養和訓練中的應用，已得到研制方和使用部隊的承認和重視。它對提高新一代武器系統綜合性能，減少系統實物試驗次數、縮短研制周期，節省研制經費，提高維護水平，延長壽命周期，強化部隊訓練等方面都可大有作為。
二、 國內外軍用仿真技術發展現狀
1．國外軍用仿真技術發展現狀態
美國國防部高度重視仿真技術的發展，近十多年來，美國一直將建模與仿真列為重要的國防關鍵技術。1992年公布了“國防建模與仿真倡議”，并成立了國防建模與仿真辦公室，負責倡議的實施：1992年7月美國防部公布了“國防科學技術戰略”，“綜合仿真環境”被列為保持美國軍事優勢的七大推動技術之一；1995年10月，美國防部公布了“建模與仿真主計劃”，提出了美國防部建模與仿真的六個主目標；1997年度的“美國國防技術領域計劃”，將“建模與仿真”列為“有助于能極大提高軍事能力的四大支柱（戰備、現代化、部隊結構、持續能力）的一項重要技術，并計劃從1996年至2001年投資5.4億美元、年均投資0.9億美元”。同時美國國防科學局（Defense Science Board）認為建立集成的綜合仿真環境和仿真系統，必須解決五個層次的使能技術，(enabling technologies )（即應能解決實現的技術）
第一層次——基礎技術。
包括：光纖通訊、集成電路、軟件工具、人的行為模型、環境模型等。
第二層次——元、部件級技術
包括：內存、顯示、局域網、微處理器、數據庫管理系統，數/模/數轉換器，建模與仿真構造工具，測試設備等。
第三層次——系統級技術
包括：微機系統，人一機界面，遠距離通訊/廣域網、計算機圖象生成。
第四層次——應用級技術
包括：制造過程仿真、工程設計建模與仿真，含人仿真系統，隨機作戰仿真等。
第五層次——集成綜合環境和建模與仿真工程
包括：原型機、規劃、設計與制造，訓練與備戰，測試與評估。
上述使能技術有些商業市場解決，如微機系統、遠距離通訊/廣域網、人一機界面、計算圖象生成、數據庫管理系統、局域網、光纖通訊、軟件工程工具等，也就是大部份的硬件和網絡能力由商業市場作為成熟產品提供。而為滿足軍用仿真需求，有些如制造過程仿真，工程設計建模與仿真，隨機作戰仿真，環境模型等都由關國防部組織解決。
數學模型是仿真的基礎，要仿真，必須對被仿真的對象或系統進行數學建模，也就是對客觀世界中客觀事物進行數學抽象和數學描述。數學模型的正確與否以及其精確度直接影響仿真的置信度。所以，建模以后必須經過驗模，驗模就是對模型的評估過程。但對導彈武器系統中的某些部件，由于它的非線性，很難用數學模型表達得那么準確。因此，導彈武器系統，無論是戰術的還是戰略的，美國三軍都非常重視半實物仿真在導彈研制中的作用。雖然這是化費較大的工程，但是幾年來，美、歐、日各方都化費巨資建立半實物仿真系統，以加快精確制導武器的研制。
同樣，歐洲對于仿真的研究歷來也十分重視。北大西洋公約組織（NATO）于1992年9月成立了DIS工作組。同年歐洲學術界的二百個成員成立了歐洲仿真特殊興趣組，并于次年組建了“仿真未來：新概念、工具和應用”基礎研究工作組。制定了仿真基礎研究和開發為第一優先主題。其第二個主題即為開發新的應用領域。尤其是象并行和分布式仿真這樣的基礎技術，圍繞這個主題將就“仿真互操作性”展開行動計劃。并對應于美國DIS工作組成立一些對應的“影子”機構進行跟蹤研究。
2．國內軍用仿真技術發展現狀
我國軍用仿真技術的發展已有四十年的歷史。尤其在“七五”以來的十多年中，通過邊建邊用，以及上級領導的重視，仿真技術得到了飛速發展。突出表現在以下方面：
⑴ 建成了航天機電集團以北京仿真中心為代表的，科技集團以上海八院八部的射頻、紅外仿真系統為代表的服務于各類新型導彈、衛星、運載火箭和魚雷等仿真的“八大仿真系統”以及用于新型軍機研制的飛機工程仿真系統，為仿真技術的研究和應用打下了堅實的基礎。
⑵ 90年代我國開始對分布交互仿真，虛擬現實等先進仿真技術及其應用進行研究，開展了較大規模的復雜系統仿真，由單個武器平臺的性能仿真發展為多武器平臺在作戰環境下的對抗仿真。
⑶ 研制出了連續系統仿真語言ICSLⅡ和ICSL++仿真環境，連續/離散（事件）系統仿真語言IHSL和圖形輸入仿真語言IFAS等通用仿真語言及射頻、紅外、反坦克導彈、衛星、戰略導彈和運載火箭等半實物仿真專用軟件。正在研制基于高檔微機、工作站通用、并發、一體化仿真軟件。
⑷ 視頻/紅外動態圖象轉換技術攻關，并研制出了能產生紅外動態圖象的原理試驗樣機。其中，MOS電阻橋陣方案已研制出64×64象元，幀頻100HZ的工程試驗樣機；紅外CRT已研制出8~12μm的工程試驗樣機。
⑸ 堅持邊建邊用的原則，在應用方面取得顯著成果。有效的應用于新型武器的研制，優化系統設計，提高武器系統性能；以及診斷并排除隱患和故障、提高型號研制質量；大大減少實彈試驗次數和試驗數量，從而起到了縮短研制周期、節約研制經費、提高武器系統效費比的巨大作用。根據統計數據，仿真技術可縮短導彈武器研制周期20~40%，節約導彈定型試驗所需彈數10~30%；魚雷試航次數減少50~80%；縮短艦船作戰系統、武器系統聯調時間40~60%。從可量化的數字看，至95年底，仿真技術在我國各類導彈（含魚雷、運載火箭）、衛星、飛機、艦船、坦克和高炮的研制中，仿真創經濟效益達人民幣5億元以上。
射頻目標雜波、干擾和多路徑效應仿真，已可基本滿足相應型號仿真工程建設的要求。
三、 軍用仿真的發展設想
1．環境仿真
無論是單武器平臺性能仿真還是多武器平臺在對抗作戰環境下的體系對抗仿真，環境仿真都是重要的組成部分。美國在環境仿真方面，研制了各種運動仿真器，如高精度飛行仿真轉臺、加速度模擬器、真空模擬器等，建立了逐步完善的各種實體模型數據庫、戰場環境（如地形、地貌、海洋、大氣、空間等）數據庫，并用虛擬現實技術，建立虛擬仿真環境、虛擬戰場環境等，以支撐其各種仿真的需要。
要完成環境仿真，必須解決兩方面的問題
⑴ 環境模型的建立
軍事應用中的環境是千變萬化的，不同的地形、地貌、氣象、電磁干擾、噪聲等等都有其不同的環境特征，要對其建立有相當置信度的模型是很復雜的，所以環境仿真建模工作應作為基礎性研究進行。
⑵ 環境效應
這是一個更加復雜的問題，實際上也就是仿真環境動態變化時，對仿真結果所產生的影響。例如，軍艦，反艦導彈與海情，風力、風速，加上多路徑這些環境之間是相互交互的。這些都增加了仿真達到相當置信度的難度。
2．分布式仿真技術與訓練仿真技術
美國是最早發展分布式交互仿真技術的國家。1983年美國防部高級研究計劃局（DARPA）和陸軍合作的研究計劃SIMNET于1989年完成，為DIS的發展奠定了技術基礎。分布式仿真包括軍事上公認的三類仿真：真實仿真、虛擬仿真、結構仿真，分布交互仿真的核心是仿真技術和網絡技術的結合。
分布交互仿真技術最明顯的應用是多兵種聯合作戰訓練，進行多武器平臺作戰仿真。在DIS生成的逼真戰場環境支持下，可以進行作戰仿真，熟練掌握合成作戰技術、作戰原則、發展新的作戰方式和方法，提高各級指揮人員的戰場指揮能力，并可大大減少風險和高額開銷。NATO準備逐步把各國不同的兵力匯入SIMNET而成為一個虛擬戰場，并把空戰仿真系統（AWSIMS）和海戰仿真系統（NWSTMS）與其相聯。美國陸軍的CCTT（近戰戰術訓練系統），是美國用于部隊訓練的第一個分布交互仿真實用系統，可實現546個仿真工作站的仿真訓練聯網，距離可跨越歐美之間，可為美國本土和美在北約駐軍的野外訓練提供高逼真度的虛擬戰場環境。聯網演習，比起實戰演習來，其成本低、損傷少、安全保密，多次反復演練，而且方案可以多變，準備時間短。通過聯網仿真訓練多兵、團組協同作戰，不僅可解決人與機之間的關系，更要解決人與人之間的協同關系。
美國還大力開發集作戰仿真、武器裝備研制及武器裝備采辦使用的分布式交互仿真系統。自美國防部1992年制訂“作戰仿真試驗室”計劃以來，迄今已建立了六個作戰仿真實驗室。利用分布交互仿真技術，作戰實驗室與有關專業和單位的計算機聯網，可以高效率地完成以下工作：
·進行聯合訓練，為制訂新的作戰戰術、條令和訓練方法、制訂作戰計劃、評估作戰情況提供依據：
·在新武器系統開始研制或在役武器裝備著手改進之前，通過計算機仿真和實物模擬，對新技術所能提供的新作戰能力和新的作戰思想進行試驗和評估，以提出新武器的需求；在武器系統研制期間，系統在逼真的作戰試驗環境中不斷仿真試驗，將保證最終系統盡可能適合于作戰的需要：
·預測新武器從研制、生產到列裝、使用、維護、后勤支援采辦全過程中的問題，包括費用情況，以縮短研制周期、降低全壽命費用。
·作戰仿真試驗室，通過DIS系統在更大的仿真環境中加入能反應實彈真實飛行的仿真試驗而得到擴大，允許能進行更復雜的系統試驗，進行有真實意義的戰役分析，以支持國防高級決策工作。
3．虛擬現實技術
近年來，虛擬現實（Virtual Reality）技術在航空航天和軍事領域的成功應用，取得了巨大的經濟效益和社會效益，促進美國政府進一步加大了對VR技術研究的支持力度。VR技術在武器系統性能評價、武器操作訓練、指揮大規模軍事演習等三個方面的仿真應用中能發揮重大作用：大幅度降低所需的費用，極大的提高效益，并消除意外傷亡事故。因此，美國政府所支持的VR 技術研究也正是緊緊圍繞著提高這三種能力的系統和環境而展開的。他們擬將VR的一些關鍵技術進行加強和改進，主要有高速網絡和數據的實時交互與顯示、數據融合與輸出、各個層次（包括地形繪制、天氣描述、運動和傳感、武器系統與效應、計算機生成的半自主兵力等）上的逼真性。
美國政府支持的虛擬現實技術應用的研究計劃有：
·戰爭綜合演示計劃（Synthetic Theater of War Project）；
·防務仿真交互網絡（Defense Simulation Internet, DSI）；
·衛星模擬（The Satellite Modeler, SM）；
·虛擬座艙（The Virtual Cockpit, VC）。
實際上VR技術的廣泛應用，無論是對駕駛員進行成功訓練的飛行模擬器，或是用來訓練軍事作戰人員虛擬戰場，或是基于仿真的設計包括幾何外形，傳動物理特性和動力學特性的在建模基礎上，完成的虛擬樣機，還是通過仿真模型在計算機上仿真生產全過程，實現產品的工藝規程，加工制造等生產出的虛擬產品，都已有許多成功事例。
歸根結底，所謂的虛擬現實簡單地說，就是數字仿真加圖形可視化。因此，虛擬系統的基本組成有高性能計算機、計算機網絡、圖象生成與顯示系統、數據庫（含地理信息、氣動數據、導航數據、氣象數據等）以及相應的人機接口和軟件支撐環境。
四、 結束語
軍用仿真技術以戰略戰術導彈武器系統研制需求為牽引，以新型精確打擊武器裝備全生命周期仿真應用為重點，為適應新型號導彈武器系統和軍用衛星系統研制的需要，充分驗證系統設計的正確性，“十五”期間突破精確制導武器系統仿真、導彈武器系統訓練仿真、環境仿真、分布交互式仿真、虛擬現實仿真等關鍵技術，建立相應的仿真試驗系統，系統仿真支撐環境，充分發揮仿真技術在導彈背景型號武器裝備發展論證，研制與試驗、定型與評估、使用與訓練、更新與改造等全過程中的先導和支撐作用。
另外，通過對虛擬技術的研究，盡可能地擴大其應用范圍，采用虛擬樣機，虛擬戰場環境以及虛擬制造等概念，可以使傳統的武器系統的設計方法產生變革。虛擬技術將是21世紀武器系統研制和軍隊建設的重要手段。
作者姓名： 夏也謹
作者單位： 上海航天局八部
作者職稱： 研究員
