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[定義]

仿真是一種模仿行為。建模與仿真就是利用模型進(jìn)行的一種試驗(yàn)。所謂模型就是對實(shí)際系統(tǒng)的一種抽象的、本質(zhì)的描述。軍事電子信息系統(tǒng)的建模與仿真技術(shù)，是以控制理論、相似原理、數(shù)模與計(jì)算技術(shù)、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和多種專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，借助系統(tǒng)模型，對實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)試驗(yàn)研究的一門新興多學(xué)科綜合性技術(shù)。是用來研究軍事電子信息系統(tǒng)的先期開發(fā)工作及系統(tǒng)的檢驗(yàn)與評估的一種有效手段。其特點(diǎn)是它屬于一種可控制的、無破壞性的、耗費(fèi)極小的并允許多次重復(fù)的試驗(yàn)手段。建模與仿真技術(shù)可極為有效而經(jīng)濟(jì)地用于科研、設(shè)計(jì)、訓(xùn)練及系統(tǒng)的試驗(yàn)。它以其高效、優(yōu)質(zhì)及低廉體現(xiàn)其強(qiáng)大的生命力和潛在的能力。它是迄今為止最有效的經(jīng)濟(jì)的綜合集成方法，是推動科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的戰(zhàn)略技術(shù)。它滲透于軍事電子信息系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、研制、應(yīng)用及訓(xùn)練等各個(gè)階段。建模是指利用物理的或數(shù)字的方法對需要仿真的實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行描述獲得近似的數(shù)學(xué)模型。這是進(jìn)行數(shù)字仿真或半實(shí)物仿真必不可少的步驟。建模是仿真的基礎(chǔ)，亦是仿真的結(jié)果，研究新型建模仿真方法是其首要任務(wù)。軍事電子信息系統(tǒng)的建模與仿真技術(shù)是用于研究系統(tǒng)在特定條件下攻擊特定目標(biāo)的有效性、反應(yīng)時(shí)間；研究指揮員的決策預(yù)案、優(yōu)化操作程序；研究作戰(zhàn)軟件，并對多目標(biāo)攻擊狀況下多武器平臺協(xié)同作戰(zhàn)進(jìn)行決策方案的分析。數(shù)據(jù)庫技術(shù)、綜合環(huán)境表征技術(shù)、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、軟件工程、人的行為描述、儀器設(shè)備、圖形功能描述及計(jì)算機(jī)硬件等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域是建模與仿真的基礎(chǔ)。 [相關(guān)技術(shù)]多媒體技術(shù)；人工智能技術(shù)；分布處理技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

[技術(shù)難點(diǎn)]

軍事電子信息系統(tǒng)的建模與仿真存在著如下技術(shù)難點(diǎn)：（１）、未來軍事電子信息系統(tǒng)仿真面臨的主要技術(shù)難點(diǎn)是對復(fù)雜的指揮控制系統(tǒng)（尤其是動態(tài)作戰(zhàn)管理系統(tǒng)）的理解和建模十分困難。（２）、由于指揮控制過程中有許多具有智慧和主動性的人參與決策，故開發(fā)決策者模型并非易事。（３）、仿真模型的確認(rèn)。軍事電子信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可重組性及應(yīng)用的不確定性，使得仿真模型的正確驗(yàn)證成為一大技術(shù)難點(diǎn)。由于仿真模型確認(rèn)的理論和方法迄今尚未達(dá)到完善的程度，仍有可能出現(xiàn)不同仿真模型都能得到確認(rèn)的情況。故改進(jìn)仿真模型的確認(rèn)方法使之更趨于定量化，仍是系統(tǒng)仿真一項(xiàng)重大的研究課題。（４）、最為突出的技術(shù)難點(diǎn)是軍事電子信息系統(tǒng)的性能和作戰(zhàn)效能仿真及仿真結(jié)果驗(yàn)證的逼真度和可信度問題，目前幾乎尚未有程序或工具來評估其逼真度和可信度。如何引入新穎思想和方法，既要考慮軍事電子信息系統(tǒng)各項(xiàng)性能的影響，又能結(jié)合系統(tǒng)的作戰(zhàn)使命且簡化繁雜的戰(zhàn)爭模擬，這是眾多軍事電子信息系統(tǒng)效能評估研究部門正在從事的熱門課題。

[國外概況]

建模與仿真技術(shù)的發(fā)展與軍事需求密切相關(guān)。從40年代的火炮仿真，50年代的飛行器仿真，60年代的導(dǎo)彈仿真，70年代各種武器系統(tǒng)裝備的仿真，直至近些年發(fā)展起來的作戰(zhàn)仿真及綜合性防御系統(tǒng)的性能仿真，充分說明了軍事需求對建模與仿真技術(shù)的推動作用。80年代國外對軍事電子信息系統(tǒng)和武器裝備的建模與仿真工作開發(fā)得十分廣泛和深入，既有方法論的研究，又有實(shí)戰(zhàn)的仿真。90年代以來，世界各國十分重視分布式交互仿真（DIS）的發(fā)展。DIS是在飛行仿真器網(wǎng)絡(luò)（SIMNET）技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它以通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，又包含多個(gè)武器平臺及各種虛擬作戰(zhàn)環(huán)境的交互作用。

美國是發(fā)展DIS最早的國家，目前技術(shù)水平及應(yīng)用水平處于世界領(lǐng)先地位。先進(jìn)分布式仿真（ADS）是美國目前正在發(fā)展之中的DIS更高級階段，它是實(shí)現(xiàn)建模與仿真之間及其與C4I之間的互操作性，以及支撐建模與仿真組件的重用。引入高層體系結(jié)構(gòu)（HLA）旨在使所建立的體系結(jié)構(gòu)可將ADS擴(kuò)展至國防部各個(gè)部門內(nèi)。HLA技術(shù)是建模與仿真的發(fā)展方向，它將大大推動仿真向高度集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、一體化、自動化和智能化方向發(fā)展。它最終取代DIS并進(jìn)而發(fā)展成為解決C4I互操作性關(guān)鍵問題的國際性標(biāo)準(zhǔn)。目前，在高技術(shù)條件下局部戰(zhàn)爭"體系與體系對抗"的需求牽引下，建模與仿真技術(shù)正向體系對抗的方向發(fā)展。建模與仿真之最新技術(shù)成果往往被率先應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。軍事需求促進(jìn)系統(tǒng)仿真向更高、更全面的方向發(fā)展。21世紀(jì)軍事科技的發(fā)展更為依賴于建模與仿真技術(shù)。同時(shí)亦必將對建模與仿真技術(shù)提出日趨增高的要求。

軍事電子信息系統(tǒng)仿真通常有如下3種模式：

（1）計(jì)算機(jī)仿真（Computer Simulation），其特點(diǎn)是系統(tǒng)由嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型、圖形方式或計(jì)算機(jī)程序來表示。無需采用實(shí)際系統(tǒng)的任何部件，是個(gè)純軟件系統(tǒng)，但由于人的決策過程是系統(tǒng)中不可缺少的環(huán)節(jié)，應(yīng)用數(shù)學(xué)或計(jì)算機(jī)程序難以成功地仿真這一環(huán)節(jié)，故有其局限性。目前不少人試圖采用人工智能等技術(shù)來改善這一環(huán)節(jié)的仿真質(zhì)量，但迄今尚未成熟。該仿真模式抽象程度最高，仿真費(fèi)用最省，所花時(shí)間最短，做各種變量控制試驗(yàn)亦最簡便。但其致命弱點(diǎn)是仿真結(jié)果可信度較差。

（2）系統(tǒng)原型（System Prototypes），這是一種物理仿真方式，特點(diǎn)是全部采用實(shí)際系統(tǒng)的分系統(tǒng)或部件，僅刪掉其中一些次要部分或無需進(jìn)一步做研究試驗(yàn)的部分。由于主要與次要僅相對而言，故系統(tǒng)原型可隨意接近最終的系統(tǒng)配置。該仿真模式恰好相反，由于它與實(shí)際系統(tǒng)最接近，仿真結(jié)果最可信，但費(fèi)用高，所花時(shí)間長，做變量控制試驗(yàn)不太方便。

（3）系統(tǒng)試驗(yàn)床（ System Test Beds ），又稱半實(shí)物仿真。該仿真模式僅采用部分與實(shí)際系統(tǒng)相同或相近的實(shí)物，其他部分則采用計(jì)算機(jī)仿真方式。為系統(tǒng)演示、操作方式試驗(yàn)及作戰(zhàn)效能仿真服務(wù)的系統(tǒng)試驗(yàn)床，通常將實(shí)際的指揮控制設(shè)備用于仿真系統(tǒng)中，而將戰(zhàn)場環(huán)境（包括威脅環(huán)境）、指揮系統(tǒng)及通信系統(tǒng)等部分用計(jì)算機(jī)程序來模仿。半實(shí)物仿真模式正處于上述兩種模式之間，兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)，是一種應(yīng)用頗為廣泛的仿真模式。

20多年來，建模與仿真技術(shù)在軍事電子信息系統(tǒng)研制中的應(yīng)用已有了飛速的發(fā)展，從單項(xiàng)裝備的仿真發(fā)展到對整個(gè)軍事電子信息系統(tǒng)的仿真；從單一功能仿真發(fā)展到多功能綜合仿真；從傳統(tǒng)仿真發(fā)展到多媒體仿真、并行仿真、分布式交互仿真、先進(jìn)分布式仿真和智能仿真；從某一階段應(yīng)用發(fā)展到全過程的應(yīng)用。現(xiàn)代建模與仿真系統(tǒng)的建立與完善已成為軍事電子信息系統(tǒng)從研制到裝備不可缺少的重要組成部分。

一個(gè)軍事電子信息系統(tǒng)的全壽命周期通常包含如下７個(gè)階段：

（1）可行性論證；（2）方案論證；（3）工程設(shè)計(jì)和試制；（4）飛行試驗(yàn)；（5）鑒定和定型；（6）批量生產(chǎn)；（7）部署使用。

前5個(gè)階段都屬于研制性仿真。迄今軍事電子信息系統(tǒng)仿真已從研制性仿真發(fā)展至全壽命周期仿真。當(dāng)然，研制性仿真仍然是極為重要的組成部分。所謂全壽命周期是指從研究確定戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)開始直至裝備部隊(duì)使用的全過程。

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，建模與仿真技術(shù)已日漸發(fā)展成為獨(dú)立于理論研究、實(shí)驗(yàn)與試驗(yàn)研究的一種基本科學(xué)活動。假若沒有建模與仿真技術(shù)的支持,各種軍事電子信息系統(tǒng)的發(fā)展便不會像當(dāng)今這樣迅速。尤其是經(jīng)過在海灣戰(zhàn)爭中的應(yīng)用，證實(shí)了仿真試驗(yàn)的重要作用，證明建模與仿真技術(shù)給制定與修改作戰(zhàn)方案帶來明顯卓著的效果，使美國軍方在戰(zhàn)后對建模與仿真技術(shù)的發(fā)展愈加重視，并采取了一系列政策、措施，增強(qiáng)對建模與仿真技術(shù)發(fā)展的領(lǐng)導(dǎo)、協(xié)調(diào)與管理，將建模與仿真作為七大技術(shù)推動力之一，且要求在原有基礎(chǔ)上，建立更為先進(jìn)、高效和高度一體化的建模與仿真設(shè)施。

近10年來，建模與仿真技術(shù)受到發(fā)達(dá)國家的高度重視，尤其是美國和日本。美國國防部一直將建模與仿真技術(shù)作為"國防關(guān)鍵技術(shù)計(jì)劃"的重點(diǎn)項(xiàng)目，尤其是經(jīng)海灣戰(zhàn)爭實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證后，更增強(qiáng)了對該方面的組織領(lǐng)導(dǎo)，1992年不僅頒布了"國防建模及仿真倡議"，批準(zhǔn)了"建模與仿真管理計(jì)劃"，新組建了"國防建模與仿真辦公室"，還提出了新的建模與仿真的投資戰(zhàn)略。1992年7月，美國國防部頒布的"國防科學(xué)技術(shù)戰(zhàn)略"將綜合仿真環(huán)境列為現(xiàn)代高技術(shù)局部戰(zhàn)爭的七大需求之一。建模與仿真技術(shù)亦是1994財(cái)年美國國防部預(yù)研工作的七大重點(diǎn)之一。1995年美國國防部提出的國防建模與仿真總計(jì)劃（MSMP）制訂出一系列的目標(biāo)。在1997財(cái)年國防技術(shù)規(guī)劃中，建模與仿真被列為軍事電子信息系統(tǒng)與技術(shù)領(lǐng)域中重要的一項(xiàng)技術(shù)。 近年來，世界發(fā)達(dá)國家正以綜合仿真環(huán)境作為發(fā)展重點(diǎn)，建造多種復(fù)雜的、大型的建模與仿真試驗(yàn)設(shè)施，并將其組成建模與仿真試驗(yàn)網(wǎng)。最終將會出現(xiàn)一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的"模擬戰(zhàn)場"，可用于仿真任一時(shí)間任一地點(diǎn)的各種類型的作戰(zhàn)。

建模與仿真技術(shù)屬于國防高科技發(fā)展的重要領(lǐng)域，迄今已成為開發(fā)研制大型軍事電子信息系統(tǒng)和復(fù)雜武器裝備的重要工具。它作為人類認(rèn)識客觀世界和改造客觀世界的有效手段正愈益發(fā)揮著重要的作用。建模與仿真技術(shù)也是一種面向21世紀(jì)重要的軍民兩用技術(shù)，有著寬闊的發(fā)展前景。

軍事電子信息系統(tǒng)的研制，屬于一項(xiàng)頗為復(fù)雜的系統(tǒng)工程。它包括多個(gè)系統(tǒng)，每一系統(tǒng)又包含若干層次；它涉及眾多的專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，而有些領(lǐng)域又屬于首次工程應(yīng)用。隨之而來的問題是：如何對其進(jìn)行技術(shù)分析？如何對分析結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)？通常的辦法是通過實(shí)物試驗(yàn)。但實(shí)物試驗(yàn)不僅周期長、費(fèi)用高，而且有些內(nèi)容是實(shí)物試驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的。如某些總體性能指標(biāo)具有統(tǒng)計(jì)性，少數(shù)幾次試驗(yàn)給出的結(jié)果其置信度較低。建模與仿真技術(shù)的應(yīng)用為解決上述這些問題提供了一種有效的技術(shù)手段。

1. 建模與仿真可有效地確定武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)空域，實(shí)現(xiàn)省彈、省錢和省時(shí) 根據(jù)國外對三種不同類型的愛國者、羅蘭特及尾剌型地空導(dǎo)彈研制過程中的情況統(tǒng)計(jì)分析，可得到如下結(jié)論：由于采用建模與仿真技術(shù)，使靶試實(shí)彈數(shù)減少了30～60%；研制費(fèi)用節(jié)省了10～40%；研制周期縮短了30～40%，其效益頗高。此外，還可彌補(bǔ)靶場試驗(yàn)的局限性，減少技術(shù)途徑的風(fēng)險(xiǎn)與失誤。 2. 建模與仿真能為技術(shù)和管理決策提供依據(jù) 由于擁有充分而可信的仿真信息，從而減少了盲目性和不確定因素，使決策正確、合理、及時(shí)并有依據(jù)，因此建造一個(gè)貫穿于系統(tǒng)研究、生產(chǎn)和部署的，能為各階段決策服務(wù)的建模與仿真系統(tǒng)是必需的。 3. 建模與仿真具有頗高的經(jīng)濟(jì)效益

從管理上看仿真的根本效益可節(jié)省資源，從技術(shù)上講可加深對所研制的系統(tǒng)的理解并充分發(fā)揮系統(tǒng)的有效性。據(jù)美國陸軍估計(jì)，由于從方案論證開始到使用維護(hù)，幾乎全部研制生產(chǎn)過程都在綜合性仿真環(huán)境中進(jìn)行仿真，可使改進(jìn)型Ｍ－１坦克的作戰(zhàn)試驗(yàn)由原先采用實(shí)體試驗(yàn)需用24個(gè)月、4000萬美元，減至3個(gè)月、640萬美元。

4. 建模與仿真可彌補(bǔ)外場飛行試驗(yàn)之不足

對于當(dāng)今多模式多功能的導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)，僅靠單一的飛行試驗(yàn)難以作出恰如其分的評估，而建模與仿真試驗(yàn)可較為簡便地取得統(tǒng)計(jì)性數(shù)據(jù)。

5.建模與仿真是有效地評估系統(tǒng)性能之重要方法現(xiàn)以制導(dǎo)控制系統(tǒng)仿真為例加以闡述，可將系統(tǒng)性能評估方法分為如下７級：

（１）、工作臺測試用于提供單個(gè)硬件的性能參數(shù)；（２）、設(shè)計(jì)分析用來預(yù)測各分系統(tǒng)間的相互作用；（３）、計(jì)算機(jī)仿真又稱全數(shù)字仿真，作為一種分析工具用于預(yù)測整個(gè)系統(tǒng)的性能；（４）、靜態(tài)飛行試驗(yàn)如導(dǎo)引頭在飛機(jī)上掛飛試驗(yàn)，用以評估導(dǎo)引頭硬件在飛行時(shí)的性能，但不修正運(yùn)動時(shí)的動態(tài)效應(yīng)；（５）、半實(shí)物閉合回路仿真是含實(shí)物的閉合回路仿真。如導(dǎo)引頭在三軸轉(zhuǎn)臺上，在受控的環(huán)境內(nèi)進(jìn)行閉合回路半實(shí)物仿真。主計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈飛行動力學(xué)仿真模型；（６）、制導(dǎo)飛行試驗(yàn)這是在試驗(yàn)靶場進(jìn)行的飛行試驗(yàn)較為逼真的實(shí)際情況，試驗(yàn)中，以一種特定的環(huán)境替代實(shí)際威脅情景； （７）、實(shí)戰(zhàn)是系統(tǒng)有效性最高層次的測定。 綜上所述，建模與仿真技術(shù)對提高軍事電子信息系統(tǒng)和武器裝備的性能、研制效率及軍事威懾能力，有著特別重要的作用�？梢哉f，海灣戰(zhàn)爭是建模與仿真技術(shù)在實(shí)戰(zhàn)中成功應(yīng)用的戰(zhàn)例。正如戰(zhàn)后美國國防部所總結(jié)的那樣："在海灣戰(zhàn)爭中，革命性的進(jìn)步之一是應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)的作戰(zhàn)任務(wù)"。故它要求各軍兵種增強(qiáng)建模與仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用�？梢灶A(yù)見，隨著建模與仿真技術(shù)的日趨完善與進(jìn)步，它必將會對未來國防建設(shè)、國防科技、武器裝備和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。