1.1.5 军用仿真

在我国古代，人们很早就开始使用仿真的思想和手段来研究军事问题。例如，在《墨子·公输》一文中，墨子与鲁班就进行了一场攻防仿真，通过仿真推演避免了一场战争。

1.军用仿真的基本概念

军用仿真是从武器装备仿真发展起来的一个研究领域，泛指与军事有关的所有仿真技术、仿真系统或仿真方法。由于它源于系统仿真领域，所以属于系统仿真的一个应用领域，与工业仿真、能源仿真相对应。军事仿真可以说是工业界的一个概念，更多的是从技术角度强调装备的仿真与应用，但近年来也逐渐融合了作战模拟、复杂系统仿真、体系能力分析评估等方面的内容。

如图1-7所示，建模与仿真技术在作战分析、训练演习、装备论证与试验等领域中发挥着重要作用，对于加速新型装备的发展演进、部队战术战法的创新、训练演习模式的革新、装备试验成本的降低等方面发挥着重要的促进作用，是服务于武器装备全寿命、全系统和管理全方位的极其重要的关键支撑技术，是用信息化推动国防现代化跨越式发展的重要手段。

2.军用仿真模型体系

军事建模技术是将已经抽象的军事概念模型转化为能够仿真的形式。建立军事仿真模型需要综合运用多种建模方法和理论。传统的建模方法和技术包括基于严格数学理论的建模方法、基于统计实验的建模方法、基于半经验半理论的建模方法和基于经验的建模方法。随着复杂性科学的进展，人们逐渐认识到战争是一个复杂巨系统，因此，在军事仿真中基于复杂系统的建模理论与方法应运而生。复杂系统仿真就是运用复杂系统理论对战争这个超级复杂系统进行仿真和模拟的军事仿真样式。这一系统的基本思路是在战争复杂系统中，从军事仿真的特定目标出发，设计仿真所需要的主体，然后赋予其相应的规则，就可以使得主体之间在交互过程中演化出整体的效果。未来的战争复杂系统仿真技术群主要包括网络与网络仿真技术、自适应性科学与自适应性建模仿真技术、群体建模技术、情绪计算与仿真技术等。用复杂系统理论来指导军事建模与仿真具有天然的必要性和指导意义。

模型体系的作用包括确认需求、指导开发和支撑应用等，此外，构建模型体系可以规范模型的开发、增强模型一致性、提高模型可信性和促进模型的重用。军用仿真模型体系如图1-8所示，从建模层次、建模形式和建模过程三个维度，可以有效地描述军用仿真模型体系架构。

3.军用仿真的分类

1）按照应用层级划分

如图1-9所示，根据作战行动规模、作战指挥层次、仿真应用需求的不同，作战仿真系统可以划分为工程级、交战级、任务级和战役级四个层级。

（1）工程级仿真。用于武器装备的设计、费用计算、制造和保障领域，主要支持武器装备的性能评估（MOP）。通常而言，工程级仿真的研究对象是单个武器装备或系统，也可以是装备的组成部件，研究目标通常是分析评估其性能。工程级仿真中的仿真模型精度较为精细，对装备的描述较为全面，时间跨度通常为毫秒到分钟。

（2）交战级仿真。用于评价对抗条件下的武器系统效能，主要支持武器装备的系统对系统的效能评估（MOE）。交战级仿真重点关注单个作战平台或武器系统在指定作战任务背景下对目标的作战效能，时间跨度通常是数秒至数分钟。仿真模型的逼真度低于工程级仿真，但是能够较为真实地描述装备的作战行为和使用特性。

（3）任务级仿真。用于评价作战单元或多个平台执行一个特定使命的效能，主要支持兵力对兵力层次的效能评估（MOE）。任务级仿真用于评估多个作战平台或武器系统在特定作战背景下的作战效能，时间跨度在数分钟至数小时。

（4）战役级仿真。用于给出战区/战役层次作战中联合作战兵力的作战结果，可以在最高战争层次上进行作战兵力价值和作战方案评估，有时称为战果评估（MOO）。战役级仿真用于对联合作战部队的作战过程及效果进行评估，时间跨度在数天到数月。该类仿真通常使用粗粒度的、高度聚合的仿真模型，包含的作战实体的数量和种类也更多。

不同层级军用仿真的对比分析如表1-2所示。

从建模与仿真层次结构和装备试验鉴定需求来看，军方和国防工业部门的试验与评估仿真系统处于不同的层次。

武器装备体系论证部门的试验与评估仿真系统处于任务级和战役级，要建设在逼真作战环境下确定武器装备发展的军事需求、主要战技指标及作战效能的仿真系统，这样的仿真系统一般需要底层提供坚实的模型和数据支撑。

国防工业部门要建设仿真试验与飞行试验一体化的仿真系统，其中火力打击武器与信息对抗相结合的粒度要到武器装备部件级。因此，国防工业部门的试验与评估仿真系统是跨工程级和交战级的。

武器装备试验基地的试验与评估仿真系统要能够验证武器装备的“两成两力”，即成系统、成建制形成的战斗力和保障力，靶场的试验与评估仿真系统要服务于武器装备的鉴定定型。因此，靶场的试验与评估仿真系统也要跨工程级和交战级。

2）按照资源类型划分

依据资源类型划分，军用建模与仿真可以分为以下三类。

（1）实况仿真（Live Simulation）。实况仿真是指真实的人操作真实系统的仿真，该类仿真试图尽可能地接近系统的实际应用，经常包含真实装备或系统。例如，在部队模拟训练中，实兵实装在约定的情境下进行实况仿真，实际装备的开火及毁伤效应通过仪器替代。通常而言，实况仿真训练的目的是增强受训者的真实体验，达到近似真实的训练效果。实况仿真的特点：尽可能地接近真实使用；经常包含真实装备或系统；仪器仪表可能取代实际武器系统的开火或碰撞；首要目标是有益的经历。

（2）虚拟仿真（Virtual Simulation）。虚拟仿真是指真实的人操作虚拟系统的仿真，这些虚拟系统是真实系统的模拟器或仿真系统，旨在为用户提供如同真实环境一样的体验。虚拟仿真以在回路的人作为核心角色，使之训练控制技能（如驾驶飞机、坦克等）、决策技能、通信技能（如C4I小组的成员）等。除了真实的人操作虚拟环境的人在回路的仿真系统，还可把真实硬件在回路、软件在回路的仿真系统也归类为虚拟仿真。

典型的虚拟仿真系统是飞行训练模拟器，它使用真实的驾驶员座舱，并配备有计算机仿真模型来生成飞行动力学数据和视景显示，以及各种环境变化和大气环境的变化。虚拟仿真的特点：系统使用模拟器重建；系统由参与人员操作；设计成将用户沉浸在一种有效逼真的虚拟环境中；主要目标是有益的经历。

本书中的模拟器是指：①执行仿真的一种设备、计算机程序或系统；②对训练而言，是一个复制某个任务态势的重要特性并提供直接的人员操作的装备。

（3）构造仿真（Constructive Simulation）。构造仿真是指包含仿真的人操作仿真系统的仿真。真实的人激励（提供输入）仿真的运行，但不参与决定仿真结果的过程。其特点为：没有虚拟的环境或模拟器；系统的操作不需要真实的参与者；主要目标是有益的结果。

如表1-3所示，在本质上，虚拟仿真指的是使用模拟器，实况仿真联合仿真或实践“将要作战”的系统，构造仿真指经典的计算机化的仿真模型。

从理论研究的角度出发，将仿真分类为真实的、虚拟的、构造的是有问题的，因为这些分类之间没有明确的分界。人参与仿真的程度是不确定的变量，装备的逼真度也是如此。这种分类还排除了仿真的人操作真实装备的情况（如智能车等）。但从实际应用的角度出发，仿真的这种分类对整个并行分布式仿真来说具有普遍意义。