美國國家仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的發(fā)展

美國國家仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的發(fā)展

近年來，計算機(jī)在航空模擬器中的應(yīng)用已經(jīng)非常古老，但利用該算法來研究陸戰(zhàn)環(huán)境是近年來發(fā)展起來的一項新技術(shù)。美陸軍在與本國娛樂業(yè)研究機(jī)構(gòu)的合作下研發(fā)出一系列可供陸軍官兵在各種不同的仿真環(huán)境中訓(xùn)練戰(zhàn)斗技能的仿真技術(shù),利用這些技術(shù)可以設(shè)計并推廣應(yīng)用一些足以混淆現(xiàn)代計算機(jī)指令與科學(xué)假設(shè)之間界線的,高度逼真的人-機(jī)交互式訓(xùn)練系統(tǒng)。1支持全球范圍內(nèi)的軍事演練和任務(wù)演練美國國家仿真中心是美陸軍研發(fā)軍用仿真系統(tǒng)的主要合作伙伴,該中心研發(fā)的仿真技術(shù)除了適合于美陸軍使用外,亦適合于支持全球范圍內(nèi)的軍事演練和任務(wù)演習(xí)。在部隊之間相距較遠(yuǎn)或者附近沒有合適的實地演習(xí)場地的情況下,采用這些仿真手段可以為指揮官提供有效的選擇方案。目前,該中心主要進(jìn)行兩種訓(xùn)練仿真研究:虛擬仿真與推定仿真。1.1cctt的學(xué)習(xí)應(yīng)用美國國家仿真中心先期推出的訓(xùn)練工具是一種聯(lián)網(wǎng)式人工操縱模擬器系統(tǒng)——近戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練器(CCTT)。訓(xùn)練過程中,由操作手指揮敵我雙方的部隊(即可編程序軟件模型)展開戰(zhàn)斗。CCTT最初是用來訓(xùn)練排級裝甲部隊的,一個裝甲排通常裝備有4輛M1“艾布拉姆斯”坦克或M2“布雷德利”步兵戰(zhàn)車。應(yīng)用CCTT訓(xùn)練部隊時,盡管對每一輛坦克或步兵戰(zhàn)車的訓(xùn)練本身也是一門藝術(shù),但總的訓(xùn)練目的是研究搜集與部隊集體作戰(zhàn)有關(guān)的戰(zhàn)斗技巧和解決諸如火力控制這樣一些迫切需要解決的問題。譬如說,當(dāng)敵方的一輛坦克出現(xiàn)時,如果4輛坦克同時向其開火的話,顯然是一種浪費彈藥的選擇;在這樣的情況下,最佳反應(yīng)應(yīng)該是由一輛坦克發(fā)射一發(fā)炮彈即可;在霧天作戰(zhàn)時由于己方平臺作戰(zhàn)人員看到的戰(zhàn)場面貌各不相同,因此集體作戰(zhàn)的問題就顯得更為突出。類似這樣的一些微妙的戰(zhàn)斗技巧正是通過進(jìn)行CCTT作戰(zhàn)訓(xùn)練所要解決的問題。如何正確調(diào)動車輛是CCTT訓(xùn)練所要解決的另一個較為棘手的問題。這里所說的調(diào)動車輛也不是指單獨調(diào)動每一輛或某一輛車輛,而是指與排指揮官的坦克協(xié)同作戰(zhàn)的全部車輛在排指揮官指揮下的統(tǒng)一行動。CCTT為一種可標(biāo)量系統(tǒng),可以用來訓(xùn)練排級、連級及營級規(guī)模的作戰(zhàn)部隊,最多可以同時訓(xùn)練44輛坦克。當(dāng)進(jìn)行連級仿真訓(xùn)練時,還可以加入火炮、飛機(jī)及其他戰(zhàn)場資源;為了進(jìn)一步提高仿真訓(xùn)練的逼真度,亦可以增加其他一些不可測事件,如煙霧、障礙物、有限通信等。在進(jìn)行營級仿真訓(xùn)練時,指揮部的參謀人員可以從一個現(xiàn)場指揮所分享仿真訓(xùn)練的實況,部隊的其他人員則全部在各自的模擬器上進(jìn)行訓(xùn)練。在這種級別的訓(xùn)練中,營指揮官可以學(xué)習(xí)如何在車內(nèi)環(huán)境中正確指揮和控制部隊作戰(zhàn)。另外一種相關(guān)的系統(tǒng)——航空聯(lián)合兵種戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練器(AVCATT)是專門用來訓(xùn)練美陸軍直升機(jī)駕駛員的。在實際使用中,可以將AVCATT連接到CCTT上,從而使其能夠與正在進(jìn)行虛擬演習(xí)的裝甲部隊直接進(jìn)行交互式仿真。1.2指揮中心的指揮指揮在推定仿真情況下,人員和車輛全都是仿真的,仿真系統(tǒng)通過顯示與整個戰(zhàn)場或全部作戰(zhàn)行動有關(guān)的活動畫面的辦法來訓(xùn)練指揮戰(zhàn)斗的決策人員。與鍛煉戰(zhàn)術(shù)技能的虛擬仿真不同,推定仿真所教給指揮官員和參謀人士們的是如何制定正確的決策,以及怎樣才能根據(jù)源源不斷地進(jìn)入指揮中心的數(shù)據(jù)來正確地指揮戰(zhàn)斗。因為指揮所常常是遠(yuǎn)離作戰(zhàn)現(xiàn)場的,它們通常被設(shè)置在掩體中或者隱藏在森林或建筑物內(nèi)。所以,指揮官們必須依靠現(xiàn)代化的通信設(shè)備來接收戰(zhàn)場信息和發(fā)出指揮戰(zhàn)斗的命令。推定式仿真研究可以重復(fù)顯示大規(guī)模戰(zhàn)場的特定畫面,并在仿真訓(xùn)練的運行過程中隨時提供有關(guān)友軍部隊的位置和狀態(tài)以及已知的有關(guān)敵軍部隊的位置等方面的數(shù)據(jù)。2下一代仿真訓(xùn)練系統(tǒng)的未來與美國國家仿真中心的研究觀點不同,位于加利福尼亞州的馬瑞納·德瑞技術(shù)創(chuàng)新研究院在仿真演示、博弈及軍事仿真等方面完全是另外一種思路。該研究院打算在美陸軍的支持和參與下合作研制開發(fā)適用于陸軍部隊的下一代仿真訓(xùn)練系統(tǒng)。在其新的創(chuàng)新思維下研制的下一代仿真訓(xùn)練系統(tǒng)將會在準(zhǔn)確建模現(xiàn)代戰(zhàn)場方面發(fā)生一系列新的更大飛躍。他們的新構(gòu)想之一是:下一代仿真訓(xùn)練系統(tǒng)看起來將類似于帶有一個IMAX型電影屏幕的小小放映室,受訓(xùn)者將根據(jù)需要配備不同的傳感器,從而使他們能夠借助于計算機(jī)圖像(即所謂的“化身”)直接參與屏幕上的仿真訓(xùn)練。實施仿真訓(xùn)練時,指揮官或作戰(zhàn)分隊就站在屏幕前面進(jìn)行對話式交互仿真。有關(guān)專家預(yù)言,這種系統(tǒng)的智能化程度將是相當(dāng)高的,以至于它可以根據(jù)受訓(xùn)者的行動和決策來改變自己的反應(yīng),就象仿真屏幕中的人物圖像就是訓(xùn)練者自己的“化身”一樣,它完全是根據(jù)訓(xùn)練者自己的意愿采取行動的。當(dāng)然,在這樣的仿真訓(xùn)練中,隨著參加人數(shù)的增多,系統(tǒng)解釋各自行為的難度將越來越大。3目前，各種新模擬系統(tǒng)的火力支持訓(xùn)練方法和訓(xùn)練能力已被納入所有新模擬系統(tǒng)3.1仿真訓(xùn)練設(shè)備目前,像衛(wèi)隊武器裝備全員交互仿真訓(xùn)練器和火力觀測訓(xùn)練設(shè)備這樣的系統(tǒng)全都稱得上是很不錯的訓(xùn)練裝置,它們都可以根據(jù)火力要求來訓(xùn)練前方觀察員。只要稍加改進(jìn),還可以在這些設(shè)備上訓(xùn)練其他任務(wù),如無線通信和數(shù)字式火力要求。但是,這兩種訓(xùn)練裝置卻都不能作為聯(lián)合兵種火力支援作戰(zhàn)訓(xùn)練用的激勵源,也就是說,它們不具備可以進(jìn)行火力支援訓(xùn)練的能力。為了能夠進(jìn)行火力支援訓(xùn)練,就必須在一個仿真訓(xùn)練設(shè)備中設(shè)置多個各司其職的觀察員。美陸軍第三、第四機(jī)械化步兵師和第一騎兵師采用CCTT進(jìn)行的對抗演習(xí)火力支援模擬訓(xùn)練證明,CCTT目前已經(jīng)基本具備了完成這一類訓(xùn)練任務(wù)的技術(shù)條件。3.1.1調(diào)整綜合部分用作火力支援訓(xùn)練的CCTT系統(tǒng)包括三個既彼此獨立,同時又完整地綜合在一起的組成部分,它們分別是火力支援小組車輛模擬器、野戰(zhàn)炮兵營戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)中心工作站及營火力支援小組工作站。生成一份基本任務(wù)列表大約需要在這些仿真站點熟練地進(jìn)行8個小時的仿真訓(xùn)練。3.1.2cctt執(zhí)法訓(xùn)練內(nèi)容采用CCTT進(jìn)行虛擬仿真訓(xùn)練時,受訓(xùn)者(包括駕駛員、車長、炮手、觀測員及車下步兵)在裝有顯示屏幕的戰(zhàn)斗車輛模擬器上進(jìn)行虛擬作戰(zhàn)演習(xí)。幾輛M577指揮車的實體模型分別代表目標(biāo)部隊?wèi)?zhàn)術(shù)指揮中心、迫擊炮小隊、直接支援野戰(zhàn)炮兵營射擊指揮中心以及后勤支援中心。當(dāng)需要進(jìn)行較大規(guī)模的仿真訓(xùn)練時,用最多配備27個戰(zhàn)斗車輛模擬器,并以半自動化部隊的方式控制其余特遣部隊的辦法可以將CCTT的仿真訓(xùn)練能力提升為目標(biāo)部隊級。目前已進(jìn)行過的CCTT火力支援訓(xùn)練涉及到對包括數(shù)字系統(tǒng)在內(nèi)的一整套火力支援系統(tǒng)的多梯隊模擬演習(xí)訓(xùn)練,具體試驗內(nèi)容包括計劃、演練并執(zhí)行綜合觀察計劃;進(jìn)行戰(zhàn)斗跟蹤與目標(biāo)移交;演練傳感器-射擊武器的鏈路技巧以及虛擬演示訓(xùn)練場地的地理環(huán)境等。所采納的演練級別包括目標(biāo)部隊火力支援小組、連火力支援小組以及旅火力支援小組等。CCTT的火力支援?dāng)?shù)字系統(tǒng)由高級野戰(zhàn)炮兵戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)、前方信息輸入裝置以及兩個車下用步兵模塊組成,其中,高級野戰(zhàn)炮兵戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)供直接支援營射擊指揮中心和目標(biāo)部隊火力支援小組使用;前方信息輸入裝置被安裝在M981火力支援小組車和兩個車下用步兵模塊中。在這些數(shù)字系統(tǒng)中包括起始火力支援自動化系統(tǒng)和手持式終端設(shè)備。目前使用的CCTT系統(tǒng)通常都是利用模擬器中觀測設(shè)備的導(dǎo)線將手持式終端設(shè)備與目標(biāo)部隊火力支援小組、旅火力支援小組以及直接支援營射擊指揮中心起始火力支援自動化系統(tǒng)連接在一起的。當(dāng)接收到一個火力請求后,野戰(zhàn)炮兵營的射擊指揮中心就利用CCTT的高級野戰(zhàn)炮兵戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)對其進(jìn)行處理,并以仿真的形式生成觀測人員能夠在地面上看得見的虛擬射擊。在未來的演習(xí)訓(xùn)練中,設(shè)計者們希望能夠?qū)ε渲迷谠O(shè)備外的一部辛嘎斯電臺進(jìn)行遙控操作,以便使模擬設(shè)備能夠與排級作戰(zhàn)中心和本地訓(xùn)練區(qū)內(nèi)的155mm“俠士”榴彈炮進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)。這樣一來,射擊任務(wù)的處理時間將會更盡如人意;觀測人員在訓(xùn)練目標(biāo)瞄準(zhǔn)、火力擊發(fā)以及制定觀測計劃時也會方便許多。3.1.3cctt的使用限定CCTT被應(yīng)用于制定計劃和執(zhí)行火力支援演習(xí)訓(xùn)練時需要研究解決的主要問題有二:一是將CCTT作為一種火力支援模擬訓(xùn)練設(shè)備時,它對于實戰(zhàn)的指導(dǎo)意義到底有多大,也就是說它的實用性能如何;二是用它來實施火力支援訓(xùn)練時尚存在有哪些方面的使用限定以及相應(yīng)的解決辦法或補(bǔ)救措施。在采用CCTT進(jìn)行仿真訓(xùn)練時,工程設(shè)計人員可以用“修筑”發(fā)射陣地和防坦克壕溝,以及“布設(shè)”雷場和“架設(shè)”鐵絲網(wǎng)障礙物等辦法使得機(jī)動作戰(zhàn)部隊的指揮官和火力支援人員能夠?qū)崿F(xiàn)良好的配合,從而最終“營造成”既可以有效地保護(hù)部隊,又能夠有力地打擊“敵人”的理想的“交戰(zhàn)區(qū)域”;而實戰(zhàn)中根據(jù)實際情況真正來實施這些作戰(zhàn)工事無疑要困難得多,有時甚至是不可能的。由于設(shè)計CCTT的最初目的只是想用它們來訓(xùn)練M1和M2系列車輛的近戰(zhàn)能力,而不是它們的火力支援能力,因此,將其用來進(jìn)行火力支援訓(xùn)練時必然存在許多方面的使用限定。解決這些問題的關(guān)鍵是訓(xùn)練部隊必須清楚地意識到這些限定,并著手開發(fā)和應(yīng)用相應(yīng)的技術(shù)以圓滿實現(xiàn)其訓(xùn)練目的。使用限定1:在利用CCTT進(jìn)行火力支援訓(xùn)練時首先遇到的限定是有關(guān)觀測距離的問題。CCTT模擬器的目視極限距離只有4km,這在具體應(yīng)用中是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在絕大多數(shù)情況下,可以用兩種辦法來補(bǔ)救,一是在需要進(jìn)行繼續(xù)觀測的4km范圍內(nèi)重新設(shè)置觀測人員;二是調(diào)整直接瞄準(zhǔn)射擊的交戰(zhàn)范圍。此外,還可以用調(diào)整“敵方部隊”的行軍速度和敵友雙方部隊之間距離的辦法來作一些補(bǔ)救。使用限定2:由于CCTT模擬器中沒有綜裝全球定位系統(tǒng),所以在仿真過程中,執(zhí)行跟蹤任務(wù)的指揮官和觀測人員必須利用陸地導(dǎo)航技術(shù)來確定自己的位置和進(jìn)行機(jī)動演習(xí)。使用限定3:由于CCTT只能連接一輛火力支援小組車,這在很大程度上影響了訓(xùn)練效率。補(bǔ)救的辦法是采用降級操作,即采用車下工作站的方式,但這樣一來必然會影響仿真研究的效果。使用限定4:由于辛嘎斯電臺的實體模型幾乎等同于它的真實設(shè)備,所以它們只以單通道和明文操作方式工作。操作手既不能為其裝載,也不能確立跳頻通信或斟酌與跳頻操作有關(guān)的通信問題,而且也不具備信息重發(fā)能力。當(dāng)然,就后者而言,可以用在陣地上設(shè)置一些信息轉(zhuǎn)發(fā)車的辦法來進(jìn)行補(bǔ)救。使用限定5:155mm火炮的最大射程是17km。在絕大多數(shù)情況下,這構(gòu)不成一個嚴(yán)重的限定因素,但在計劃階段卻必須考慮到這一問題。而且,火炮和彈藥箱的攜帶量也只有4發(fā)。在CCTT仿真試驗中,當(dāng)所有彈藥全部發(fā)射完后需要等30min才能獲得再次供彈。鑒于這種情況,在計劃階段就必須考慮到適當(dāng)調(diào)整滿足特定任務(wù)要求所需要的攜彈量的問題。3.2均不同訓(xùn)練方式的訓(xùn)練方式該戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練器是專門為訓(xùn)練M109A5/A6榴彈炮乘員、射擊指揮中心操作人員以及前方觀察員而設(shè)計的一整套模擬訓(xùn)練器材,其訓(xùn)練方式共3種:獨立訓(xùn)練方式(單部件單任務(wù)訓(xùn)練)、交互訓(xùn)練方式(由射擊指揮中心生成戰(zhàn)斗任務(wù),榴彈炮乘員負(fù)責(zé)執(zhí)行)、閉環(huán)訓(xùn)練方式(包括榴彈炮乘員、射擊指揮中心及前方觀察員在內(nèi)的綜合