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美军“联合仿真环境”的组成与建设发展_0

未知 2019-06-07 14:04

2019年1月,美空军曾宣布其第412电子战大队最近开始在爱德华兹空军基地建设联合仿真环境(Joint Simulation Environment,JSE)。JSE是一种可扩展、高保真、通用化的仿真环境,结合真实-虚拟-构造(Live-Virtual-Constructive,LVC)技术对第五代飞机系统在作战体系中进行测试。

JSE计划建设两个实验室,两个实验室都将采用类似的硬件和软件配置。计划在爱德华兹空军基地开工建设的JSE设施面积为7,2139平方英尺(约合6700平方米),另一个将在内华达州的内利斯空军基地建造,面积为5,0967平方英尺(约合4740平方米)。爱德华兹空军基地的设施将专注于开发测试,内利斯空军基地的设施专注于运营测试。作为建设工作的一部分,第412电子战大队还计划在这两个设施雇用100多名新员工,主要是软件工程师。新员工将在马里兰州帕塔克森特河海军航空站(Naval Air Station Patuxent River)以及美国空军模拟和分析设施(U.S. Air Force Simulation and Analysis Facility)开展内部培训,让新员工熟悉系统并参与开发。工程人员暂时在爱德华兹空军基地其它房间配置模拟器和计算机用于JSE的测试,以确保所有系统能正常运行,并在实际JSE厂房完成之前改正已发现的问题,也为软件工程师提供熟悉系统的时间。

JSE测试流程案例(JSE项目图片)

JSE的总体目标是允许测试人员和工程师同时测试多个飞机平台,为F-35和F-22开发高保真模型和模拟环境,提供全新的飞机测试方法。将LVC技术用于装备测试后,把数字化手段、地面模拟器和真实装备相结合可以模拟出传统装备方法必须用大量实装才能得到的试验效果。利用这种LVC环境的测试潜力非常大,LVC技术可以模拟全球某个密集威胁环境,可以将其仿真场景用于验证、测试和评估,也可以进行作战训练。美军将使用F-35作为试金石来帮助证明这种全新的测试方法。

一、JSE建设需求

在体系能力的形成过程中,并非单项装备的能力越高越好,关键要实现装备之间的合理配合。在体系作战大环境下,小规模的测试不足以反应出装备在实战中的作战效能。F-35的机载系统能力强大,但是也更加复杂,这也导致了对F-35的测试成本高昂,使得不是所有测试都能通过传统飞行试验完成。美军要求用高保真的仿真手段模拟出F-35的作战使用场景,开展对F-35作战效能的测试工作。

JSE测试概念图(JSE项目图片)

JSE不是F-35的专用环境,而是一个通用的测试环境。JSE需要支持大范围作战场景、可接入大量的真实装备、可模拟复杂任务、可支持极高的保真度、可完成前所未有的全面验证评估。

美军对JSE的初始作战能力(Initial Operational Capability, IOC)也提出了要求。JSE需要有战区级的仿真能力,提供对上千种的红方、蓝方和中立方装备的联合仿真能力,包括:作战飞机及其武器、舰艇及其武器、综合防空系统、地空导弹、固定目标和机动目标、士兵、具备电子战攻防功能的设备等。还需要实现模拟天气和烟雾对可见光传感器和红外传感器的影响,以及大环境中的日夜交替现象。

JSE初始作战能力(IOC)具体属性有:

——范围可扩展、装备可扩展、可组合、有边界

——将构造实体、虚拟实体、要测试的硬件以及消声室结合在一起

——安全环境

——最大限度地重复利用政府资产和设施

——政府领导关系(海军、空军、情报机构)

–政府负责集成

–主要由政府设计和建造的核心部件

–政府管理JSE的架构和接口

–保护专有信息

–足够开放,可容纳其它的系统和架构

–通过接口接入专用模型

二、JSE组成

1. 初始状态的软件部分

JSE软件架构图(JSE项目图片)

(1)下一代威胁系统(NGTS)

NGTS(Next Generation Threat System)用于在仿真系统中生成所需的威胁和友军飞机、地面部队、船舶和潜艇、相关武器、传感器和子系统。NGTS能支持测试和评估、训练和装备研发,采用可扩展的现代化软件架构,可支持用户定义的行为。NGTS由政府管理和开发,软件版本已更新到3.1版本。

JSE需要与空间情报中心(National Air and Space Intelligence Center, NASIC)和导弹与航天情报中心(Missile and Space Intelligence Center, MSIC)深度合作,确保所需的仿真模型能够集成。NGTS能提供数字构造(Constructive)的威胁和友军飞机,威胁模型包括NASIC的威胁建模分析项目(Threat Modeling Analysis Program,TMAP)中的装备型号,以及这些装备的雷达模型、武器模型、火控系统模型、光电设备模型和干扰设备模型。以及模拟MSIC的TMAP里包括的地空导弹目标指示雷达和地空导弹发射过程。

战场监视器是场景规划和执行的主要界面,提供2D / 3D显示可以监视整个战场空间的清晰画面,可显示飞行路径、雷达波束、武器射击/爆炸和实体状态,并可通过分布式交互仿真(DIS)/ 高级架构(HLA)发送外部数据。

NGTS软件界面(JSE项目图片)

NGTS包括了为各种装备创建的默认行为,也可以支持自定义模型行为。相关领域专家开发的行为规模可执行当今和未来对手的战术。默认行为方法简化了操作员的工作,并允许操作员在需要改变策略时修改现有的行为。行为既可以在动态图形中显示,也可以在战场监视器上以文本方式显示。

行为建模流程案例(JSE项目图片)

(2)体系结构管理集成环境(AMIE)

体系结构管理集成环境(Architecture Management Integration Environment, AMIE)是一个跨平台的中间介质,它提供了一组接口、知识库和工具来支持集成,可帮助解决与接口协议相关的可重用性问题。AMIE允许编写外部应用程序,并将其与许多不同的协议一起使用。AMIE可以在Windows和Linux平台上运行。

AMIE架构图(JSE项目图片)

AMIE是政府管理,采用了通用的开放式架构,用来提高整个周期中的效率。接口文件可适用于:分布式交互仿真(DIS)、海军航空模拟总体规划高级架构(HLA NASMP)、测试和训练使能体系结构(TENA)、联合综合任务模型(JIMM)、联合靶场扩展应用协议(JREAP)。

(3)仿真控制台(SCE)

图形用户界面用于启动系统,包括驾驶舱电源、投影仪、NGTS软件,工程操作员站(EOS)和控制室,并且监控整个设备的运行状态。

EOS软件界面(JSE项目图片)

EOS软件界面(JSE项目图片)

(4)记录与分析工具

JSE数据管理概念十分先进,执行任务开始记录数据,包括模拟器音频和视频,使用战场监视器进行播放。通过记录的AMIE、NGTS、友军和敌军、数字综合防空系统上的数据,生成报告或快速查询/分析数据,并能够以元数据格式存储数据以进行智能挖掘。

武器发射事件软件(JSE项目图片)

武器发射事件线分析软件(JSE项目图片)

——系统性能评估

- 验证:将系统数据与预期结果进行比较

- 评估:提供信息,以便专家做出决策

- 数据挖掘:查看多个架次,识别效果

——人员水平评估

- 教员制定的绩效衡量标准

- 分析数据,生成关注的对比结果

- 以清晰的方式显示数据,如关键发射事件、武器事件时间线、电子战效率、危险情况等

2. 硬件和设施

JSE硬件组成图(JSE项目图片)

硬件部分的设计、集成,以及某些设备的制造由政府执行,硬件环境主要包括:

——最先进的视觉系统(政府架构和集成)

–14个具有高保真效果的模拟器

–300 x 135度视场

–高分辨率,11个投影仪

–5米的穹幕

——驾驶舱(内部单位设计和制造)

–8个高保真F-35模拟器(驾驶舱“A”配置)

–6个F-35高保真和“R/B”中度保真模拟器(驾驶舱“B”配置)

–库存中的其他现有驾驶舱。

——政府实验室(19000平方英尺)

–D101(八个模拟器、机架、控制站、服务器、基础设施)

–E103(六个模拟器、控制站)

–J203(红色/蓝色简报/汇报、控制站、观察区)

–简报、汇报和事件观察室

–C104(基础设施和安全)

–C103(开发站)

–H206(低保真模拟)

“A”模拟器组成图(JSE项目图片)

“A”模拟器内部图(JSE项目图片)

“B”模拟器组成图(JSE项目图片)

“B”模拟器内部图(JSE项目图片)

三、后续发展

JSE在达到IOC之后,将进一步提升设施的网络化,并实现与空中的飞机相连,形成空军LVC架构的核心。实现支持F-35任务系统研究开发测试和评估,支持F-35作战使用测试和第4代、第5代飞机集成测试以及F-35和其他平台的协同测试需求。还要增加与下一代威胁模拟(NGTS)、架构管理集成环境(AMIE)、综合防空系统(DIADS)、武器服务通用环境(WSCE)、威胁建模分析程序(TMAP)和用于分析和生成链路仿真的可扩展体系结构(EAAGLES)的通用接口。并且能与空战环境测试和评估设施(ACETEF)的大型电波暗室合并。

美海军会要求增加额外的美国海军和海军陆战队虚拟飞机和武器,包括虚拟和构造的船舶、潜艇和武器系统,还有两栖和岸上武器系统。海军还要求扩展其他任务领域,如海军综合火控-防空(NIFC-CA)、反水面作战(ASUW)、反潜作战(ASW)、机动作战、网络战、太空战等,并且能用于当前和未来的武器系统开发和测试。

JSE后续软件发展计划(JSE项目图片)

四、结论

美军的装备测试已经开始重视其在作战体系中的作用,并不是只关心新装备的单项能力,达成“1+12”的整体效果,使整个体系最优化。

JSE是一个人在环、装备在环的仿真系统,可以在LVC技术提供的真实战场环境中开展装备的测试工作。JSE具有开放式架构,可定制化,方便扩展的特点。JSE的开发工作非常具有计划性,充分利用现有资产和条件,可以将海军和空军已有设施、模型、成果、方法和工具集成使用,可满足新装备开发、作战测试和互操作性测试,能提高体系环境下的经济性和测试效率。

JSE将有可能成为未来美军平台测试和开发的一个关键设施,并且在短时间内发挥出JSE对体系能力的贡献。

(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

运营:李沅栩

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