美軍主要仿真系統及其對現代戰爭的影響

黃其旺，朱 旭

(軍事科學院評估論證研究中心，北京 100091)

1 引言

21世紀以來，隨著科學技術的飛速發展以及新型高科技在現代化武器裝備體系中的應用，現代戰爭也隨之進入了信息化時代，近年來伴隨人工智能、機器學習以及大數據等智能化技術的迅猛發展，現代戰爭將要邁入智能化的時代[1]。信息化戰爭或者智能化戰爭的實質是對抗雙方或者多方作戰體系之間的對抗，仿真推演系統可以綜合多種武器裝備體系和各種戰術運用，是一種適合復雜戰場環境下武器裝備體系對抗的經濟而有效的技術手段，具有其它技術無法替代的重要作用[2]。對戰爭的模擬歷來是人們研究戰爭的重要手段與方法。從戰爭模擬發展歷史來看，從手工兵棋到計算機模擬，對戰爭進行模擬推演的腳步從來沒有停滯過[3]。

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。美軍一直將仿真推演系統列為建模與仿真技術研究與應用的重點，其在仿真推演系統研究過程中所產生的標準已成為世界各國開發作戰仿真系統的藍本和基礎[4]。目前，美國已將仿真推演系統作為作戰研究、軍事訓練、新型武器系統采辦和推動軍事革命的首選工具，這也是美軍始終保持軍事強國地位的重要因素之一。同時，其在作戰問題研究、新一代武器系統的研制和軍事訓練演習過程中不斷完善仿真推演方法，改進仿真推演手段，以提高研究、研制和訓練演習的綜合效益。軍用仿真技術在新型作戰概念和作戰樣式創新、驗證，武器系統戰技指標論證、方案選擇、研制、試驗、鑒定，以及部隊維護保養和訓練演習中的應用，已得到研制方和使用部隊的承認和重視。仿真推演系統對加快作戰概念更新周期，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具有非常重要的作用。

2 仿真推演技術發展歷程

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[5]。仿真技術是一門利用計算機并通過建立模型進行科學實驗的技術。它具有經濟、可靠、實用、安全、靈活、可多次重復使用的優點，已成為對系統進行分析、設計、試驗和評估的有效方法。軍事仿真是指所有應用于軍事目的的仿真，它可以有多種仿真類型，可以采用多種仿真技術，可以應用于多種軍事場所，可以實現多種軍事目的，可以采取多種評估方法。仿真技術在軍事領域的廣泛應用，具有十分廣闊的發展前景。軍事仿真包括武器技術仿真、武器系統仿真以及作戰仿真等，已經在軍隊訓練、武器裝備研制、作戰指揮和規劃計劃等方面發揮重要作用，成為國防領域的一項關鍵技術[6]。隨著計算機技術和信息技術的發展，軍事建模與仿真備受各國軍方的重視，美國已把建模與仿真看作是“兵力和經費的倍增器”，是“五角大樓處理事務的核心方法中的一種戰略性技術”，經過幾十年的持續投入，在建模與仿真領域處于世界領先水平，基本上代表了該領域的發展方向[7]。軍事建模與仿真技術的發展主要經歷了以下三個時期。

2.1 傳統建模理論為代表的分析模型

傳統的建模理論方法一般將作戰中的武器裝備及其系統性能按照一定的算法進行參數化處理，最后得到可比較的數值用于表示武器裝備效能，然后用概率論的相關理論對武器裝備體系在戰爭中的作戰效能進行分析和預測。傳統的建模理論方法的優點是可操作性強，方便實用，缺點是參數轉化、概率生成的標準難以確定、隨意性較大，無法體現協作、合同的效能。

2.2 分布式交互技術為代表的多層次聯邦模型

美軍在二十世紀八、九十年代構建了類型眾多的仿真模型，這些模型可分為工程級、系統級、戰術級、戰役級以及戰略級等不同層次，在建立之初這些模型不能相互交互，但是隨著軍事需求和技術的不斷發展，單個武器系統的仿真已遠遠不能滿足美軍武器裝備體系發展和部隊作戰、訓練的需要。1996年8月，美國國防部正式頒布了針對建模仿真領域的通用技術框架—高層體系結構HLA(High Level Architecture)，基于HLA的分布式仿真體系能夠通過創建一個仿真聯邦，將各個仿真成員自由地加入作戰仿真聯邦中，應用RTI進行各個仿真成員之間的對抗和信息交互。

2.3 C4ISR建模為核心的集成建模與仿真技術

高新技術的發展對作戰理論、軍事裝備和作戰方法等方面帶來了巨大的影響。在新的作戰理論方面，出現了“由海向陸”、“非對稱作戰”、“網絡中心戰”、“火力圈外打擊”、“空海一體戰”、“分布式打擊”、“蜂群作戰”、“多域戰”等一系列新的概念。這些新的作戰概念對軍用建模與仿真領域產生了重大而深遠的影響。

美國海軍負責的NSS是“以C4ISR為核心建?！钡姆抡嫦到y，能夠有效的評價C4ISR系統對武器裝備作戰效能以及戰局的影響。蘭德公司開發的SEAS(System Effectiveness Analysis Simulation)同樣是“以C4ISR為核心”的仿真系統，該系統在仿真結構上采用了集中服務式的仿真體系結構，并通過閉環蒙特卡洛隨機仿真來統計分析網絡信息技術對作戰效能的影響?！耙孕畔⑾到y為核心建?！币殉蔀閷狗抡嫦到y的主要特征。大數據、云計算以及人工智能相關技術在仿真系統中的應用越來越廣泛，逐步形成了“建模仿真即服務”(MSaaS)的概念。

圖1 美軍建模仿真發展路線圖

3 美軍典型仿真推演系統

3.1 兵力結構效能仿真系統(4ACES)

4ACES(Force Architecture Capabilities Effectiveness Simulation)最初是由Mertron公司為美海軍專門設計開發的建模仿真分析系統，由NSS(Naval Simulation System，海軍仿真系統)發展而來，主要是對?？兆鲬疬M行仿真分析[8]。

4ACES能夠較好地實現對C4ISR實體功能及其組織管理關系的建模，支持對從維護和平與人道主義援助、小規模地區沖突到戰區作戰行動的模擬仿真。系統可根據具體需求靈活設置紅、藍、綠等多個作戰方，具備對典型的空、天、海上作戰行動的仿真能力，系統具有對武器裝備、通信設備、傳感器、信息融合以及后勤等進行多分辨率建模的能力，可以根據研究問題的使用需求選擇合適的模型分辨率，增強了仿真結果的可信性以及系統運用的靈活性。

3.2 擴展防空仿真系統(EADSIM)

EADSIM(Extended Air Defense Simulation)是一個主要用于防空作戰分析的仿真系統，同時能在一定程度上支持作戰指揮訓練以及作戰規劃。EADSIM支持的作戰領域包括空戰、導彈戰、空間戰等，系統建模粒度可細化到武器平臺層次，如單枚導彈、單架戰機等，同時能夠對平臺上的C4ISR設備進行詳細建模[9]。

EADSIM采用結構化仿真和事件驅動/時間步進機制，建立了防空C3I系統指揮作戰過程所涉及的一系列模型，包括防空作戰、空戰模型、通信模型、電子戰模型和地形模型等。EADSIM主要應用于分析評估防空C3I系統的作戰效能及各種指揮控制功能，適用于作戰力量分析、作戰方案和系統運行過程的研究。

3.3 戰區聯合作戰模擬系統(JTLS)

JTLS(Joint Theater Level Simulation)是一套由計算機仿真陸、海、空、天、電等作戰環境，支持紅、藍對抗模擬的軍事訓練系統。這套系統是美軍、北約及其它東亞十三個盟國現行使用的聯合作戰計算機兵棋系統，它最多可以模擬十國間戰區領導階層的聯合作戰。JTLS的原本設計是一套兵力、戰場分析工具，用來進行聯合及混合作戰計劃的模擬，但也經常當成訓練各軍種指揮官的作戰演習訓練系統使用。

JTLS擁有與美軍若干實際C4ISR系統的接口，因此在訓練與演習過程中，可以實現仿真系統與實際系統的聯合[10]。在每年一次的美日“尖刃”聯合軍事演習和美泰“金色眼鏡蛇”聯合軍事演習中，JTLS均發揮著積極作用[11]。臺軍也利用該系統舉行了多次“漢光兵棋推演”，提高部隊的聯合作戰能力[12]。

3.4 美軍聯合作戰仿真系統(JWARS)

JWARS是一個戰役級的軍事仿真系統，由美國國防部長辦公室主持簽約開發。它的用戶包括美國國防部長辦公室、聯合參謀部、后勤部和美軍作戰司令部。JWARS能為以上用戶提供聯合作戰仿真，包括作戰計劃與實施、兵力評估研究、系統采辦分析及概念與條令開發。在JWARS中，以戰場空間實體(Battle Space Entity，BSE)作為模型來描述作戰部隊和戰場環境，戰場環境的實體主要包括指揮所、機場、港口等[13]。作戰部隊實體的建模粒度，海軍描述到單艘艦船、陸軍描述到營一級、空軍描述到飛行編隊一級、情報偵察、探測感知和毀傷評估描述到單個平臺一級。

3.5 半自動兵力仿真系統(OneSAF)

OneSAF(One Semi-Automated Forces)是一個可重組、新一代的計算機生成兵力(CGF)系統[13]。該系統可對單兵、單作戰平臺到營層次的作戰行動、系統與控制過程進行仿真，對選定兵力單元作戰行為建模至營層次、對指揮實體建模到旅層次。系統具有可變的仿真等級，以支持不同領域的模型與仿真。它能夠精確、有效地描述部隊的作戰、勤務保障行動過程和指揮、控制、通信、計算機與情報流程，同時，也能較好地表現物理環境及其對仿真行為和活動的影響。

3.6 現代空海作戰兵棋推演系統(CMANO)

CMANO(Command Modern Air/Naval Opreations)是2003年美軍提出反拒止“空海一體戰”的背景下，由原“魚叉”(Harpoon)研發團隊的人員設計實現的新一代作戰推演系統[13]。重點聚焦各型武器裝備平臺、地海面、空中力量等不同作戰單元之間的協同配合，完成多國、多方之間對戰的推演仿真。CMANO分為軍用版本和民用版本(游戲)，民用版本可以在網上自由購買，基本是市面上能買到最專業的軍事推演軟件。

3.7 體系效能分析仿真系統(SEAS)

SEAS(System Effectiveness Analysis Simulation)是美國空軍研發的一款基于Agent的復雜作戰體系仿真建模工具。該仿真推演軟件面向聯合作戰條件下的體系對抗，將作戰實體抽象為Agent對象，從作戰兵力、作戰單元、作戰平臺、探測設備、武器系統、通訊設備、作戰實體自主決策行為以及影響作戰實體的環境等多方面對信息化作戰條件下的作戰實體進行抽象，從決策行為開發、探測設備定義、武器系統定義、通訊設備定義、作戰平臺組合、作戰單元組合和作戰兵力規劃、作戰環境特征定義等方面支持裝備體系的定義，并通過仿真運行支持裝備體系的對抗仿真。SEAS代表了最新的分析仿真技術(或構造仿真技術)，提供了強有力的基于Agent的建模仿真環境，在模型框架中特別強調了空間和C4ISR系統的影響和作用，支持不同規模的聯合作戰想定分析，可以進行不同體系架構和作戰行動的建模和仿真。

SEAS在模型框架中特別強調了空間和C4ISR系統的影響和作用，能夠為系統工程師、軍事行動研究人員和采辦決策者提供了一個靈活的、快速探索新型作戰能力的工具。SEAS代表了最新的分析仿真技術(或構造仿真技術)，提供了強有力的基于Agent的建模仿真環境，支持小規模到大規模的聯合作戰想定分析，可以進行不同體系設計、體系架構和作戰行動概念(Concepts of Operation，CONOPs)探索和量化分析。

4 仿真推演對現代戰爭的影響分析

作戰仿真依據用途大致分為三類：一類是分析類仿真，主要用于作戰分析、戰法研究等，通過仿真分析比較決策或方案在各種條件下的可能性，以得出較為可行的、比較優化的結果，比如作戰方案的分析、推演和優化。典型案例有美國蘭德公司“恐怖的海峽：臺海危機的軍事問題與美國的政策選擇”。第二類是訓練類仿真，主要用于各級指揮員、參謀人員及戰斗人員的訓練，通過營造一個逼真的戰場環境來訓練這些作戰的參與者適應作戰環境，體驗戰爭的具體決策、指揮、作戰或行動。典型案例有“美軍千年挑戰2000”系列演習。第三類是采辦類仿真，主要用于武器發展戰略規劃論證以及武器裝備概念或型號研制論證，通過仿真分析為武器裝備的研制、采辦、發展、運用和改進提供依據[14]。根據以上仿真推演的分類，其對現代戰爭的影響主要體現以下在三個方面。

4.1 促進作戰概念、作戰理論和作戰樣式的創新發展

針對具體的作戰問題，識別需要分析的影響因子，設計相應的實驗方案，利用仿真推演系統進行計算實驗，通過觀察和分析受控變量與觀測結果的因果聯系或關系，識別、開發、評估、提出新的作戰概念和任務能力及條令、組織、訓練、物資、領導、人員、設施的變革需求，依據對作戰帶來的影響和效果，為轉型、改革、發展提供決策支持，盡快將新的理念、技術、能力形成部隊實戰能力，是仿真推演系統的重要發展趨勢和應對未來挑戰的重要手段。美軍以往重要的作戰和非戰爭軍事行動都必須在事前經過大量的計算機仿真評估和優化迭代，以減少因作戰方案和行動計劃不當帶來的損失，近年來的多場局部戰爭，包括伊拉克戰爭、阿富汗戰爭、南聯盟戰爭等，都在戰前進行了大量仿真推演和評估，有效地減少了作戰傷亡，加速了作戰勝利的進程?！坝珊Ｏ蜿憽薄胺菍ΨQ作戰”“網絡中心戰”“火力圈外打擊”“空海一體戰”“分布式打擊”“蜂群作戰”“多域戰”等一系列新的作戰概念的出現和逐步走向成熟都與推演仿真系統息息相關。

4.2 提升各級指揮員和戰斗人員的指揮和作戰能力

仿真推演系統可以在裝備訓練、業務訓練和指揮訓練三方面發揮訓練作用，受訓人員在虛擬環境中完成作戰指揮、作戰行動和裝備操作，模擬訓練在指揮、戰術和單兵技能等方面都是不可或缺的重要的組成部分?，F在以仿真推演系統為基礎的模擬訓練，正在向一體化的、聯合作戰的方向發展演進，通過“沉浸式”的模擬訓練提升實際作戰能力、應變能力以及快速決策的能力等。

4.3 優化新型武器裝備的發展模式和運用方式

從美國國防部制定裝備的發展戰略、規劃計劃、采購部署到維修退役，美軍大力推行基于仿真的采辦，將仿真應用到裝備建設的全生命周期。仿真推演系統通過支持裝備體系的對抗仿真，進而可以通過作戰結果分析不同裝備體系在探測能力、通訊能力、毀傷能力以及指揮決策能力上的差別，為武器裝備體系的發展和決策提供相對意義上的定量分析支持。仿真推演系統可以支持裝備從發展規劃、設計定型、研制生產到部署使用、維修保障的整個生命周期，通過仿真提高全生命周期的工作效率。

5 結論與啟示

美軍一直將仿真推演系統列為建模與仿真技術研究與應用的重點，其在仿真推演系統研究過程中所產生的標準已成為世界各國開發作戰仿真系統的藍本和基礎。目前，美國已將仿真推演系統作為作戰研究、軍事訓練、新型武器系統采辦和推動軍事革命的首選工具，這也是美軍始終保持軍事強國地位的重要因素之一[15]。我國是世界軍事強國之一，經濟總量也已經位居世界第二，經過多年的努力，在建模仿真技術和仿真推演系統的開發方面取得了很大的進步，但相較于美國還存在一些差距，主要存在煙囪式發展、平臺建設不成體系、缺乏自主創新和廣泛的應用等問題，針對這些問題可以從以下幾個方面進行改進。

5.1 深化體系工程理論方法

體系工程是在系統工程的基礎上發展而來的，是對系統工程的延伸和拓展。體系工程是對一個由現有或新開發系統組成的混合系統的能力進行設計、規劃、開發、組織和集成的過程，這個過程比簡單的對成員系統進行能力疊加要復雜的多，它強調通過發展和實現某種標準來推動成員系統間的互操作。建立體系工程過程是保證大型復雜系統建設的關鍵活動，在構建仿真推演系統上需要確定一組以時間為序的舉措和活動，用以提高仿真推演系統各個組分之間的互操作能力，并降低開發過程中相關的技術和成本風險，同時改進開發期間各部門之間的交流與協作。因此，在仿真推演系統的總體規劃和具體開發實現過程中都要引入體系工程的理論方法，避免煙囪式發展。

5.2 探索新型仿真推演模型體系

現有的仿真推演系統體系結構和模型規范都是學習美軍的經驗而來，缺乏自主創新和我軍特色，為了適應我軍作戰和訓練特點，需要加緊探索設計新型仿真推演模型體系，為打贏信息化和智能化戰爭添磚加瓦。因此，對于模型體系的研究要繼續深入，特別是新技術標準體系下的系統體系結構和模型規范設計要一直持續下去。

5.3 注重仿真推演系統的應用

仿真推演系統的設計開發的重要性毋庸置疑，但是如果只開發不使用也無法發揮其重要作用，因此，在設計和開發的基礎上要注重系統的應用培訓，避免設計開發出來的系統只有開發人員能夠使用。為了實現這一目標，一是要在設計開發的過程中充分與實際用戶進行溝通交流，找準需求。二是要形成良好的培訓機制，在開發設計的全過程要充分考慮針對不同用戶的培訓內容和方式方法。