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装甲兵作战模拟机训练装备综述  

2007-04-26 10:53:57|  分类: 装备科技F |  标签: |举报 |字号 订阅

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训练是军队在和平时期的重要军事活动,也是作战部队保持高度战备能力和应付突发事件能力的主要手段。随着科学技术的发展,世界装甲装备的性能日益提高。比如我军装备的新型坦克已经采用稳像式火控系统,带有自动装弹机、激光测距仪、热成像瞄准镜,双向独立稳定车长周视镜,具有目标自动跟踪和实施炮射导弹射击等功能。车长不仅可以进行超越调炮、向炮长指示目标,而且可以直接进行射击。这种坦克无论在白天还是黑夜,在停止间还是在行进间,在雨雪、浓雾、烟尘的战场条件下还是在相当远的距离上,都可在几秒钟时间内准确地击毁对方的目标。但是,随之而来的问题是武器装备的造价更加昂贵,结构更复杂,这就对使用人员的素质提出了更高的要求。高性能的装备自身并不能够确保高水平的战斗效能,这种效能的取得只有通过对战斗人员的良好训练才能实现。

装甲兵作战模拟训练

是一种必然趋势

现实的情况是,新装备配发部队后,首当其冲的是要对乘员进行培训。可是装甲车辆内部空间狭小,在实装上进行培训很受限制。如何使乘员学习火控系统的使用操作、校准调整和射击要领,又如何了解受训人员是否已经掌握了该火控系统?在部队接装时并没有配套的相关培训设备。另外,乘员在实车上进行射击操作和协同作战训练时,必须启动炮控系统操纵炮塔旋转和火炮俯仰,这对装备消耗过大。要知道,一个炮手要在射击中获得良好以上成绩,每年必须操作40—50小时以上,而炮控系统大修期仅250小时;再者,炮控系统工作时耗电大,操作时必须发动坦克(1个摩托小时的成本超过2000元),或者使用外部电源,给使用带来不便;最后,坦克实施射击前要用激光测距仪测距,测距仪有盲区,目标必须设在200米以外,部队往往受驻地场地的限制而无法组训。

综观以上种种不利条件,人们意识到:传统的训练以实车为主,将不可避免地使装备的损坏率上升,缩短了装备的使用寿命,增加了训练费用;同时,装备训练往往还受到时间、空间、政治、安全、气候等诸多因素的影响和制约。此种情况下,装甲兵终于将目光投向了模拟训练,发展到今天,几乎做到了有何种装备,就有何种模拟训练器材。训练模拟器材的应用不仅获得了良好的训练效果,更节省了大量训练经费。实践证明,模拟训练将成为和平时期装甲兵训练的重要手段,模拟训练必将是未来装甲兵训练发展的主要方向。

早在第二次世界大战结束后不久,一些发达国家就已经认识到将模拟器应用于装甲部队训练的重要性。但由于技术方面的限制,早期的模拟器大都为机械式,目的也只停留在训练乘员的操作技能。20世纪70年代,随着光电、激光、电视摄像等技术的出现,装甲兵训练模拟也向前迈进了一大步,开始具备进行射击训练的能力。80年代中期以来,计算机技术的高速发展使军事训练模拟产生了质的飞跃。计算机成像技术,数字式视频信号传输技术和计算机网络技术等在装甲兵训练模拟器材中的广泛应用,不但使模拟环境变得更加逼真,而且进一步拓宽了装甲兵的训练内容。90年代,计算机网络技术的不断成熟和发展为装甲兵的训练开拓了广阔的前景,模拟设备已从早期功能较单一的单车驾驶、射击训练模拟器,发展到战术对抗和诸兵种联合作战训练模拟器。“分布式交互模拟”和“高层次结构”更使装甲兵训练模拟摆脱了空间上的桎梏,并把训练同武器装备的研制生产、维修、后勤保障紧密地结合在一起。

几种装甲兵作战模拟训练装备

国外装甲兵目前使用和正在研制中的训练模拟设备大都以计算机技术为基础,种类繁多。其中美、英、法、德、俄等国家的设备较具代表性,大致可分为射击训练模拟器、驾驶训练模拟器、战术和激光对抗训练模拟器、维修训练模拟器和装甲装备模拟训练网络等几大类。

分队战术训练模拟系统

分队战术训练模拟系统用于对装甲装备乘员进行高级训练,是一种初步的网络化装甲兵训练模拟设备。该系统由多台单车模拟器组成,可以实施坦克连(排)射击和战术指挥训练:训练分队指挥员在战斗中灵活地组织火力、适时地实施火力机动,训练乘员在战斗中准确熟练地执行各种射击口令、密切地进行协同动作,可以培养指挥员战术指挥以及组织进攻和防御战斗的能力。现在西方主要军事国家的装甲兵都装备有这种模拟器。例如,美国陆军装备的PT—2000排级战术模拟器主要用于坦克排的战术训练,训练排级指挥员的指挥与控制、目标选择与火力分配、协调坦克排机动的能力,以及战术、后勤保障和通信等方面的能力。该模拟系统包括40个不同的进攻或防御的战术想定。

激光对抗训练模拟系统

在坦克上安装激光射击装置进行射击训练,尤其是进行坦克单车或分队间的射击对抗,在国外早已广泛应用。例如,美国陆军早在90年代初就采购了约2000套这种系统,德国、法国和英国也相继研制出各自的激光射击装置。

激光对抗训练模拟器是一种车载式射击模拟器。在坦克上安装激光射击装置进行对抗训练具有如下优点:首先,每辆坦克不仅可以攻击对方,而且可能受到对方的攻击,因而能提高参训人员的战场意识,使其积极性得到充分调动。其次,由于演练时与真实坦克交战,目标的外形和反应相近于实战,使得射击训练上升为接近实战的综合技能训练,能立即看出战术原则运用得是否正确、射击是否准确,因而能较快地提高演习人员的战术、技术素质。第三,由于在武器系统上进行训练,因此可以充分利用坦克上的控制设备,获得与实战相符的心理与生理上的适应性。第四,因为不用实弹,因此训练成本低,场地受限制小,有利于组织训练和演习。最后,便于指挥人员评定训练成绩,甚至演习人员自己也可以鉴别成绩的优劣。

激光射击模拟装置以光代炮对静止和运动目标进行模拟射击,在400—2400米范围内命中区基本上不变,约为2×3米:能够模拟火炮发射时产生的闪光、音响和硝烟;能够在炮长和车长目镜中显示每次射击的结果,车辆被击中后可以用烟幕罐、闪光灯等进行显示。

各国研制的激光射击模拟装置形形色色,但组成和功能基本相同:

激光发射器 安装在靠近火炮防盾上方。当炮长射击时,激光器发出一束激光(实际是一串旋转的扫描激光脉冲)。

闪光发生器 安装在炮塔顶部前端。可以容放24个闪光药筒,一次发射引爆一个药筒。爆炸产生的声响、闪光和硝烟,与火炮发射时十分相象。

探测器 安装在车体的4个方向上。每个探测器的探测角度为95°,4个探测器可以探测出360°内任何一个方向射来的激光束。

被击中指示装置 本车被对方发射的激光“击中”时,探测器接收到激光信号,通过控制装置使装在炮塔上的一

个烟幕罐点燃、放出黄褐色浓烟。如果在夜间,则使装在炮塔顶上的一个橙色指示灯点亮并不断旋转。

目镜显示装置 安装在炮长及车长瞄准具的目镜部位,用以显示射击效果。

收发信机 安装在炮塔顶部,为2个交战坦克的模拟装置传递信息。

控制装置 安装在炮塔内部,包括弹药储量设置和显示,受击灯和被击中灯等。控制装置内部有一个控制继电器,当本坦克被“击中”时,该继电器使各系统失去工作效能。

由于训练模拟系统与坦克本身同步研制是一种明智的选择,从而形成了“嵌入”式模拟训练装置。例如,每辆法国“勒克莱尔”主战坦克的武器系统中都可安装一种激光战术作战模拟器,利用坦克上随车计算机的能力支持它的工作。美国则计划在下一代坦克研制方案中也“嵌入”包括激光战术作战模拟器在内的模拟训练装置。

虚拟战场分布,交互式模拟训练网络

海湾战争的经验表明,未来战争将是诸兵种合成作战的战场,装甲兵将不再作为单一的兵种使用,而是要和步兵、炮兵、防化兵、陆军航空兵、工程兵、通信兵等诸多兵种合成作战。这种合成作战环境对装甲兵训练提出了更高的要求。装甲兵训练模拟设备应该为乘员创造一种虚拟的合成作战环境,在有战术背景的条件下,训练乘员如何操纵车辆、提高射击精度以及与其他兵种密切配合作战。

1983年,美国“防务先进研究项目机构”拟订了“模拟网络”(SIMNET)计划,与美国陆军合作探索一种能将各个单一模拟器连接成网的技术。该计划的宗旨是开发一个大规模的交互战斗模拟训练网络,用以对坦克乘员及排、连、营指挥员进行战术训练。该项计划非常成功,美国共生产了300多台网络模拟器,自1995年美国陆军已将SIMNET模拟器装备其装甲师。目前美军的M1坦克和M2步兵战车等装甲兵主战装备均已使用该模拟器进行训练。应用于装甲兵训练的SIMNET模拟器采用了组件式的结构,既可独立使用,也可与其他模拟器联网。每台SIMNET战车模拟器配有计算机成像系统、地理数据库以及光学、音响和各种控制仪表等。

美国陆军根据SIMNET模拟器的成功经验,又进一步研制出“分布式交互模拟系统”(DIS)。该系统能营造一种虚拟环境,在这种虚拟环境内,人们通过对各个不同分系统模拟器、模拟技术进行系统化连接而实现相互配合。这种将仿真和网络综合在一起的技术,创造出了逼真的作战环境。分布式模拟系统的各分系统模拟器可以位于本地或远程的多个地点,通过标准通讯网络连接在一起。

所谓“分布式交互模拟”,“分布式”是指的是各个模拟系统分布在不同地域,通过计算机网络(局域网或广域网)互相连接以创造共享的合成环境;“交互”是指建立统一的标准、协议、通用结构和“无缝”的通讯支持,把重点放在“人在回路”和“嵌入式”训练上;“模拟”分为真实模拟、结构模拟和虚拟模拟三大类,其中,真实模拟通过真实的装备和士兵进行的野战训练完成;结构模拟包括有人参与或无人参与的作战演练,典型的结构模拟中有部队、部队的训练过程和训练结果的综合软件展示等;虚拟模拟则是把载人模拟器置于虚拟现实环境之中,或使其与其他载人模拟器相连。

“分布式交互模拟”为评估和提高士兵和部队的作战效能提供了舞台,虽然不能取代所有的实装训练,但却能在虚拟环境内进行各种机动训练;它所构建的逼真合成战场,能够帮助军事筹划者、指挥官及部队更好地理解他们未来要执行的作战任务,使每个作战人员能更清楚、形象地了解对他们的要求。“分布式交互模拟”已成为美国建设“21世纪陆军”的关键技术;欧洲对此也十分重视,已由“欧洲模拟互操作性工作组”研制成功了欧洲的“分布式交互模拟”系统,应用于英、法、德等国家的模拟训练。

我国的装甲兵

作战模拟训练装备

我国相对于欧美国家来说,装甲兵作战模拟训练研究起步比较晚,当前比较成熟的装甲兵模拟训练设备是在乘员射击训练模拟领域。主要有:

射击操作训练模拟器

这类射击模拟器主要用于提高乘员操纵火炮实施射击的技能。它对实车射击操作涉及的火控部件及观瞄装置进行半实物仿真,配以计算机、视景系统、音响系统和教员控制台等设备。乘员通过监视器观察由计算机提供的三维彩色视景和目标,按照火控系统各种射击方式的操作要领进行练习;训练结束后根据对火控系统的操作情况、对目标的捕捉时间以及瞄准的精确度等来评定训练成绩,可以打印射击结果和成绩、回放操作过程。乘员射击时,可在视场内观察到炮口闪光,弹道和弹着点。教员在其控制台上设置训练科目,包括不同的地形、目标的距离和运动速度、射击方式等。模拟器带有的音响设备,可模拟火控系统的工作噪声、坦克行进的履带声、枪炮射击声、爆炸声和射击口令等。由装甲兵工程学院研制的“AL—ZARRAR坦克火控系统射击模拟器”,是这种射击模拟器的典型产品。

坦克单车射击训练模拟器

坦克单车射击训练模拟器旨在训练坦克车长、炮长、驾驶员等乘员之间的协同,其中以车/炮长操纵火控系统射击为训练重点。该模拟器用来对乘员进行装备使用培训,以提高乘员射击技能,培养乘员间协调一致的战斗动作(包括车长通过电台与上级联系、乘员间通话,车长下达口令、乘员执行口令,搜索和指示目标等),按“坦克射击教范”中的要求进行模拟训练,以提高实车实弹射击时的反应能力,在一定的进攻和防御战斗战术背景下,开展与多个敌目标连续作战的综合训练。单车射击训练模拟器由3人操作:驾驶员,通过驾驶模拟器按车长和炮手的要求前进、倒退、短停、转向和加减速;炮长,通过操纵台按不同火控系统的射击操作要领瞄准射击;车长,负责与上级指挥员通信联络、搜索目标,并将捕获到的目标指示给炮手或进行超越射击。

这类模拟器能对实车的所有火控部件、观瞄装置和车内环境进行半实物仿真。它通常配有乘员间的通信系统,具有实车火控系统的全部功能。乘员在模拟器内的感觉与进入实车接近;火控系统的接通、使用操作、关闭,无论是操作顺序还是系统的反应均与实车相同。这种模拟器除进行射击训练外,还可以代替实车进行火控系统接通、校准、参数设置和自检操作等教学和训练,并可对乘员操作的正确性和熟练程度进行考核。

装甲兵工程学院研制的“阿尔·扎利德坦克火控系统乘员动态模拟训练器”就是这种射击模拟器的典型产品。该模拟器模拟炮塔按1:1焊接式炮塔设计,炮塔内有实车的操作环境,模拟炮塔固定在三自由度液压振动平台上,振幅、频率、俯仰及倾斜角等参数均可调,乘

员实施行进间射击的感觉与实车基本相同。

对抗射击模拟训练系统

上述射击训练模拟器的功能属于“单方射击”,通常是与计算机生成的目标作战,参训者只考虑消灭敌人,不考虑保存自己,缺乏战场意识。而“坦克对抗射击模拟训练系统”由2台单车模拟器组成,可以实施坦克间对抗射击训练,实施“一对一格斗”。用来训练乘员在战斗中如何搜索、发现和指示目标,如何利用地形、地物和战术动作,如何按目标性质、距离等战场情况选择弹药、确定射击方式。使射击训练内容由“打靶”上升到接近实战的综合技能训练。

该对抗系统可在指挥员指挥平台上显示作战地域的地图。双方参战的坦克和计算机生成的兵力,用一定图形标识在地图上。双方坦克运动时,代表坦克的图形在地图上运动,双方射击、被击毁等态势也能在地图上用动画表示。指挥员的指挥平台、各真实武器平台和计算机生成的虚拟武器平台连成局域网。每辆坦克三名乘员从炮手瞄准镜、车长镜和驾驶镜观察的视景、与该车在地图上的位置相应。系统的训练菜单/内容选择/过程控制/战果统计/成绩打印等都可在指挥台上控制和显示。装甲兵工程学院研制的“战车火控新技术战斗性能试验平台”就具有这种功能。

我国也对“分布式交互模拟”技术开展了成功研究,但由于资金和技术实力的差距,尚未能达到推广应用的程度。例如我军装甲兵工程学院研制的“战车火控新技术战斗性能试验平台”就采用了虚拟战场交互仿真技术,通过“局域网络”对10个节点进行连网,已经实现了2辆坦克6名乘员在统一的虚拟战场上进行对抗的功能。

装甲兵作战模拟训练装备的发展趋势

在过去的十几年里,模拟训练已经成为许多国家军队训练不可缺少的部分,对模拟训练的投资不断增加,模拟训练系统不断发展。在未来,装甲兵训练模拟器的发展将有如下主要特点:

将训练模拟器列为正式装备

目前,北约各国都将模拟训练器材列入部队的正式装备,并强调,凡是列装的武器装备都应配备相应的模拟器,模拟训练器材要与新武器装备同步到达部队。西方国家的主战坦克及步兵战车等现有装备,都配备了不同用途、不同层次的模拟训练器材;大多数军事院校已经建立了很完善的模拟训练基地。模拟训练器材在军事训练过程发挥了重大作用,产生了很好的军事、经济效益,使军队训练水平得到了很大提高。我军也开始重视模拟训练器材的作用,在研制新装备时同时安排了配套的模拟训练设备研制。

不断提高模拟器的技术水平

发达国家的军队非常重视将最新技术成果应用于模拟训练领域,从而促进训练模拟器向更逼真、功能更齐全、训练效果更好的方向发展。这些年来,我国模拟训练设备的技术水平不断提高,装甲装备射击模拟训练设备已达到世界先进水平。

采用新一代计算机网络技术

计算机网络技术的快速发展为装甲兵训练模拟设备带来新的机遇。基于SIMNET模拟训练网络的成功经验,随着“分布式交互模拟技术”的逐渐成熟,美国国防部防务建模与模拟办公室近年来又研制出新一代功能更强的建模与模拟网络——“高层次机构”(HLA)。“高层次机构”对称为“联邦”的各模拟系统的互操作性做出了一整套规定。与“分布式交互模拟”不同的是,“高层次机构”中的“联邦”可以有选择地接收网上发布的信息,这就使“高层次机构”可以容纳更多的网络结点、应用于更庞大的系统,并且可以简化软件设计。我国的一些单位已开展了基于“高层次机构”的应用研究,并在一些仿真系统中获得应用。

将训练系统嵌入到武器装备中

近些年来,世界上一些发达国家的军队逐渐把配套的训练系统“嵌入”到装甲武器装备的设计中,使训练系统成为武器功能系统的组成部分,二者同时配发部队,及时提供训练保障。嵌入式训练可以充分利用坦克设备,训练时有逼真的人机界面,有利于乘员采用实车在驻地进行训练;训练环境和效果接近实际装备,便于根据需求更新训练数据库;在提高战术、技术水平的同时,获得与类似实战的心理与生理适应性。以美军“T—FIST坦克全乘员交互式训练模拟器”为例,由于模拟器采用了嵌入式设计,电气、机械接口与坦克相契合,整个系统可在45~60分钟内安装到实车上,而无需专用工具。我军装甲兵也已开始为新装备的射击训练进行嵌入式设计。

交互仿真技术用于作战效能评估

美国等技术先进国家对武器系统进行技术改进,通常先在实验室利用虚拟战场技术对“虚拟样机”进行交互仿真试验、确定其技术性能和军事价值,以提高装备论证效率和质量、节省论证经费。我国近年来也开展了该领域的应用研究。

如装甲兵工程学院的“战车火控新技术战斗性能试验平台”,就是一个面向火控系统各种新技术、具有通用性和开放性的综合试验平台,可以作为火控新技术的“试验样车”,解决在实装上难以试验和寻找规律的困难。该试验平台对各种火控新技术建立了精确的仿真数学模型、进行半实物仿真,营造出逼真的虚拟战场环境。对处于方案论证及概念研究阶段的火控技术,可以进行前期对比射击试验,验证方案的可行性和战技指标的合理性,为装备论证提供参考;对于已经或即将采用的火控新技术,通过与“人在回路”的装甲目标进行对抗射击,可以对其战斗性能进行检验和评估,得知坦克在接近实战条件下的作战能力,为装备定编和作战部署提供参考。

该试验平台由火控新技术单车仿真平台、通用单车仿真平台和中央控制台三部分组成。每个单车仿真平台有车长、炮长、驾驶员3名乘员,安装的火控部件具有通用的机械和电气接口,计算机系统编有通用软件,对任何新型火控系统都能进行战斗性能试验;通用单车仿真平台以我军现有装备为背景,通过软件达到能涵盖我国现役各种主战坦克火控系统的作战性能:在中央控制台上显示作战地域地图,双方坦克位置、射击和被击毁等战场态势,以及试验结果,并对系统的工作进行控制。

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