中国指挥与控制学会会刊 
1 LVC
1.1 概念内涵
LVC集成指在训练和试验中使用以上三种不同系统生成真实的作战想定:1)真实部分包括作战平台、任务系统和受训人员;2)虚拟部分包括受训人员和用于表征作战系统的能力和接口,同时支持实时交互的人在回路仿真系统;3)构造部分指用计算机生成的实体(表征作战平台、系统、人员或组织单位的能力和行为),并通过预先定义的脚本、规则集或自适应行为模型决定实体的行动[4]。
1.2 技术优势
在训练领域,强调与真实平台的集成是LVC与分布式任务训练、分布式任务作战和分布式仿真任务训练等概念的区别所在。以空军为例,LVC综合训练系统的优势包括:增强了真实飞行的训练效果,生成规模和复杂性满足五代机训练要求的场景,增强现有训练靶场的电子战和赛博战能力,为大型现代传感器、网络和武器提供支撑,以及在保密环境中测试新平台,保障敏感信息的安全性等。目前,以美军为代表的军事强国着手创建基于LVC的虚拟培训环境,并加强虚拟训练及其可行性,以提高作战人员的战备状态、杀伤力和生存能力。虽然采用虚拟训练能更快适应威胁的演变,变得更加复杂,但不能指望仅在数字环境中训练就能有效赢得未来战争。虽然数字环境降低了训练成本并且作为执行敏感或复杂任务的主要训练手段,但人员必须在实况训练中获得生理和心理上的全面刺激,这是在数字环境中无法复制的。因此,有必要将真实、虚拟和构造仿真有机结合,以满足全方位的训练需求。
随着太平洋地区发生冲突的可能性日益增加,美国海军认为加强训练尤为重要。然而,实弹训练不但成本昂贵,而且对安全和后勤保障有很高的要求。在这种情况下, LVC的混合式训练环境可以为美国海军提供便宜和有效的解决方案。LVC融合了各种系统、网络和环境来增强实兵训练。自2016年以来,LVC一直是高端综合训练的首选,并已扩展到舰队响应训练计划的所有阶段[4⇓-6]。针对传统装备体系,美军从20世纪80年代就开始研究和构建LVC虚实结合的分布式试验鉴定技术、方法、体系结构和设施。目前,在国防部“联合任务环境试验”(JMET)计划下,已经连接美军100余个试验靶场和站点,可构建逻辑靶场,开展用于检验装备体系作战能力的试验鉴定活动[6-7]。
1.3 应用领域
1) 虚拟战场环境仿真。采用虚拟现实技术使受训者在视觉和听觉上更逼真地体验战场环境、熟悉作战区域的环境特征。
2) 部队训练仿真。训练仿真是一种物理模拟技术的应用,比如运用模拟器训练单兵进行战术级操作。
3) 作战仿真。建立一个“虚拟战场”,使参战双方同处其中,根据虚拟环境中的各种情况及其变化,实施“真实的”对抗演习。
4) 指挥决策仿真。利用虚拟现实技术,根据侦察情况合成出战场全景图,让受训指挥员通过传感装置观察双方兵力部署和战场情况,以便判断敌情及制定决策。
5) 武器平台仿真。武器平台仿真包括武器技术仿真、武器系统仿真等。
2 美军LVC训练网络发展计划
2.1 需求背景
以美军航空兵实战化训练为例,当前仍面临以下几方面不足[11]:指挥员和战斗员的训练强度不够,飞行员需要在复杂、快速变化且“拥挤”的战场中训练,训练经费问题。此外,过去几年美军的愿景声明和政策文件(如《2030—2035海军航空兵愿景》)也都明确指出,LVC对于促进针对敌方部队所需的训练活动至关重要,同时减轻了财政负担,消除了地理和作战安全的限制。2023年4月,美国海军作战部长(CNO)和海军陆战队司令在海空天会议上都强调了多领域LVC训练的重要性和必要性。
2.2 目标图景
LVC集成为训练的设计和实施提供了更高的灵活性,例如能够阐述真实系统集成的作用和重要性,定义能力发展轨迹以及将科技支撑与能力开发相结合。LVC能力开发的目标应当是为友方和威胁实体和效果的表征提供更多选择,使训练者在训练事件的定制设计和实施过程中拥有最大的灵活性,以利用可用资源获得预期结果。科学和技术发挥的作用包括为训练者提供更多选择,以及提供关于使用方式的建议[1]。
美军LVC训练网络的使命任务是开发、整合和维持美军的LVC训练能力,以支持美军全方位的体系化作战训练,使美军做好战斗准备,其余目标为集成虚拟测试培训中心、各军兵种相关资源和美军已有的试验测试体系,覆盖模拟器通用体系结构要求和标准,该标准是一项持续性保障计划,旨在逐步为美军模拟器建立一个通用的开放系统体系结构,以提高网络弹性、响应能力,并将全生命周期成本降至最低。
2.3 发展规划
LVC训练网络规划主要包括“L”域、“LVC”域和“VC”域,如图1 所示[12]。
1) “L”域。实装之间的对抗是目前最成熟的一种方式,是当今最具沉浸感的作战训练形式,具体包括5个增量:①2016—2018年,开发了SLATE-ATD项目,该项目是美国为了加快国防高技术预研成果的应用转化而推出的先进技术演示项目;②2016—2027年,支持用于F-35的LVC能力所需软硬件开发,在F-35的block 3f状态中加入以嵌入式训练为基础的LVC功能;③2019—2027年,择机建设用于LVC环境的任务数据集;④2019—2028年,建设和升级试验场所需的LVC硬软件,落实企业资源规划和优化实时任务作战中心;⑤实现F35在“L”域的部署。
2) “LVC”域。LVC是指以实兵或实装、地面模拟器、数字仿真节点的合成技术,通过将地面模拟器和数字仿真节点通过安全、动态适应性强的网络注入实装中,以增加场景的复杂性。将SLATE-ATD用于空军作战部队高级实战训练发展规划,包括3个增量:①2016—2018年,制定发展规划;②2019—2023年,增量1的目标是LVC基础建设,使技术成熟和风险降低,以及工程与制造发展;③2021—2028年,目标是F-35 LVC能力的集成,使技术成熟和风险降低,以及工程/制造开发,融合F-35作战飞行软件,开发F-22战斗机和B-21轰炸机的LVC训练能力,以及集成联合末端攻击引导员。
3) “VC”域。“VC”域是由多个模拟器设备和本地闭环网络组成,支持高级战术训练,包括3个增量:①2018—2023年,支持了模拟器通用体系结构要求和标准开发、优化、部署;②2016—2018年,支持了虚拟测试与培训中心阶段1的任务,融入五代机的仿真;③2024—2029年,SCARS增量部署;虚拟测试与培训中心阶段2的任务,融入全任务的仿真;虚拟测试与培训中心阶段3的任务,支持空军联合LVC仿真。
美军可能按照LVC=L+VC的发展模式。L是LVC构建的基础,美军从20世纪70年代开始发展,如今已经形成了完善的训练能力。其他各国空军也在积极推广实装训练,但实装对抗需要投入的研发成本高,对人力资源和硬件投产的要求高,而且很多工作是不可复用的;VC成本相对较低且可复用。美军计划未来通过研究SCARS实现虚拟和构造的集成,再利用更通用化的架构集成实装对抗已有的基础,从而在2024年和2029年分别实现美军四代机和F-35初始作战能力。
3 典型应用范例
针对以下几种LVC集成使用典型案例,探究其技术细节以及科技挑战。
3.1 分布式任务作战
美空军一直在寻求满足其空勤人员训练需求的方法,在现阶段的主要办法就是增强模拟器训练。分布式任务作战(Distributed Mission Operation, DMO)是一项空军战备计划,帮助美空军在国内或海外部署的作战人员保持基本战备状态,在必要时可模拟作战环境进行任务预演。DMO的使命空间如图2 所示,将当前和未来的武器系统、高保真模拟器和仿真系统与其他指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察(C4ISR)系统连接起来,以创建一个交互式作战环境。美军将DMO作为空军训练转型的基石,并将LVC作为提升美空军训练能力的关键[11]。
一个强大的、稳定的通信体系结构的发展,再加上先进的模拟器,将创造一种新的训练能力,这种能力可以从单装备级别开始,通过一系列组合进行聚合,最终形成战区级别的任务预演能力。
3.2 联合仿真环境(JSE)
2019年1月,美空军曾宣布其第412电子战大队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LVC技术对第五代飞机系统在作战体系中进行测试。JSE测试流程案例如图3 所示,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。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[13]。
JSE体系结构管理集成环境是一个跨平台的中间介质。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体系架构(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)。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。
3.3 美海军模拟训练
鉴于美海军需要真实的信息战训练环境,以满足不断增长的实战化需求,其认为,可同时开展多场训练,观察整体效果并评判性能。LVC将有助于判定哪些人员需要提高团队表现,以及信息战是如何真正集成到战斗中。同时,训练大纲也在不断扩展。在全球竞争环境中,可能存在各种场景,因此训练需要更有深度,并提高动态性,增加场景类型。使用LVC将在适应信息战环境高度复杂性的同时,加速该进程[14]。
以美海军分段使用LVC训练为例进行说明[15]。美国海军使用优化舰队反应计划(OFRP)进行训练调整。OFRP实施的目的是提高海军部署的计划性,增加海军战备和训练计划的可行性,其整体目标是减少海军舰船出海时间,将舰队在港时间占整个训练周期时间的比例由49%增加至68%。近几年,美航母超负荷运行,海军保障能力不足导致舰队难以满足任务需求。在OFRP中,海军采用了三个阶段的分类法:1)基本阶段。在基本阶段的目标是将一支部队训练成能够掌握其所有配发装备、系统的团队。在这一阶段,部队主要在各自的系统上进行培训,包括实时和虚拟系统。2)高级阶段。部队在执行任务前通过实战靶场在模拟环境中进行任务预演来训练高级战术,在实战靶场上使用一些构造仿真来进一步测试训练对象。3)综合阶段。在综合或最终阶段的训练利用综合生成的事件,这些事件会给操作员带来压力,并确保在随后的现场训练得到优化。在整个综合阶段,实战和合成事件的结合增加了复杂性,部队将达到可部署的战备条件。在此阶段,现场活动增加了大量虚拟和构造实体,是真正复杂的LVC训练。
美海军未来将持续发展岗前培训系统和LVC系统,使海军可在安全、可控的条件下掌握高端战术。岗前培训系统利用敏捷、多途径方法提供及时的相关培训,确保作战人员掌握舰上作战所需知识;LVC利用先进计算能力和网络技术将实际训练与仿真训练融合,以提高训练效能。虽然应用现有技术可以实现LVC训练,但要满足海军作战部长和海军陆战队司令的指示和意图,还有许多工作要做。美军太平洋远征作战训练小组已进行了多次LVC活动。海军航空部预计,LVC训练将在2035年充分发挥作用,届时实弹部队将能够“探测、跟踪、分类和攻击虚拟/仿真实体。”
4 启示
今天,技术正在推动从以动力学和硬件为中心的战斗转向以信息和软件为中心的战斗,这是一个巨大的转变。为了适应这种转变,面向实战化训练更加需要进入高保真、低延迟的合成环境。为了寻找更多的机会让部队在更复杂、更逼真的事件和场景中获得沉浸感,还有很多仿真技术和体制机制要突破,短期内以实兵实装为核心的LVC训练仍是主要手段。各军兵种应以实战化训练为抓手,为部队搭建提升战备能力的平台。以空军为例,体系对抗重视把各机种融在一起,并模拟加入同盟势力,锤炼部队融入作战体系的能力。例如自由空战规则制订更加强调协同制胜。未来,当仿真训练比例被更多纳入部队训练计划时,可以提高在驻地训练演习中的技能熟练程度,从而使部队在更宝贵的实弹射击和联合训练机会中获得最大的投资回报[16]。
面向作战仿真和指挥决策仿真,应进一步采取措施,整合基于真实、虚拟和构造的武器系统测试方法,将真实作战系统的信息以一种合规的方式导出或提取到模拟系统中,以支撑后期构建对抗性红蓝对抗系统或数字孪生系统。上述方法将允许使用人工智能技术和其他能力来测试不同的对手战略和技术,并探索对抗方法。
另外,LVC仿真技术应重点关注互操作标准的应用。许多真实、虚拟和构造仿真业务应用的信息系统属于“系统之系统”,此类系统的运行需要以“数据为中心”:各个系统间需具备良好的数据共享和交换能力,同时又存在着不同的数据需求。因此,应着重加强指挥信息系统和仿真系统互操作标准及技术的建设和推广,为LVC技术的广泛应用提供有力支撑。
其次,5G技术正在提供下一代军事训练。除了战场之外,5G技术还可以实现精确经济高效的训练、个性化技能发展和军事行动的集中化。LVC和5G实现的军事训练转型的一个关键优势是能够创建高度逼真的训练场景。5G 技术的集成增强了态势感知和指挥控制。领导者可以从统一的指挥平台进行操作,可视化多个行动区并实时编排策略。除了许多准备优势外,5G技术还提供了节省成本的好处。5G集成不仅正在与现成的商用设备兼容,还减少了其对实弹的依赖,能够精确定制训练演习,从而更精简地分配资源[17]。