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坦克分队战斗过程的虚拟现实仿真研究
2010年8月2日    评论:    分享:

    来源:第三维度
    作者:韩志军,张仁友,李大鹏    (蚌埠坦克学院,安徽蚌埠233013) 

    要:坦克分队战术训练模拟系统是在合成作战背景下,根据上级作战企图,指挥所属坦克分队完成具体作战任务行动过程的描述 战斗过程仿真模块是其中一个重要的组成部分,是建立整个作战模拟系统的核心。在开发坦克分队战术训练模拟系统当中,实施坦克分队战斗过程描述而进行的仿真建模研究,主要对坦克分队战斗仿真的要素,包括机动、交战过程、态势显示等进行了描述与建模,重点建立了交战过程中目标搜索、交火条件判断、交火单位选择、实力修正等模块,对分队训练模拟系统的研制与开发有一定的借鉴作用。

 

    引言

 

    随着计算机和仿真技术的飞速发展,越来越多的作战仿真训练系统和新型武器仿真平台应运而生。坦克分队战术训练模拟系统是在合成作战背景下,根据上级作战企图,指挥所属坦克分队完成具体作战任务行动过程的描述。战斗过程仿真模块是其中一个重要的组成部分,是建立整个系统作战模拟的核心,对分队战术模拟系统的仿真可信度、仿真逼真度起着至关重要的作用,因此,坦克分队战斗过程仿真的建模研究对于坦克分队战术训练模拟系统开发有着重要的意义和研究价值。

 

    1、战斗过程的描述

 

    战斗过程是由从战斗开始到结束之间一系列战斗行动构成的,对每一个战斗行动可以用一个事件进行描述。在作战模拟中,还必须将事件进一步简化分解为更为基本的战斗动作单元,并作为基本事件。通过对基本事件的描述,完成对战斗过程的建模。坦克分队战斗过程仿真通常就其机动、交战、态势显示等进行描述与建模。

 

    11 机动

 

    坦克分队机动是指坦克分队为适应作战情况变化,所进行的空间位置的移动,是战术行动的高度抽象。机动模型是实现坦克分队战斗过程仿真的一个重要环节。机动是处在各种因素制约下的行动,包括地形、敌情、障碍、天候等因素。因此,机动速度应按气象、障碍、人为障碍、对方火力阻扰等主、客观因素的影响系数进行修正。

 

    111 机动模型的结构

 

    机动模型由机动能力及方式判断、机动速度修正、下一坐标确定3个部分组成。

 

    112 机动模型的流程

 

    机动模型是参训人员直接下达机动命令或其他命令经分解解释成机动命令后启动的,模型首先判断接受该命令的单位是否生存,如果单位已经死亡,则该命令无效,否则看当前时间是否大于机动开始时间,如不大于,则继续等待,反之,取出该单位的单位号、机动方式和速度标志,用于以后的各种计算和修正。机动模型是按机动能力及方式判断、机动速度修正和下一坐标确定模块等步骤建立的。

 

    (1)机动能力及方式判断模块,

 

    按机动能力判断、机动条件判断、机动方式判断、读取命令参数、机动任务判断等步骤建立基本流程。

 

    (2)机动速度修正模块

 

    机动速度修正模块按机动状态处理、读取地形环境数据、地形环境

 

    对机动的修正、人为障碍对机动的修正、火力打击对机动的修正、火力支援对机动的修正、天候及天时对机动的修正等步骤建立机动速度修正流程。

 

    (3)下一坐标确定模块

 

    下一坐标确定模块是按照计算下一点坐标、修正率、弧度、步长,计算两点间距离、与到下一拐点距离判断比较、赋于军标坐标值、放置机动标志的流程建立的。

 

    12 侦察

 

    侦察中,假设任意车发现目标,认为该目标已经发现。条件是连组网、通信顺畅。每一目标发现过程为3(取随机数),根据目标的发现概率判断是否< 随机数,若“发现概率<随机数”为没发现,判定目标是否发现,如果没有一次发现,则表示该目标没有发现。

 

    连侦察区域的确定:集结时由各连警戒范围小于120。,各排小于4O。,境界距离由侦察距离决定。行军时境界360。。疏开时观察范围为向两翼张开各45。。进攻冲击时,观察范围为自己的冲击范围。无规则时,作战实体侦察模型如图1所示。实体侦察模型:采用双层描述方法,分为两个区域,包括两条 1(坦克有效观察距离)射线和两条2(综合观察距离)射线夹成的重叠区域, 1内和户2内的目标发现概率不相同。

图1 作战实体侦察模型
图1 作战实体侦察模型 

    13 交战

 

    交战过程,也就是交战双方兵力、火力对抗的过程。描述交战的目的是得出作战单位交战的兵力、武器损失结果,由于坦克属于直瞄射击火器,坦克分队的交战是在其直射距离内所进行的近距离交战行动,因此在建立交战关系模块时主要按目标搜索、交火条件判断、交火单位选择、实力修正等步骤进行的。其交战关系模块为图2一下页图3 5

图2 目标搜索
图2 目标搜索 

    131 目标搜索

 

    在近距离作战中,进攻车辆依据参训者提供的运动路线以其有效观察距离为半径,对沿途地幅搜索;防守车辆则对其防御正面观察地境内的地幅进行搜索。双方均用肉眼或光学仪器对所能通视的观察范围反复搜索。搜索的结果取决于搜索的方式、范围、环境因素(天候条件、气象条件、火力因素、烟幕、照明等)的影响、人为因素的影响、自身所处的状态(动、静)、目标的状态(大、中、小、动、静、射击、隐、显)和反观察的效能(对传感器的侦测、干扰、排除)等因素。

 

    搜索的方式主要有观察、潜听和利用传感器进行侦测3种。其中观察可分为目视观察和利用观察器材观察。目视观察时,以执行单位所在位置坐标为观察点坐标,以实际观察距离为半径(基本数据)划圆作为初始观察范围;利用观察器材观察时,以执行单位所在位置坐标为观察点坐标,以其观察的距离为半径划圆作为初始观察范围。对于单坦克的观察,可只考虑利用观察器材观察。目标搜索模块如图2所示。

 

    132 交火条件判断

 

    坦克近距离交火,是通过搜索发现目标并按命令射击进行的。其交火条件有二:一是目标在坦克有效射程内,不在有效射程内的目标,不予考虑;二是有上级下达的射击命令。当有上级下达射击命令时,应首先判断该命令是否下达到了执行单位,如果没有下达到执行单位,则由末端或自动决策将命令分解到执行单位,尔后判断射击命令中指定的目标单位是否在该执行单位的有效射程内,如在有效射程内,则直接射击,如不在有效射程内,待进入有效射程内再进行射击。交火条件判断模块如图3所示。

图3 交火条件判断
图3 交火条件判断 

    133 交火单位选择

 

    确定交火关系时,无论是进攻一方还是防守一方,其一个作战单位的有效射程内可能同时存在多个目标,但如何进行控制也是系统设计所要考虑的问题。对于该系统而言,可以由参训人员根据具体战术原则判定。交火单位选择模块如图4所示。

图4 交火单位选择
图4 交火单位选择 

    134 作战实力修正

 

    对于单坦克在作战的某一时刻,其作战实力由于受到对方火力打击将减小。因此,在进行火力分配、计算毁伤时应以其瞬间的实力为准。作战实力修正如图5所示。

图5 作战实力修正
图5 作战实力修正 

    14 火力分配

 

    火力分配是按交火军标指向、交火时机控制等步骤建立基本流程的,其基本流程如图6所示。

 

图6 火力分配模块流程
图6 火力分配模块流程
 

    15 毁伤计算

 

    坦克分队在实际作战中,具有攻防两种不同状态,由于各个作战单元火器射程远近不同、目标性质不同、易损程度不同和所处的环境不同等,决定了交战时呈现如下特性:交战触发时,往往武器性能好、射程远的一方可能先发制人,另一方则在遭Nx,-J方火力杀伤,战斗力受损的情况下进入交火行动。交战发起后,又受制于双方火力打击的数量和质量,产生不等的命中率。命中目标后,由于目标的易损性的不同而造成不等的毁伤率。交战就是在充满着众多不等因素的影响下进行的,并产生不等的后效。毁伤计算模块是按射击命中计算、射击命中修正、命中毁伤计算、命中毁伤修正等步骤建立其基本流程的。

 

    2 态势显示

 

    态势显示,就是在作战模拟中,将模拟的战场概貌、战斗经过、战斗实施、战斗发展、战斗伤亡,以尽可能详细而又准确的图形方式显示出来。是对抗双方态势的一种静态描述,是作战过程的一种动态反映,是模拟结果的一种输出手段,是军事人员了解模拟过程的一种直观形式。

 

    21 二维的战场态势显示

 

    二维的战场态势显示通常被称为平面显示图(Plane View Display,简称PVD)PVD不仅要提供战场全局态势的显示,而且提供坦克分队作战实体的人机接口。采用军事地形图作为显示的底图,该底图信息由地形高程数据、城市、河流湖?自、等高线等组成。各种武器仿真实体均用红、蓝两色标准军标符号表示。同时,利用坐标变换和坐标旋转技术,实体的军标符号可以表现出实体的位置和运动方向。为便于用户了解战场态势,PVD界面上设置报表框实时显示各个实体的位置、速度、状态、事件等信息以及损坏情况,可监视想定的执行状态,并进行适当的态势控制。战场态势显示功能是任何模拟系统都必须具备的一项基本功能,主要采用文字、数据、图形等方式向受训者和导调人员提供交互信息和图形,以帮助演练人员掌握训练过程中产生的相关信息。

 

    22 三维战场空间的表现为给操作员、观察人员提供逼真的局部战场显示,坦克分队战斗过程的仿真是在二维战场概况图的基础上,实现三维空间的局部战场状况的视景显示,包括对地形环境和各种实体的三维显示。地形场景和各种武器仿真实体,采用MultiGenCreator建模,主要构造作战地区的地形,尽量要使地貌、地物与现地近似,以及坦克、装甲车、火炮、武装直升机、导弹等逼真的虚拟兵器实体。视景软件的管理借助于VTree工具。VTree是一个适用于三维视觉仿真应用的软件,是面向对象的图像应用程序接口,通过基于C++类和库封装的VTree函数,可建立丰富的、动态的视觉仿真。同时VTree具有巨大的编程灵活性,提供功能强大的AP1支持基于可视数据库图形输出,也支持底层API级立即模式(Immediate Mode)下的图形绘制,从而提供巨大的编程灵活性。

 

    3 结束语

 

    坦克分队战斗过程仿真模块,已运用于装甲机械化分队战术训练模拟系统,起到了较好的仿真效果和模拟训练效果。同时,可为我军分队战术模拟系统的研制以及作战仿真技术研究带来便利。神经网络的效能评估方法进行了研究,没有涉及到体系及对抗环境下的效能评估,这也为下一步研究提供了借鉴。

 

    参考文献:

 

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    [4] 李成辉.装甲仿真概念模型及作战想定编辑系统实现[J].计算机仿真,200420(11)1719

 

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标签:坦克军事战场
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