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VR 技術是系統仿真中新興技術之一。它實際上是一種采用計算機技術制作仿真的假想世界的技術, 它采用計算機產生一個被仿真世界的動態、三維視覺環境, 使操作者產生一種身臨其境的感覺, 對探討大量需要借助形象思維的問題頗有幫助。采用此項新技術, 參與者使用硬件, 如鍵盤、數據手套、鼠標器、跟蹤球、操縱桿、空間球、眼球跟蹤裝置、超聲波頭部跟蹤器、頭盔顯示器、攝錄像設備、立體護目鏡、音響、耳機、語音識別與合成裝置及數據服以獲得所需的感知, 來體驗計算機世界境況。實際上, VR 屬于一種特殊設計的信息數據庫, 它可將數據庫信息轉換成可視化的三維視覺顯示圖像。利用這些數據信息描述兩維或三維的圖形與圖像, 構成三維的虛擬世界。它是計算機圖形學和人2機交互技術發展之產物,VR 更是計算機圖形學中的一種功能倍增技術, VR 技術將人類用戶同計算機產生的虛擬世界綜合為一體, 達到人與技術最為完美的結合。人在整個系統中占有十分重要的地位。利用VR 技術的手段, 突破現有技術手段的局限, 手段愈高明, 愈能使我們對所研究的對象和環境獲得“身臨其境”的美妙感受。

VR 技術的發展源于航天和軍事部門。VR 之最新技術成果往往被率先用于航天和軍事領域。21 世紀軍事科技的發展將更加依賴于VR 技術, 同時必將對VR 技術提出日趨增高的要求。VR 技術將為武器裝備確定需求、設計、制作樣機、批量生產, 為部隊的模擬訓練、戰備,為制定合成作戰條令和應急作戰計劃, 為戰后評估及戰史分析等幾乎全部軍事活動提供一種一體化的作戰環境。這將有助于從虛擬武器及戰場順利地過渡到真實武器與戰場, VR 技術對各種軍事活動的影響將是極為深遠的,有著極為廣泛的軍事應用前景。

VR 系統由于具有良好的高效性、可控性、安全性、無破壞性、使用靈活性、易于修改、不受氣象影響、不受空間和場地的限制、可多次重復使用及系統運轉費用低等特點, 故引起世界各國軍界高度關注。迄今, VR 技術在軍事領域中正發揮著重要的作用, 它被廣泛用于軍事教育、軍事訓練、武器裝備研制與生產等領域。

1 　軍事教育與訓練

1. 1 　軍事教育

對軍事人員在戰略性規劃、作戰及預算等方面的培訓是VR的一個普遍應用領域。研討式VR 和途徑式VR 通常由作戰指揮學院及軍事指揮部門用來提高軍事人員認識并理解高技術局部戰爭的能力; 用于研究、分析、訓練及教學的軍事行動的仿真,以加深對現代戰爭的理解。它包括讓人們在一個實際或假想的情況下在信息處理或決策任務方面通過使用規劃、數據和過程來指導軍事行動。實踐證明, 人類對基于圖像、聲音等感官信息的理解能力遠遠大于對數字和文字等抽象信息的理解能力。作為軍事院校的一種輔助教學手段, 這無疑是一種解決學員上機操作的好方法。某些電子設備使用壽命較短, 不宜進行長時間大量操作,此時使用VR 訓練設備有其獨特的優點。利用建立在網絡基礎上的分布式VR 系統可建立一個“虛擬教室”。在該虛擬教室中,借助使用控制臺、鍵盤和顯示設備等相互聯系的學員站與教官站聯網, 各參與者都處于同一虛擬的戰場環境之中。在“虛擬教室”內還備有一臺能顯示三維圖像并配有立體音響效果的大屏幕彩投機。在大屏幕上顯示出由計算機生成的諸種活動圖像, 如模擬的天空、氣象、海面、地面各種復雜地形及諸種目標(如飛機、坦克、裝甲車、軍艦及導彈等) 。

學員們坐在外觀與實體幾乎一樣的操作控制臺前。控制臺上裝有各種功能按鈕、鍵盤、數據手套、鼠標器、頭盔顯示器及數據服等。學員們可根據當時的作戰態勢或教官的命令, 在控制臺上進行各種操作, 如模擬駕駛飛機、坦克及機動艦船, 還可發射各種飛航導彈并能觀看到其發射的效果等。VR 技術尤為適用于進行指揮決策模擬、智能分析模擬及戰場環境模擬。戰略決策模擬仿真的主要方法包括: 研討式對抗模擬、技術性對抗模擬、政治2軍事性對抗模擬及緊急預測與反應模擬等。20 世紀80 年代初, 為幫助美海軍分析未來10～20 年內航母作戰群的發展需求, 約翰·霍普金斯大學作戰分析實驗室研究出一種研討式對抗模擬方法,即研討式對策( Seminar Gaming) 。該法后來逐漸發展成結構較為標準而規范的高層模擬教學方式。所謂研討式對抗模擬, 是指將圓桌會議式的研討與計算機模擬相結合, 進行大規模的對抗模擬, 通過研討來形成作戰設想、解決未來戰爭諸種問題。這屬于一種開放式對抗模擬, 為參與者提供一種研究與分析現代戰爭問題的場所。它按照一種結構化的、經過訓練且機動靈活的方式, 將諸方面軍事專家的知識及觀點結合在一起, 及時地處理實戰中出現的問題。研討中將試驗、仿真及軍事情報分析之結果作為分析研討的對象, 亦可借助計算機進行更為詳實的模擬后再作進一步的研討。模擬仿真過程中, 參與研討的人員扮演著一系列的局中人, 并代表其進行決策, 決策的后果由局中人以對陣式的研討來判定。處理復雜問題的對策式研討, 是一種連續推演、重復推演的反復過程, 有時甚至需進行數月。需要的話, 在研討過程中, 可將技術與作戰戰術諸問題一并提交給相應的軍事專家進行單獨解決, 隨后將解決的結果再反饋到后期的研討中。

1. 2 　軍事訓練

軍事訓練是和平時期提高部隊戰斗力的主要途徑。如何利用現代高科技手段確保并提高部隊訓練質量, 已成為世界各國軍界最為關注的熱點之一?，F代軍事模擬訓練系統大多是VR 系統。VR 技術的最大特點是受訓者能與虛擬戰場環境進行自然而靈活的交互。VR 系統是提高部隊戰斗力的最佳訓練裝備, 它能使作戰人員無需動用實際武器裝備,便能在各種復雜的戰場場景下進行諸種近于實戰的軍事訓練與演習, 不斷積累作戰經驗; 它還能使指揮官全身心地投入到虛擬作戰環境中去, 驗證其戰術思想和指揮效果, 確定諸種武器系統的最優使用方法和時機。各種高新技術武器裝備造價高, 運行維護費用昂貴, 組織實施訓練難度大, 經常操作使用還會對武器裝備的磨損和使用壽命帶來嚴重影響, 采用VR 系統進行軍事訓練, 既可大大節省訓練費用, 又能取得頗佳的訓練效果, 使部隊的作戰訓練呈現出前所未有的活力。超前的VR 模擬仿真將成為未來軍事訓練的最高層次特征。VR 技術以全息顯示和超前的訓練方式使未來的部隊能在VR 戰場環境中體驗戰爭, 進而掌握戰爭。

因而, VR 技術必將成為21世紀部隊的主要訓練方式。目前, 隨著科學技術的飛速發展, 軍事作戰模擬訓練仿真技術出現了新的飛躍。通常作戰模擬訓練分為實地軍事演習、現場實驗、沙盤作業、圖上作業、戰爭對策、計算機模擬仿真和分析模擬仿真。其中計算機作戰模擬訓練仿真運算速度快、準確、科學、可靠性高、損耗代價小, 是一種嶄新的模擬訓練仿真方式。因此, VR 技術作為一種最新的計算機人機交互技術, 首當其沖應該用于軍事作戰模擬訓練領域。它可模擬各種形式的戰爭,如核大戰、戰區常規戰(陸戰、海戰、空戰及合成軍作戰) 等。在模擬戰爭中分析包括緊急決策、戰爭、戰爭升級和戰爭結束等與政治息息相關的諸種因素。

這不僅為研究現代戰爭問題、作戰的指揮、武器裝備的操作與使用及部隊訓練提供了科學方法,使研究的進程更為逼真地接近于實戰, 而且使研究結果可信, 有利于作戰指揮藝術和作戰技能的提高, 更有利于武器系統性能的改進及效能的提高。此外, 還適用于培訓武器裝備操作人員。

1. 2. 1 　VR 飛行訓練

在美軍VR 技術應用較為成熟的飛行訓練中, 飛行員先在電子控制的飛機座艙內, 由計算機提供飛機的飛行數據, 頭盔顯示器展示出高分辨率的圖像, 根據逼真的虛擬戰場態勢進行判斷,并作出諸種反應。在虛擬戰場環境中較為熟練地撐握飛行操縱技術和作戰技能后才進行實機訓練。美國海軍和空軍對新興的VR 系統的研究尤為積極。其中Cyber View 便是用于美國海軍戰斗機飛行員訓練的一種虛擬環境系統。這種系統主要為飛行員提供大規模的態勢強化訓練, 而且系統能向飛行員直觀地展示出飛行錯誤, 并允許飛行員以更佳的狀態重新飛行。利用VR 系統, 飛行員可進行基本飛行訓練、夜視操作訓練、超低空飛行訓練及有危險性高難度動作的飛行訓練等。采用VR 技術的飛行模擬器較常規的飛行模擬器具有更為顯著的優越性, 它可幫助飛行員及時而準確地掌握更多的有用信息, 使受訓人員能輕易地進入虛擬三維戰場環境, 在該虛擬戰場環境中, 飛行員能相對靈活地飛行, 對環境中的實體進行各種操作, 并能自動地作出簡單的邏輯判斷, 從而減輕飛行員采集信息時進行歸納推理的負擔, 使飛行員能在緊張的作戰環境中更迅速而準確地作出判定, 從而極大地提高了飛行訓練的質量和效能。據稱, 利用VR 技術可縮短飛行訓練時間60 % , 節省飛行訓練費用70 %。這樣可使作戰決策者能迅速而順利地完成戰術決策的對比研究, 以優化作戰效能, 并為飛行訓練提供理想的模擬平臺。

1. 2. 2 　VR 戰場場景

1995 年秋在波黑維和行動期間, 美軍準備對南聯盟進行轟炸之前, 曾利用VR 技術將波黑地區80 %的地形制成虛擬軍用地圖。美軍將此種虛擬軍用地圖稱為“威脅目標標志圖”。該圖包括三維數字化地形海拔高度的數據及巡航導彈彈藥庫等。在計算機終端設備屏幕上, 虛擬軍用地圖清晰地標出南聯盟的民宅區、綜合性商業區、作戰區、戰略戰術要地及起伏不平的波黑地形。在轟炸前, 美軍有效地利用這種虛擬軍用地圖進行了飛行預演,這對幫助其提高轟炸目標的命中率起著頗為重要的作用。

為提高VR 系統模擬戰場場景有逼真性, 必需建立相應的戰場場景圖形圖像庫。此種三維圖形圖像庫內存入戰場環境模擬過程中的諸種戰場目標對象(如飛機、坦克、火炮、軍艦及導彈) 、作戰場景及作戰雙方人員的圖像。戰場目標對象和作戰場景通常是借助VR 系統中的建模軟件來實現, 并在模型上貼上真實的圖像。作戰背景主要是指氣象變化, 如云、雨、霧、雪、風暴及雷電等; 沙漠、叢林、森林、河流、湖泊、海浪、山脈、丘陵、城市、村莊、公路、鐵路、橋梁、機場、碼頭、夜景、噪聲及干擾等環境背景, 這主要通過VR 的相關技術手段加以實現。至于參戰人員的模擬, 則可采用圖形建模、圖像映射或借助兩者的組合來實現。有了三維圖形圖像庫, 參與者才可真正地進入虛擬戰場。

將VR 技術引入作戰模擬訓練系統仿真的各個階段, 將使模型的建立和驗證更為簡便。它能逼真地顯示出虛擬戰場場景和整個作戰過程, 供軍事專家制定出合適的作戰訓練方案, 還能模擬決策的過程, 向參與者解釋VR系統的行為機制, 因而受到作戰指揮人員的普遍歡迎。現代作戰模擬訓練系統VR 實驗室的任務是對作戰模擬訓練系統的戰術和運行環境進行仿真?，F代戰爭的明顯發展趨勢是, 在高層決策制定過程中日趨強調VR 的應用。

當前對軍事作戰模擬訓練系統的發展可產生變革性作用的一種技術, 便是VR 戰場場景技術與分布式網絡交互作用的仿真。

1. 2. 3  VR 諸軍兵種合成訓練

實兵實彈軍事演習周期長,耗費大, 多軍種聯合作戰難以實施, 安全保密性無保障, 而現有的常規集中式模擬亦存在較大的局限性。VR 系統最適用于進行諸軍兵種合成訓練, 提高部隊的協同作戰和聯合作戰能力。它能以較小的代價, 在較短的時間內實施大規模的戰區、戰略級軍事演習, 并通過多次演習或一次演習多種作戰方案來發現并解決實戰中可能會出現的問題, 這對于進行作戰研究頗有益處。如美海軍海洋系統中心(NOSC) 、海軍水下系統中心(NUSC) 及海軍研究與開發中心(NRADC) 已研制開發了對艦員訓練、實時作戰使命更新與控制、增強交戰協同能力及海陸空三軍與導彈部隊協同作戰等系統。未來戰爭的一個基本特點便是多軍兵種作戰協同化、指揮一體化, 常規集中式模擬或實兵實彈演習難以達到這種高標準的協同訓練目的。

采用作戰VR 系統進行軍事訓練主要還包括對高、中、低級指揮員的指揮、謀略、決策水平研究; 單兵和群體技能水平的訓練等。雷達偵察干擾/ 無源干擾訓練模擬仿真器, 可逼真地對電子戰軍官及操作手進行操作方面的訓練, 提高受訓人員的操作水平, 可訓練電子戰人員在實戰情況下的快速反應能力, 提高受訓人員在作戰時的心理素質。

1. 2. 4 分布式VR 系統

隨著計算機技術的最新發展, 為模擬更大的作戰空間出現了分布式虛擬現實系統(Dis2t ributed VR) , 實際上它是在VR靈境系統基礎上, 將各種用戶(觀測者) 連接在一起, 共享同一個較大的虛擬空間, 使用戶們達到一個更寬闊的觀測境界。創建“綜合虛擬環境”的基本途徑就是開發分布式VR 系統, 用合成網絡將各軍兵種、各級部隊、各軍事院校及各軍事科研單位等用戶聯成一體。其原理都是以VR 靈境系統為基礎, 只是分布式VR系統在共享虛擬環境資源的同時, 采用各自的交互手段而已。

在分布式VR 系統工作時, 多軍兵種的合成訓練最能發揮其特長。如在合成軍作戰中, 裝甲兵、機械化步兵、海軍、海軍陸戰隊、陸軍航空兵、海軍航空兵、武裝直升機和固定翼飛機、殲擊機、艦艇、坦克、火炮以及野戰集團軍防空導彈部隊等進入分布式虛擬現實系統后, 可在高度逼真視聽的虛擬環境中參與相互對抗的軍事演習。由于VR 技術具有特殊的“進入”功能, 故VR 系統不僅是戰場仿真中頗為有效的訓練工具, 而且還可利用它建立一種強有力的多軍兵種合成指揮系統。在綜合軍事電子信息系統中, 利用分布式虛擬現實系統來達到作戰模擬、決策及作戰演習的效果。通過分布式VR系統, 進行各種復雜的作戰任務的訓練, 以降低訓練費用, 確保參戰人員與設備的安全及降低其對環境的影響。在戰爭對策VR環境中利用大規模并行處理機的建模與仿真技術, 可精確地再現戰區作戰態勢, 逼真地模擬仿真戰場環境, 并且增強預見性, 高精度地使未預料的戰術、戰略進展提前發生。這樣便可利用VR技術開發應用于海陸空作戰的戰略/ 戰術任務規劃和支援系統。

1. 2. 5 　美軍的VR 系統

SIMNET ( Simulation Net2work) 是從1982 年開始由美國高級研究計劃局(DARPA) 與陸軍聯合開發的。SIMNET 是一個基于VR 技術的虛擬對抗作戰系統。其核心是管理、指揮和控制接口, 它由一個與計算機主機平臺相連的網絡群組成, 其中包括與虛擬戰術作戰中心的參謀監視控制網絡的聯網。SIMNET最初是用來訓練坦克群, 主要目的是降低訓練費用, 同時增強安全性, 減少環境破壞(是指火力攻擊及坦克行駛軌跡對訓練場地的破壞) 。SIMNET 聯結了包括美軍和德軍在內的近300 臺坦克模擬仿真器、飛機飛行模擬器、作戰指揮所仿真器、計算機生成兵力(CGF) 仿真器及導彈發射仿真器等。每臺模擬仿真器作為計算機網絡上的一個節點, 這些分布式節點通過局域網(LAN) 、廣域網(WAN) 及遠程通信網連接在一起, 亦可通過衛星以遠程網絡方式連接在一起, 可實現資源共享, 隨時調用數據庫、模型庫、圖形圖像庫及知識庫的信息。假如將裝甲兵、機械化步兵、直升機、殲擊機、艦艇、反艦導彈、巡航導彈、海軍陸戰隊和諸如A210S 和F216S 固定翼飛機以及野戰集團軍防空發射陣地臨時接入網絡, 則立即可使用高逼真度視聽方法參加相互的軍事演習。借助與多個模擬仿真器的連接, 班長可在各種VR 戰場中以相互對抗和以敵我雙方部隊對抗的方式訓練其部隊。SIMNET系統除對參戰人員進行諸種作戰任務的訓練外, 還可對各種武器系統的性能和效能進行研究與評估, 更可進行包括各種武器平臺的大規模虛擬軍事演習。上述各種任務都是在由SIMNET 系統所提供的綜合虛擬戰場環境內進行, 分布在不同地理位置的各種武器平臺借助網絡互聯, 共享這一描述在同一時間和同一空間內的綜合性虛擬戰場環境, 以進行體系對抗的模擬。海灣戰爭期間, 美軍用VR 技術和分布式交互仿真技術進行攻擊前的模擬預演, 以驗證其作戰計劃并提高其攻擊效能。20 世紀90 年代中期, 美軍耗資10 億美元建成近戰戰術訓練系統(CCTT) 。該系統利用眾多性能先進的主干光纖網及分布式VR 系統, 將分布在不同地理位置上的各級部隊、各軍事院校及作戰分隊的眾多模擬訓練仿真器連接在一起, 建立綜合性虛擬作戰環境, 可與從韓國至歐洲約65 個工作站相連接。

各站之間可迅速傳送飛機、坦克、裝甲車、各類戰車、火炮及導彈等武器裝備的信息與數據,使士兵能在動態的虛擬作戰環境中進行軍事演習; 可進行戰術、戰役理論的探討及作戰計劃的驗證, 并預測軍事行動和執行作戰計劃的效果, 更可評估武器系統的總體性能, 以啟迪新穎的作戰思想。建成近戰戰術訓練系統后, 借助局域網、廣域網及遠程通信網可將美陸軍的各級戰術訓練系統、空軍合成戰術訓練系統、野戰炮兵合成戰術訓練系統、工程兵合成戰術訓練系統及防空合成戰術訓練系統連成一體。至2000 年, 美陸軍已擁有一個包括綜合作戰環境所用作戰單元的CCTT 模擬仿真器。目前, 美軍正在開發空軍的任務支援系統(AFMSS) 和海軍的特種作戰部隊計劃和演習系統(SOF2PARS) 。美國國防部打算在未來4 年內至少投資5 億美元建立VR 聯合軍兵種戰術訓練仿真器, 將其列入美軍七大軍事技術需求之一, 并將其列為21 世紀重點發展的關鍵技術。

2 　武器系統的研制與生產       

計算機技術為武器系統的研制與生產提供靈活而先進的設計手段, 很大程度上提高了武器系統設計、研制及生產的技術水平和生產效率, 特別是新近發展起來的VR 技術的應用突破了常規基于兩維的人2機界面模式及交互方式的局限性, 極大地增強了人的主動性和仿真方法的靈活性。VR 技術可將用高新技術設計的VR 仿真模型, 與實際的工程結構模型相結合, 實現從分析模型到工程模型及兩者在虛擬的未來戰場環境中的互操作, 以此來預測高新技術在未來武器系統中的應用前景。利用VR 系統, 可根據現代戰爭的特點和各種作戰需求, 設置諸種典型的戰場環境、作戰背景及敵我態勢, 并使其具有重演功能。在此種頗為逼真的“虛擬合成戰場環境”中, 可論證新型武器系統及新軍事技術的可用性, 演示“虛擬武器裝備”的技術可行性、作戰適用性及經濟上可承受性。各種已有新型武器系統亦可借助由計算機生成的“虛擬戰場”進行各種操作、演練或演習, 以提高部隊使用新型武器系統的作戰能力, 并及時地發現其不足, 以便對其加以改進。利用VR 系統還能對武器系統的作戰效能進行合理的評估, 從而使其戰技性能指標更接近于實戰的需求。在武器系統開發、研制與生產方面, VR 技術可發揮其眾多的重要作用。

2. 1 　武器系統體系頂層設計

VR 技術在武器系統研制過程中, 可為軍方提供先期演示,讓研制者和軍方共同進入虛擬的作戰環境中對武器系統進行虛擬操作。研制者和軍方能充分利用分布式交互模擬方法檢驗武器系統的設計方案和戰技性能及其合理性, 避免那種在實際研制過程中經常會出現設計方案反復多變的不合理現象。從而達到從其總體質量和效能上去發展武器系統, 提高整個武器系統的技術優勢, 實現武器系統體系頂層設計思想和最優的投資選案。

VR 系統可作為武器系統體系頂層設計的有效手段, 并提供有力的技術保障。開發、研制與生產武器系統的主要任務之一是進行體系的頂層設計, 這需要根據高技術局部戰爭中體系與體系對抗的特點, 深入開展武器系統體系對抗的研究。由于武器系統體系結構的復雜性及試驗與演示的高難度性, 唯有采用VR 系統方能在這種研究中取得滿意的結果。VR 系統可對未來高技術局部戰爭的戰場環境、武器系統的戰技性能及戰術運用等進行作戰模擬, 以便選用那些對提高武器系統體系效能作用大、耗資少及技術可行性強的武器系統進行重點開發、研制與生產, 從而實現優化武器系統體系的整體質量及其效能。

2. 2 　縮短研制周期, 降低武器系統全壽命周期費用

設法降低新型武器系統的造價, 并縮短研制周期, 其基本做法是: 先以VR 技術模型在人工合成的戰場環境中進行試驗, 通過試驗的結果來確定技術設計的參數, 最后才進行首部樣機的制造。利用VR 技術, 可建立“虛擬武器系統樣機”。借助“虛擬武器系統樣機”, 通過建模和仿真方法, 便可對武器系統的方案論證、設計、研制、生產、操作培訓、使用及維護等, 在人工合成的虛擬環境中進行模擬仿真。這樣不僅可縮短研制周期, 而且在武器系統工程研制階段開始之前, 便可確定武器系統90 %的全壽命周期費用, 避免武器系統在實際研制、生產及裝備部隊各階段中, 由于決策重大失誤而造成資金巨大浪費, 或由于市場競爭激烈及技術的迅速發展使武器系統性能變得落后。故采用VR 技術, 能在軍事需求日趨變化、技術飛速發展的時代, 以實時適用及高效費比的方式來發展武器系統。借助“虛擬武器系統樣機”,還可減少研制武器系統實物樣機所花費的人力、物力、財力和時間, 研究工作直接涉及到人機工程學等因素, 在設計階段便能及早發現生產、裝配及維修中將會出現的問題, 這些問題可在早期設計階段所謂的“虛擬現場”中得到妥善解決。美陸軍的“自動虛擬環境室”(CAVE) 屬于一個典型的VR 仿真系統, 約耗資2 600萬美元。該虛擬環境室利用三維VR 技術發展武器系統的全壽命周期仿真。它是一個借助全息圖創建VR 場景與環境的試驗室。

美陸軍打算在武器系統從開發到裝備使用的全壽命周期, 用上述系統進行武器系統的開發、設計、研制、生產、采辦、測試與評估、訓練、維護、作戰及后勤保障等。如美軍完成M21 改進型主戰坦克的作戰試驗, 采用實物模擬, 需花費兩年時間, 耗資4 000 萬美元, 而采用VR 技術,則只需3 個月時間, 耗資僅640萬美元, 其效果顯而易見。

2. 3 　有效地確定飛航導彈系統的作戰空域, 實現省彈、省錢及省時

飛航導彈系統性能的評定,尤其是作戰空域的確定, 是各型號飛航導彈系統研制工作中的重要研究課題。傳統的觀念僅承認以飛航導彈靶場實彈飛行試驗的結果作為依據。為全面驗證飛航導彈作戰空域并取得必要的統計數據, 便需有可觀的飛航導彈試驗發數, 就要花費昂貴的代價。

若為了省錢而大量減少飛航導彈試驗發數, 便會降低靶試結果的置信度。新的概念是, 主要以VR 技術試驗作為依據來確認飛航導彈系統的作戰空域, 而實彈靶試則僅作為一種有效性的驗證手段。以VR 技術打靶試驗替代部分乃至大部分實彈靶試。此種VR 技術概念在國外已付諸實用?，F以美空軍響尾蛇空空導彈發展的三個型號為例加以說明。

由于采用VR 技術, 每個型號研制靶試實彈數, 由AIM29D 型的129 發減至AIM29M 型的35 發。實彈數的減少, 型號間的繼承性固然是一個因素, 但更主要的是采用了VR 技術。根據國外對三種不同類型的愛國者、羅蘭特及尾刺地空導彈研制過程中的情況統計分析, 可得到如下結論: 由于采用VR 技術, 使靶試實彈數減少了30 %～60 %; 研制費用節省了10 %～40 %; 研制周期縮短了30 %～40 % , 其效益頗高。

美空軍的先進中程空空導彈(AMRAAM) 的系統仿真極為成功。由于仿真試驗充分, 在三次實彈試驗后便簽訂了導彈生產合同。美國波音公司亦對VR 技術作過效益分析, 它用一實例來說明問題。假若做3 000 發實彈試驗需兩年時間, 耗資1. 2 億美元, 而作同樣次數的VR 技術試驗, 僅需三周時間, 花費10 萬美元。

綜上所述, 可得到如下的結論: 采用VR 技術可有效地確定飛航導彈系統的性能及作戰空域, 型號研制得到頗高的經濟效益。

2. 4 　彌補外場飛行試驗之不足

對于現代多模多功能飛航導彈的制導系統, 僅靠單一的飛行試驗難以作出恰如其分的評估。一個多模復合系統, 為測試其多項功能, 便需在一個受控環境內, 輸入各種模式情況下所需的各種激勵信號, 并確定飛航導彈系統對激勵信號的響應靈敏度。由于受外場飛行試驗條件的限制, 多功能測試難以實現。由于某些因素, 如需在靶場實現多種特定的地面特性, 外場試驗條件難以實現。比較同樣型號的一個飛航導彈系統與另一個飛航導彈系統之間的差異, 外場試驗亦難以實現。鑒于上述情況, VR 技術試驗可彌補飛行試驗之不足。

此外, 由于飛行試驗費用昂貴,不允許借助大量的試驗來取得統計性數據, 而VR 技術試驗則可較為簡便地取得統計性數據。

2. 5 　有效地評估飛航導彈系統性能之重要方法

現以飛航導彈制導控制系統VR 技術仿真為例加以闡述。借助于從飛行試驗前的準備至飛行試驗實施的全過程, 逐步形成了對飛航導彈系統性能評估方法分級的概念。以逼真程度和復雜程度作為性能評估方法分級的依據, 從工作臺測試到實際作戰可將飛航導彈系統性能評估方法分為如下7 級?，F分別給予介紹:

1) 工作臺測試　用于提供測試單個硬件的性能參數;

2) 設計分析　用來預測各分系統間的相互作用;

3) 計算機仿真　又稱全數字仿真, 作為一種分析工具用于預測整個飛航導彈系統的性能;

4) 動態飛行試驗　如將導引頭掛在飛機上進行試驗, 用以評估導引頭硬件在飛行時的性能, 但不修正運動時的動態效應;

5) 半實物閉合回路仿真　是含實物的閉合回路仿真, 如導引頭在三軸轉臺上, 在受控的環境中進行閉合回路半實物仿真,用主計算機來實現飛航導彈的飛行動力學仿真模型;

6) 制導飛行試驗　這是在試驗靶場進行的飛航導彈飛行試驗, 試驗中以一種特定的環境替代實際威脅的情景;

7) 實彈發射　這是對飛航導彈系統有效性最高層次的測定。        通常, 從工作臺測試到實彈發射, 共分為7 級, 逐步增強其復雜性和真實性, 但實際情況仍需根據具體問題具體分析。如同一級性能評估方法亦可實現不同層次的真實性; 如制導飛行試驗選用的目標, 可以是信號源、航模、靶標乃至具有代表性的威脅。環境條件可以是無干擾乃至有嚴重的敵對干擾等。當其采用較逼真的實際威脅的目標模型時, 計算機仿真、動態飛行試驗及半實物閉合回路仿真等不同級的性能評估方法亦可實現相似層次的逼真程度。

無論是VR 技術試驗還是飛行試驗, 都要根據需要驗證的問題與方案, 恰當地選取逼真程度是絕對必要的。高逼真度是通過增加系統的復雜性、增大成本及花費較長的研制時間來獲取的。

過份的要求將會浪費有價值的資源。反之, 不滿足逼真度要求時, 回答系統問題所得出的答案將是無意義的。上述7 級性能評估方法, 不應將其視為無關的,而應將其視為有著內在有機聯系的。如計算機數學仿真和半實物仿真都將成為飛行試驗分析有價值的工具。另一方面, 飛行試驗數據將成為一種基準, 用于判斷仿真預測的真實性。

2. 6 　能為飛航導彈技術和管理決策提供科學的依據

近些年來, VR 技術在飛航導彈系統研制中已有了飛速的發展, 從單項應用發展到全系統應用, 從某一階段應用發展到全過程的應用?，F代VR 系統的建立與完善已成為飛航導彈系統從研制到裝備不可缺少的重要組成部分。一個飛航導彈系統的全壽命周期包含可行性論證階段、方案設計階段、工程研制階段、批量生產階段及裝備使用階段。在這些大階段中, 由前一階段轉入后一階段時, 存在著帶根本性的關鍵時刻, 此時需要作出技術性和管理性的決策, 一種日趨感到重要并具有頗高價值的能用于決策的信息資源是飛航導彈系統的仿真。因為仿真系統可提供如下優越性:·進行成本有效性的分析, 并尋找到有效降低研制成本的途徑;·頗具說服力的系統認證;·可信賴的系統性能評估,包括不同方案、不同狀態及不同技術參數時的性能比較;·按預定日程裝備部隊的可行性分析;

當出現新型威脅時, 可迅速反映出對飛航導彈系統的影響。迄今飛航導彈系統仿真已從研制性仿真發展到全壽命周期仿真。當然, 研制性仿真仍然是極為重要的組成部分。所謂全壽命周期是指從研究確定戰術技術指標開始, 直至裝備部隊使用的全過程。通?？煞譃槿缦?/font>7 個階段;