1.2 基本概念

美国国防部DoDD 5000.59指令中在建模与仿真管理部分将模型定义为：一个模型是一个系统、现象或过程的物理、数学或逻辑的表示。而仿真具有两方面的作用：模型随时间运行的实现方法；采用真实系统或由模型再现的概念系统支持测试、分析或训练的技术。一般仿真类型可以根据仿真研究的基本要素进行分类。任何仿真都必须达到一定的研究目的，所以，可以将仿真的定义补充为：根据研究目的，建立系统模型，并在模型上进行试验，从而更深入地认识系统并发现系统运行规律的过程。

1992 年，美国国防科学委员会根据仿真实验特点定义了如表1.2.1 所列的模型和仿真的类型。

表1.2.1 模型和仿真的类型

其中模拟仿真系统包含各类计算机仿真模型，与作战有关的各种模型以及各种仿真分析工具。武器装备论证、研究和作战运用中需要使用不同层次的、大量的模拟仿真模型，下至描述武器装备或其部件功能的单元工程模型，上至描述大型战役的集成模型。低层次的模拟仿真可以用于详细的工程设计和费用估算，以及系统和子系统的性能计算。高层次的模拟仿真可用于获取作战信息，分析、评估作战任务需求或后勤保障需求。模拟仿真可以在与人交互的情况下运行，也可以不与人交互。在前一种情况下，仿真常以作战模拟的形式出现，可用于军事人员训练或战术、条令研究；在后一种情况下，仿真常以性能／效能仿真的形式出现，可用于计算具有一定统计置信度的评估结果。

虚拟仿真通常是指在虚拟环境中进行的人在回路仿真。典型的人在回路仿真系统有三维虚拟仿真器、联网仿真器系统等。在虚拟仿真中，被仿真系统可以包括硬件，但其运行要受计算机仿真结果的驱动。例如，在武器系统训练模拟器中可以包含一个近乎真实的操作室，里面放置各种修正装置、显示设备和操作仪表盘。计算机生成的合成虚拟环境显示在操作人员前面的屏幕上，并反映在显示设备和操作仪表盘上。武器平台的运动受动力学仿真模型的驱动，仿真过程中发出的各种声响直接录自实际声源。在虚拟仿真环境中，操作人员看到的、感受到的和所做的和实际情况一样，从而产生一种沉浸感。在进行实战演习、试验或演练之前，人在回路中的仿真可以为军事人员提供一个训练平台。将多种武器系统模拟器互连，可以检验多武器一平台之间的互连能力，支持战术和作战条令研究。虚拟仿真也为研制过程中武器系统硬件和软件的评估提供了强有力的工具。

实拟仿真是由实际的战斗人员操作使用实际的武器装备，在接近实际的作战环境中进行的武器装备试验和作战演练。实拟仿真系统与试验靶场配套使用，可以采集武器装备（系统）及其指挥控制软件在作战使用环境中的实际性能数据。与使用部队和现役武器装备在实战环境条件进行实战演习相比，实拟仿真更容易进行，并且耗费和损失较少。尽管如此，实拟仿真也要耗费大量人力、物理和财力资源，并花费大量的时间。从实拟仿真中采集的数据，可以用于评估未来武器装备的实战性能和作战使用原则，也有助于对用于武器装备虚拟管理的模型和仿真系统的结果进行确认和验证。在进行实拟仿真之前，可以先进行模拟仿真或虚拟仿真，对实拟仿真的实验或演练计划、方案和人员进行先期演练，发现需要研究的关键问题。实拟仿真可以印证虚拟仿真形成的重要结论，多武器平台实拟仿真还可以对武器装备之间的实际交互能力和互操作性进行更为客观的评价。

人们对仿真研究中需要何种细节程度的模型、需要采用何种方法描述模型以及仿真的作用等问题存在很多不同的观点。这主要是因为实际应用中存在众多不同类型的仿真，即使针对同一个仿真或模型，人们考虑的应用和问题也可能千差万别。一般来说，不同类型的仿真实验需要不同详细程度的模型和仿真以支持不同的仿真应用。这些模型和仿真形成了建模与仿真的层次。军用仿真领域就是一个典型的多层次的仿真领域。层次较高的建模与仿真涉及国家政策和兵力结构规划，而层次较低的仿真则可能包含实际的武器系统试验。美国国防部在仿真项目的管理和组织中将建模与仿真的层次进行了如图1.2.1 所示的划分，其中包含了不同层次仿真需要考虑的兵力、武器实体和系统的分解结构，并说明了不同层次的仿真所对应的系统层次和分析层次。

图1.2.1 美军M&S的发展前景对可组合性的期望

军用建模与仿真的层次包括以下几个层次：

· 工程层次（Engineering）：用于武器装备的设计、费用计算、制造和保障领域，主要支持武器装备的性能评估（Measures of Performance，MOP）。

· 交战层次（Engagement）：用于评价对抗条件下的武器系统效能，主要支持武器装备的系统对系统的效能评估（Measures of Effectiveness，MOE）。

· 使命/作战层次（Mission/Battle）：评价作战单元或多个平台执行一个特定使命的效能，主要支持兵力对兵力层次的效能评估（MOE）。

· 战区/战役层次（Theater/Campaign）：用于给出战区/战役层次作战中联合作战兵力的作战结果，可以在最高战争层次上进行作战兵力价值和作战方案评估，有时称为战果评估（Measures of Outcome，MOO）。

表1.2.2总结了每个层次模型与仿真的主要属性和特点。

表1.2.2 不同层次模型与仿真的主要属性和特点

没有任何一个仿真集成标准和规范是通用的。根据上述仿真类型和仿真层次的划分，SMP属于支持工程层次和交战层次的仿真模型开发和集成标准，主要用于模拟仿真，也可以支持低层次的训练模拟仿真的模型集成标准。