虚实结合仿真在军事领域的应用综述

阐述了虚实结合仿真的概念与内涵。根据技术思路的不同，从数字孪生、LVC 仿真和平行 系统三个领域总结了当前虚实结合仿真的发展现状和存在的问题，分析对比了三种方式的异同和 优缺点，并阐述了其主要适用领域。针对目前军事训练、作战试验、装备研发、维修维护遇到的 困难，以理论指导、案例对比、迁移运用的方式提出了基于虚实结合的解决方法。针对军事领域 相关装备和试验的高保真性、保密性和安全性要求，提出了未来虚实结合仿真的发展方向。 虚实结合仿真是在全物理仿真难以做到，纯 虚拟仿真的可信度无法达到要求时，应运而生的 一种仿真技术，半实物仿真是最早的虚实结合仿 真。其技术的快速发展要追溯到二十世纪四十年 代，是自动化武器诞生出来的时期，半实物仿真与其一同发展[1]。由于半实物仿真对导弹研制的 巨大意义，在这个时期，美国、苏联和欧洲等国 都对其投入了大量资源进行研究。特别是电子技 术发达的美国，在此领域更是独占鳌头。由此可 见，虚实结合仿真在诞生之初就与计算机性能和 计算能力紧紧关联起来。 自 20 世纪 70 年代以来，计算机技术与芯片 制造技术飞速发展，摩尔定律一次次得到印证，与此同时，八十年代开始出现 LVC 仿真[2]，在 2002 年，由密歇根大学的 Michael Grieves 教授提 出了数字孪生的概念[3]，并阐述了数字孪生技术 在工业生产和产品管理中的应用前景。在 2004 年，王飞跃教授提出了平行系统的概念，指出平 行系统是一个自然的现实系统与对应的一个或多 个虚拟或理想的人工系统所组成的共同系统[4]。 虚实结合是完成系统的虚拟仿真和实际待测设备 互换互联的结合方式，该方式能发挥虚拟系统仿 真具备的接口抽象、功能模拟和测试功能迭代开 发的特点，同时结合实际设备的真实性，使得测 试满足全面、高效和可靠要求[5]。虚实结合的仿 真方式，充分调动了仿真系统中的数字资源和物 理资源，使原本如设计—建模—仿真—验证呈线 性进行的开发流程，能在仿真与验证阶段并行开 展，有效提高了开发效率。 科技是军队战斗力的重要组成部分，当一项 新技术问世时，我们应当首先考虑能否将其用于 军事领域。当在科技的助力下，两支军队的武器 技术存在代差时，胜利的天平就已经向武器技术 先进的一方倾斜了，这一倾斜在如今陆海空天电 网全域战场中将会愈发明显，这也是我军不断强 调科技兴军的原因之一。虚实结合技术作为未来 极有希望的新兴技术，对战斗力的促进作用已经 初步显现，未来的发展趋势也将难以估量。 本文聚焦于军事应用，按照理论和技术的复 杂程度由浅入深的顺序，调研了近年来虚实结合 的三个主要技术领域，即 LVC 仿真、数字孪生、 平行系统的学术成果和在军事领域的应用。总结 了目前主要的应用方式和已有的工程成果，在此 基础上指出了当下虚实结合应用存在的一些问 题，探索了虚实结合在军事领域的应用前景和待 突破的技术，为未来虚实结合在军事领域更好地 提升战斗力提供了理论和方法参考，主要研究内 容如图 1 所示。