新加坡武装部队与模拟仿真训练

　　摘要

　　自从20世纪80年代初，新加坡武装部队（SAF）为了它的仿真训练系统，就一直在利用模拟仿真（ M＆S）技术。最初几年的重点是以个人的名义，或者以战斗小组成员的名义对士兵、接线员、炮手、飞行员和指挥官进行训练。

　　这些年来，新加坡武装部队，开拓进取，利用模拟仿真超越地区性的训练。包括作战任务规划和演习，决策支持，以及测试与评估。近期，在军事实验方面，模拟仿真技术也已经成为了一个非常重要的技术工具。

　　本文追溯了新加坡武装部队模拟仿真的演化过程，并提供了一种可以利用一系列科技进步来改变模拟仿真前景的观点。它也评估和预测了模拟仿真的未来发展情况。

　　引言

　　在许多军队里，模拟仿真系统的应用，从传统上讲，是被克服种种制约因素的需要所推动的，例如，训练区域的缺乏，实际训练时不断增长的成本，和有时难以获得的训练装备。对新加坡武装力量来说，情况并没有什么不同。

　　事实上，在资源匮乏的新加坡，新加坡武装部队甚至面临着更为严重的制约。毕竟，“小红点”的面积仅有699平方公里 ，还面临着不断下降的出生率，和不得不抓住影响该地区的主要问题。这些主要问题包括亚洲金融危机等。

　　所以，有什么比利用模拟仿真技术在虚拟空间里指导训练来克服这些制约因素更好的办法呢？随着模拟仿真技术在过去十年中的飞跃发展，作为新加坡武装部队的一项重要战略，这种解决方案不仅越来越可行，在战略上也越来越有优势，促使新加坡武装部队把种种限制转变成优势。

　　除了简单地增加训练机会和提高其质量与实际需要之外，新加坡武装部队在训练之外，同时利用模拟仿真来提升作战实力。特别地，该技术已经被应用于实际操作，例如，任务规划和演习，决策支持，以及测试与评估。

　　近来，由于需要转型新加坡武装部队来迎接未来战斗中的新挑战，模拟仿真技术在支持军队转型的军事实验中，也已经成了一个重要的工具和不可缺少的技术。

　　本文追溯了自20世纪80年代以来，新加坡武装部队模拟仿真演化的三次浪潮。

　　第一次浪潮

　　起初几年（20世纪80年代至90年代初） 早期成就

　　新加坡武装部队首次涉足模拟仿真，始于20世纪80年代初。这个单机模拟时代，是被图形和图像生成器（IG）技术的出现而助长的，这项技术与计算机显示技术一同发展。

　　二维（2D）图形的成熟推动了新加坡共和国海军（RSN）的基于海岸的战术训练中心的发展。用单色的二维图形符号仿真和呈现出战术情景，在各种各样的战术决策情况下，来训练船长。

　　不久之后，三维图形生成器开始出现。第一次，现实世界可以在一种合成的三维环境中复制出来，在一定程度上符合现实情况，可以接受用于训练。

　　这很快引起了各类飞行模拟器的开发和交付，帮助新加坡共和国空军（RSAF）训练飞行员驾驶舰队的A4S和F5ES ，以及驾驶AS332和AS550直升机。

　　对军队来说，炮兵射击控制训练系统（AFCTS）是第一个训练系统。交付于1983年的炮兵射击控制训练系统被用来训练着观察员和为消防和炮兵测距。该系统包含了一套由11个幻灯机所组成的发射系统，来模拟和显示发射和炮击的影响效果。

　　军队的第一个模拟器是装甲战术训练者（ATT），它是利用三维图形设计出来的。这个模拟器是在1989年交付的，用于训练装甲指挥官和AMX13坦克的炮手，以及全体员工的协调技能。从历史上看，在军队的三维模拟器中，ATT标志着一个新纪元的开始。

图1：IG生成的典型的三维图像

　　技术驱动力：图形和图像生成技术。模拟仿真系统的第一阶段的主要技术驱动力是图形图像技术的出现（图1）。

　　后来，IGs实际上变成了定制的和私人拥有的。用于现场管理和显示的实时图形软件，是由内部的几个主要仿真系统厂商或小的 IG制造商开发出来的。

　　例如，其中一个受欢迎的模型是通用电气公司（现在的Lockheed Martin公司）的多屏IG。这种IG被运用在ATT系统中，非常大，几乎填充了整个房间。

　　描述第一次浪潮

　　第一次浪潮可以描述为模拟器的展开，都是单机的和单一用途的。大部分都集中在培养个人的心理活动技能，如炮手和驾驶员，这种心理活动技能优先于生存训练。

　　第二次浪潮

　　发展的几年（20世纪90年代中期至2000年）

图2：应用在ATT上的私人IG

　　在20世纪90年代,模拟仿真产业相当成熟了——第二次浪潮。伴随着宽带网络的出现，迫切需要“分布式网络化模拟”，重心迅速从单机训练转移到团队训练和联合作战或一体化战斗训练。

　　全球模拟产业响应非常积极。新技术和新观念很快就出现了，使地理上分开的模拟器联网，在共同的综合环境中，进行联合训练。看上去好像它们是一个单一的模拟器。就是这个时代催生了分布式仿真协议。此外，计算机生成（CGF系统）技术不断进步，使得模拟实体的智能自动化行为更便捷，这大大降低了大型团队训练的需要，转化为个人训练 。

图3：VSS2000功能

　　新加坡武装部队模拟2000的远景

　　认识到模拟仿真技术的巨大潜力，新加坡武装部队在1995年制定并推出了一项大型计划，即所谓的新加坡武装部队模拟2000（VSS2000），加快模拟仿真技术快速发展。

　　VSS2000在三个层面上重视新加坡武装部队模拟器的战略性应用，即联合训练，作战和试验与评估（T&E）（图3 ）。主要强调通过双方在系统层面上的整合，进行联合训练，即模拟仿真和模拟作战系统集成，和服务水平。

　　从20世纪90年代中期，这个有重要意思的计划，致使一系列重大模拟仿真在新加坡武装部队里被实施。事实上，VSS2000的发展路线，可以看出第一种训练系统的现实性，以及一些创新的模拟仿真概念。

图4：建设性作战系统(SIMLAB)

　　显著的成果

　　军队运作了一个称之为陆上作战仿真的建设性作战系统（SIMLAB）（图4 ），这有利于在不同的指挥层次上训练总部的指挥官和工作人员，从军营到各个部门。除了指挥团队训练之外，这个系统也被证明是一个有用的工具，可以用于对不同军队结构的探索性研究，以及评估新的平台和武器系统。

　　另一个著名的模拟器，使军队里的综合团队训练更加方便，那就是驾驶训练仿真系统（DTSS）和装甲航炮战术模拟器（AGTS）。二者均出现在上世纪90年代末。

图5：驾驶训练模拟系统

　　该DTSS（图5 ）是一个全面基于运动的驾驶模拟器，包括八个轻便汽车站和八个依维柯卡车站。它促使新加坡武装部队这些车辆的司机，去学习和掌握在各种道路状况下的驾驶技术，包括一些新加坡的本地地形。另外，16个车站被联网起来，以提高在一个共同的虚拟环境中的护卫能力。

图6：AGTS系统

　　AGTS是另一个唯一的基于团队的仿真系统。除了训练士兵的个人射击技能，其六个视觉工作站整合，使不同的战斗队水平联合战术训练。该系统还提出了一些新概念。举例来说，模拟器可以很容易地和迅速地重新配置，以支持多达4种不同的装甲平台（包括sm1和bionix），通过一个独特的"即插即用"的概念。因此，取决于具体的练习要求，可以将具体的实际训练融入到虚拟环境下进行集中训练。

　　AGTS另一个技术成果就是它的高度智能化仿真能力，以及面对敌军的能力。它会根据之前定义的战术，自动地作出反映。由于CGF的推动，这个系统不仅能够模拟出诸如坦克和直升机的平台，也能够使士兵上下平台。这大大减少了额外的载人监测站的需要和演练人员的需要。

　　在技术上，对军队仿真来说，AGTS的出现是一个分水岭，它压缩了这个时代主要的模拟仿真技术：智能的CGF，网络化训练，共同虚拟环境，可配置的即插即用概念，以及可以供现货的IGs。

图7：A4SU全使命模拟器(FMS)

图8：空中交通控制模拟器

　　对于RSAF，几个技术上的里程碑在这个时期也被认识到。从带有整个穹顶展示（图7）的A4SU全使命模拟器（FMS），到带有360度 的全面视野全景三维显示系统（图8）的空中交通控制模拟器，这些模拟器是一个，从天的"割喉式"的驾驶舱和玩具飞机模型跑道。

　　在另一个重要的里程碑里，该RSAF还采用了一个分布式指挥和控制（C2的）模拟器——第一个两面的战斗工具，它能够使RSAF纵向指导C2的训练，从总部和指挥中心到空中基地。值得注意的是，这也是第一个和真正的C2系统集成在一起的模拟器。它具有重要意义，作为重要的功能的一个，VSS2000将认识到“战斗中训练”的模式，在这个模式里，使用真实的训练设备指导训练。

图9：ACMI的示意图

图10：ACMI--FISTS示意图

　　在20世纪90年代，全球定位系统（GPS）的出现，考虑到力量与力量的战术水平上的生存训练。这也是众所周知的在模拟仿真用语中的“仪器”。该RSAF实行了世界上第一个无边界空战机动仪表（ACMI）系统。通过利用全球定位系统和一个本土的数据链，该ACMI消除了被基于射程的系统所影响的边界（图9） 。ACMI还为新加坡武装部队开辟了'嵌入式仿真'的概念，那里的武器效果仿真被嵌入在真正的航天器中。这使飞行中的飞行员彼此互助，让战术训练既真实又安全的执行。

　　伴随着ACMI的成功，这项技术很快就应用于海上平台。这个所谓的舰队仪器化训练系统（FISTS），提供了带有操作系统的嵌入式仿真，以便执行模拟训练，甚至在船只出海的时候。

　　以"一体化设计"为特点的VSS2000 ，FISTS还与ACMI集成，在rsaf和RSN之间，提供了第一种一体化训练（图10 ），把嵌入式仿真和联合训练带入下一个水平。

图11：SGI可视化工作站(硅图形概况)

　　技术驱动者-网络技术

　　第二次浪潮被仿真网络技术助长了。这次采取了两个主要发展的形式：分布交互式仿真（DIS）和高层体系结构（HLA）。

　　DIS的起源，可以追溯到1983年，当时美国国防部高级研究计划局（DARPA）赞助模拟网络方案（SIMNET），以创造一个新技术，将单任务的训练者扩展到网络团队训练者。DIS通过规化的规程和标准设立了一个共同的数据交换环 境，以支持不同种类的地理分布的仿真之间的协调能力（国防部模拟与仿真办公室，1994年）。

　　事实上，一直到90年代中期，DIS是模拟仿真的网络标准，当时一个叫HLA的新标准出现了。除了采用了面向对象的方法和公布-订阅机制，HLA也提供了一个总体框架，以促进基础架构，以及进一步促进重用现有的模拟资产。在1996年，美国国防部授权HLA作为新的模拟网络标准（国防部采购技术的备忘录，1996年）。随后，HLA也授权了VSS2000 ，以更好地开拓的新兴商业现货供应（COTS）仿真技术。

　　个别地，从第一浪潮开始，图形处理技术的发展，继续有增无减，尽管重点有所转移。专利IGs，它们所有的处理能力和实力，很快就变得昂贵。为降低预算，它们失去了赞成票，它们的事业没有得到基于工作站的IGs的支持。尤其，硅图形很快成为带有COTS IG工作站的仿真工业的宠儿（图11 ）。从20世纪90年代中期至末期，SGI是占主导地位的IG供应商，不仅为国防仿真应用，而且也应用于娱乐和科学界。在此期间，新加坡武装部队是SGI的IG技术的一个热衷用户，有近10个模拟器用了SGI的解决方案。

　　描述第二次浪潮

　　第二次浪潮可以看出，借助于网络技术的发展，从单机模拟转变到在共同合成环境中分布式、网络化模拟。在此期间，新加坡武装部队也实施了许多旗舰仿真系统，并开创了新的模拟仿真概念，如“即插即用”、“模拟-C2的互用性”、“嵌入式仿真”。

　　第三次浪潮——上升到新高度

　　在新千年之际，新加坡武装部队正开始模拟仿真演化的另外一波。

　　VSS21

　　新加坡武装部队和DSTA在2001年1月揭开了VSS21 ，一个新的模拟仿真的总纲计划。

　　VSS21继续保持在VSS2000所建立的三个重点上。不过，VSS21的主要目标是利用模拟仿真，通过实验，根据测试和评估（T＆E），来加快军队的发展和现代化进程。

　　基于模拟仿真的实验将作为一个客观的平台，提供数字化探测地面测试和新的作战概念的试验，以满足21世纪的需求。

　　新概念和新技术，可以适当地“建模”，在合成的战斗环境下模拟实验。这种实验允许评估创新的观念和技术，以决定其发展实施之前的运行效果。

　　尽管强调T＆E尺寸，VSS21还会大规模实施VSS 2000所提出的概念。此外，技术还是会随着模拟仿真的执行而继续发展，几个创新正在进行中。

　　新举措

　　强调基于模拟仿真实验的重要性，新加坡武装部队在2003年11月成立了新加坡武装部队的军事实验中心（SCME）。被国防部长Teo Chee Hean称为“未来新加坡武装部队的关键”（海峡时报， 2003年），该SCME将调整模拟仿真技术和工具，来指导关于新的作战概念和创新技术能力的实验。

　　在仪器仪表领域，ACMI和FISTS已经开始运作，现正致力于军队的战场仪表系统，以及可能的RSAF的空防资产仪表。最终目标是要整合所有这些系统，实现三军和跨军种间训练的目标。这些仪表系统，可以帮助新加坡武装部队在战场上捕捉事件和数据，和提供一个良好的机制，以事后回顾的方式，来提高理论程序和操作流程。

　　VSS21的另一个旗舰将是空中任务训练器（AMT） 。一个低成本飞行盒子和迷你结构的网络，AMT将进一步提升RSAF的训练真实性。飞行员不仅能演习他们的作战任务，来模拟他们将面对的条件，他们也将能够在模拟条件下进行战斗。AMT也将提供一种机制，支持一个充分整合的环境，这个环境可容纳培训的全部层次——从个体水平，直至战役层次演习，通过电子连接到C2系统。

　　又一个属于军队的旗舰系统将借助VSS21而被实施。步兵航炮战术模拟器将是一个新的一代，沉浸式虚拟仿真系统，这个系统将培训营级指挥官和他们的主要参谋军官在战场上的规划、协调和执行能力。

图12：基于PC的IG及电脑绘图卡

图13：JEWEL框架

图14：为新加坡武装部队定制的运作亮点

　　技术趋势

　　图形技术-图形技术将继续快速增长。举例来说，在20世纪90年代得到很好应用的SGI，近几年已经被一类新的商品，基于个人电脑的图形超过了，通常指的是PC- IGs，和三维图形处理器技术的快速发展。

　　尽管那样，新的迹象已经出现， IG技术又是另一个变化的边缘——从PC-IG的“盒子”到PC绘图卡！再次，符合“更快，更便宜，更好”的口头禅，新加坡武装部队和DSTA已经开始迈向PC-IGs了，在任何可能的地方，电脑绘图卡随处可见（图12 ）。

　　转向基于PC的IGs，其中一个最直接的好处就是附带的在系统成本方面、系统尺寸方面和系统重量方面的削减。举例来说，紧凑的基于个人电脑的IG所提供的视觉能力，今天需要一个六英尺高机架的设备。价格的下降同样很大。而紧凑型的，国家采用最先进的个人电脑为基础的IG就可以以25,000美元或以下的价格买到，不久前的传统IGs将花费25万美元或更多。

　　组合模拟-在新的历史时期，模拟仿真不仅会有更大的增值，也可以使用模拟仿真作为一个服务。通过可组合的模拟仿真结构和标准，这个可以从根本上被实现，以促进模拟仿真模型和部件的重新使用。模拟仿真合成战斗环境可以被快速地配置，用于实验和战斗。

　　在美国，我们已经看到了各种提议，如美国国防部建模与仿真办公室的组合任务空间环境（CMSE），模型驱动架构（MDA）和可扩展的模拟仿真框架（XMSF）。DSTA还利用JEWEL（用于战斗和实验 的模拟仿真环境）作为框架和手段，为新加坡武装部队建成组合的仿真（图13 ）。

　　电脑游戏技术和军事仿真的衔接——虽然军事仿真和电脑游戏似乎有许多共通之处，但是，从传统上来说，他们的发展情况是不同的。

　　一端是军用仿真的地方，重点在于复杂的和真实的高逼真度仿真，以达到最高的学习转移。

　　另一端是较低保真度的低成本的游戏，但有引人注目的内容（虽然随着个人电脑的图形卡变得更加强大，电脑游戏已经越来越显示出不断增加的写实程度）。重点是通过创新内容所带来的乐趣。

　　新模拟仿真的时代将看到，这种应用将缩短差距，再加上电脑游戏技术灌输到军事仿真里面，以调节训练价值和乐趣。

　　这种混合解决方案不仅按照期望继续提供现实训练，它们也使我们的战士参与到感性领域里，在这里兴趣、兴奋、激动是关键要素。这就是我们所说的体验模拟。研究表明，这种应用，可以提高学习转移（wigforss，2002年）。

　　认识到这种潜力，DSTA已开始利用来自娱乐产业的创新技术，来补充传统的军事训练方法。举例来说，DSTA和军队，为了训练和实验，已适应了一个军事题材的名字叫运作闪点（OFP）的COTS游戏（图14）。描绘我们士兵、车辆以及当地地形的三维模型，已经发展到为新加坡武装部队定制OFP了。结果和士兵的反馈，都是肯定的（FONG，2005年）。

　　另据报道，dsta和军队还为了创新技术，和研究所合作，以定制兴建两个新的游戏，全局指挥和全局领导（图15）。分别针对连长和排长，这些游戏的目的是通过真实生动又有趣的娱乐性游戏，培养认知技能、战术决策、资源管理和自适应的思想。目前正在评估这两个游戏的训练效果。

　　来自于电脑游戏产业的其他技术，如创意说故事技巧和多玩家线上游戏也将被研究和调整，应用于军事方面。

　　时代的到来

　　新加坡武装部队的模拟仿真在短时间内已经大步演化了。经过二十年的创新发展，新加坡武装部队目前正处在新千年边缘的另一种演变，总之，新加坡武装部队的模拟仿真技术已经达到成熟阶段，并期待成为关键技术，为第三代武装部队及其转型而努力。

　　作者简介：Victor Tay Su-Han先生目前是dsta的项目经理。他负责建模和仿真的长期技术总体规划，也管理研发与当地和外国合作伙伴的协作。辩护技术培训奖持有人，他曾在美国佛罗里达中央大学获得交互式仿真科学硕士学位（工业工程与管理系统）。

　　来源：DSTA视野

　　原作者：Victor Tay Su-Han

　　编译：知远/小顾