1.2 雷達系統半實物仿真技術的發展

1.2.1 半實物仿真技術的發展現狀

20世紀40年代，半實物仿真最早被用于飛行模擬，以達到改善飛行模擬器的設計和訓練飛行員的目的。20世紀60年代，美國開展了對導彈系統的仿真。1962年，響尾蛇導彈項目采用了半實物仿真技術開展研究。1982年，美國陸軍導彈司令部在紅石兵工廠（Redstone Arsenal）建立的高級仿真中心（Advanced Simulation Center，ASC），通過半實物仿真等技術實現了導彈系統的模擬。半實物仿真大大降低了導彈系統設計的成本，從而受到美國軍方的大力推廣。隨后，美國陸續開展了導彈半實物仿真技術的研究。文獻[2]給出了美國航空航天學會設計的導彈半實物仿真模型，該仿真模型包含了數學模型和實物模型，而實物模型的引入，使得仿真系統的逼真度大大提高，如圖1.1所示。

圖1.1 美國軍方導彈半實物仿真模型

1984年，美國航空航天局將半實物仿真技術用于高機動飛行器的設計中，解決了飛行器高機動特性導致難以廣泛開展試驗的問題。1989年，日本國家空間發展局（National Space Development Agency of Japan，NASDA）開展了火箭滾動控制系統的半實物仿真技術研究。進入21世紀，半實物仿真技術得到更為廣泛的研究。德國、意大利等國家利用半實物仿真技術對電力控制系統、衛星、無人機等的設計進行模擬仿真，大大縮短了研制周期，降低了研究經費。

隨著仿真技術相關理論的不斷完善，加之美國對半實物仿真技術的重視，從20世紀80年代至今，美國軍方建立了世界上最完備的作戰仿真體系，其主要包括擴展防空仿真（Extended Air Defense Simulation，EADSIM）系統、聯合建模與仿真系統（Joint Modeling and Simulation System，JMASS）、聯合仿真系統（Joint Simulation System，JSIMS）、聯合作戰系統（Joint Warfare System，JWARS）、WARSIM 2000和戰爭綜合演練場（Synthetic Theater Of War，STOW）。

比較有代表性的SIMNET項目是美國國防部高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）于1983年開展的。該項目旨在發展高逼真、網絡化的新一代仿真模擬器，從而將仿真成本降低為已有模擬器的百分之一。截止到1990年，SIMNET項目在美國和歐洲地區的11個城市共部署了260個可互聯的仿真模擬器，用于美國軍方的軍事模擬與訓練。

文獻[3]指出，美國Teledyne Brown工程公司在1987年為美國軍方戰略司令部開發了EADSIM系統，如圖1.2所示。EADSIM系統可以用于空戰、空間戰、導彈戰、戰場指揮等作戰樣式的仿真，因而被美國軍方廣泛使用。隨后，EADSIM系統不斷更新，截止到2015年，EADSIM系統已經更新至版本18.5。

圖1.2 美國軍方EADSIM系統

歐洲國家對仿真技術也十分重視，1989年，北歐制訂了“歐幾里德”計劃，將仿真技術列為11項優先發展的項目之一。北大西洋公約組織（The North Atlantic Treaty Organization，NATO）于1992年成立了數字分布式仿真工作組。隨后，NATO在艦船設計、發動機設計、飛行試驗模擬、雷達電子對抗等領域開展了仿真技術的研究。2000年，NATO開展了飛行試驗的仿真方法研究（Simulation in Support of Flight Testing，編號：RTO-AG-300-V19），該研究采用了包括半實物仿真在內的五種方法實現固定翼飛機試驗的仿真。2003年，NATO在成像雷達對電子對抗措施的脆弱性研究中，主要采用了仿真與外場試驗等手段。意大利SELEX伽利略公司于2010年開發了仿真訓練系統，用于無人機模擬、紅外成像、SAR成像的仿真等方面的研究。

與歐美各國相比，我國的半實物仿真技術起步于20世紀80年代，但是發展迅猛。代表性的仿真系統主要有：紅外制導導彈半實物仿真系統、火箭姿態控制半實物仿真系統、復合制導導彈半實物仿真系統、水下航行器的半實物仿真系統等。隨著半實物仿真技術的發展，國內科研機構在無人駕駛系統、衛星姿態控制等方面的半實物仿真技術也達到了較高水平。其中，西北工業大學利用半實物仿真技術對無人駕駛飛機的運動進行了模擬，哈爾濱工業大學則進行了微型人造衛星半實物仿真的研究。

綜合當前公開發表的文獻來看，世界各國對半實物仿真技術都有了深入認識和廣泛使用。但是，在作戰仿真體系方面，歐洲國家的完備性尚不如美國。同時，我國仿真技術起步較晚，半實物仿真雖然得到迅速發展，但仿真精度不高、應用領域有待擴展，且相比歐洲國家，尚未構建較為完善的仿真體系。