1.2 雷達(dá)系統(tǒng)半實(shí)物仿真技術(shù)的發(fā)展

1.2.1 半實(shí)物仿真技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)40年代，半實(shí)物仿真最早被用于飛行模擬，以達(dá)到改善飛行模擬器的設(shè)計(jì)和訓(xùn)練飛行員的目的。20世紀(jì)60年代，美國開展了對導(dǎo)彈系統(tǒng)的仿真。1962年，響尾蛇導(dǎo)彈項(xiàng)目采用了半實(shí)物仿真技術(shù)開展研究。1982年，美國陸軍導(dǎo)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(shí)物仿真等技術(shù)實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)彈系統(tǒng)的模擬。半實(shí)物仿真大大降低了導(dǎo)彈系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本，從而受到美國軍方的大力推廣。隨后，美國陸續(xù)開展了導(dǎo)彈半實(shí)物仿真技術(shù)的研究。文獻(xiàn)[2]給出了美國航空航天學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)的導(dǎo)彈半實(shí)物仿真模型，該仿真模型包含了數(shù)學(xué)模型和實(shí)物模型，而實(shí)物模型的引入，使得仿真系統(tǒng)的逼真度大大提高，如圖1.1所示。

圖1.1 美國軍方導(dǎo)彈半實(shí)物仿真模型

1984年，美國航空航天局將半實(shí)物仿真技術(shù)用于高機(jī)動(dòng)飛行器的設(shè)計(jì)中，解決了飛行器高機(jī)動(dòng)特性導(dǎo)致難以廣泛開展試驗(yàn)的問題。1989年，日本國家空間發(fā)展局（National Space Development Agency of Japan，NASDA）開展了火箭滾動(dòng)控制系統(tǒng)的半實(shí)物仿真技術(shù)研究。進(jìn)入21世紀(jì)，半實(shí)物仿真技術(shù)得到更為廣泛的研究。德國、意大利等國家利用半實(shí)物仿真技術(shù)對電力控制系統(tǒng)、衛(wèi)星、無人機(jī)等的設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬仿真，大大縮短了研制周期，降低了研究經(jīng)費(fèi)。

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

比較有代表性的SIMNET項(xiàng)目是美國國防部高級研究計(jì)劃局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）于1983年開展的。該項(xiàng)目旨在發(fā)展高逼真、網(wǎng)絡(luò)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(xiàng)目在美國和歐洲地區(qū)的11個(gè)城市共部署了260個(gè)可互聯(lián)的仿真模擬器，用于美國軍方的軍事模擬與訓(xùn)練。

文獻(xiàn)[3]指出，美國Teledyne Brown工程公司在1987年為美國軍方戰(zhàn)略司令部開發(fā)了EADSIM系統(tǒng)，如圖1.2所示。EADSIM系統(tǒng)可以用于空戰(zhàn)、空間戰(zhàn)、導(dǎo)彈戰(zhàn)、戰(zhàn)場指揮等作戰(zhàn)樣式的仿真，因而被美國軍方廣泛使用。隨后，EADSIM系統(tǒng)不斷更新，截止到2015年，EADSIM系統(tǒng)已經(jīng)更新至版本18.5。

圖1.2 美國軍方EADSIM系統(tǒng)

歐洲國家對仿真技術(shù)也十分重視，1989年，北歐制訂了“歐幾里德”計(jì)劃，將仿真技術(shù)列為11項(xiàng)優(yōu)先發(fā)展的項(xiàng)目之一。北大西洋公約組織（The North Atlantic Treaty Organization，NATO）于1992年成立了數(shù)字分布式仿真工作組。隨后，NATO在艦船設(shè)計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、飛行試驗(yàn)?zāi)M、雷達(dá)電子對抗等領(lǐng)域開展了仿真技術(shù)的研究。2000年，NATO開展了飛行試驗(yàn)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(shí)物仿真在內(nèi)的五種方法實(shí)現(xiàn)固定翼飛機(jī)試驗(yàn)的仿真。2003年，NATO在成像雷達(dá)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(yàn)等手段。意大利SELEX伽利略公司于2010年開發(fā)了仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，用于無人機(jī)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(shí)物仿真技術(shù)起步于20世紀(jì)80年代，但是發(fā)展迅猛。代表性的仿真系統(tǒng)主要有：紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈半實(shí)物仿真系統(tǒng)、火箭姿態(tài)控制半實(shí)物仿真系統(tǒng)、復(fù)合制導(dǎo)導(dǎo)彈半實(shí)物仿真系統(tǒng)、水下航行器的半實(shí)物仿真系統(tǒng)等。隨著半實(shí)物仿真技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)在無人駕駛系統(tǒng)、衛(wèi)星姿態(tài)控制等方面的半實(shí)物仿真技術(shù)也達(dá)到了較高水平。其中，西北工業(yè)大學(xué)利用半實(shí)物仿真技術(shù)對無人駕駛飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了模擬，哈爾濱工業(yè)大學(xué)則進(jìn)行了微型人造衛(wèi)星半實(shí)物仿真的研究。

綜合當(dāng)前公開發(fā)表的文獻(xiàn)來看，世界各國對半實(shí)物仿真技術(shù)都有了深入認(rèn)識和廣泛使用。但是，在作戰(zhàn)仿真體系方面，歐洲國家的完備性尚不如美國。同時(shí)，我國仿真技術(shù)起步較晚，半實(shí)物仿真雖然得到迅速發(fā)展，但仿真精度不高、應(yīng)用領(lǐng)域有待擴(kuò)展，且相比歐洲國家，尚未構(gòu)建較為完善的仿真體系。