1、CATTS 美军多兵种战术训练系统1引言早在 20 世纪 60 年代，美国陆军研究人员就已经意识到，计算机可以用来加速武器系统效能的试验与评价过程。常规武器可以通过模拟和实弹射击来估价作战效果；武器的操作者也可以在模拟器和靶场上进行训练。在军用和民用航空业，训练驾驶员的飞行模拟技术所获得的显著成果，使美国军人深信：建立计算机模拟系统，也能用于训练指挥官和参谋人员。要达此目的，前提是计算机模拟训练系统要能够为受训者提供必须的信息，这些信息要与他们在实战中可能获得的信息极其相似；受训者因而能够对计算机模型中的部队发出机动和射击命令，就像他们在战场上实际指挥军队一样。 美国 TRW 公司是为美军提供
2、第一个计算机作战模拟系统的民间企业。该公司的前身是成立于 1954 年的腊莫伍德里奇公司。它是为研制导弹和航天系统提供系统工程服务的公司。在导弹和航天系统计算机模拟技术方面所获得的丰富经验，使 TRW 公司在 1967 年承接了研制战术模拟训练模型的第一个合同。这个模型是按美国国防部高级研究计划局的要求为美国陆军研制的，用于侦察分队战术训练和考核评估，取名为小型独立行动部队模型。 小型独立行动部队模型需要在地形、侦察和决策的建模方面进行一些新的尝试，并且考虑战斗过程中许多相互作用的细节。小型独立行动部队模型能够模拟持续几天的战斗，甚至能模拟从晴天、黎明、黄昏直至黑夜的光照变化。小型独立行动部队
3、模型的情况设置是一个 20 人以内的侦察分队行动，任务设置包括侦察和战斗，地形、天气、搜索、射击、机动、后勤，以及昼间、夜间战斗均实现了模型化。小型独立行动部队模型在 1970 年投入使用，美国陆军曾用实兵对抗方式对该模拟系统进行了检验性评估，给予了较高的评分。 在小型独立行动部队模型获得初步成功之后， TRW 公司立即扩充其功能，又研制完成了“机动和火力分析装置” MAFLA 。这个系统可以模拟营、旅级的作战行动，由此 TRW 公司获得了部队级作战行动的建模能力。研制小型独立行动部队模型和“机动和火力分析装置”所取得的成果，使 TRW 公司在美国陆军界名声大振。 1973 年一年之内，该公司
4、获得了美国陆军的一系列作战模拟研制合同，终于为营级战斗行动研制出了一套实时的模拟训练系统。该系统是第一个在美军中广泛用于军事训练的作战模拟系统，叫联合兵种战术训练模拟系统 CATTS 。 在联合兵种战术训练模拟系统获得成功之前，美国陆军已经长期使用一系列的作战模拟系统。这些系统能用来训练从排级到团级的各级指挥官。但这些系统绝大多数是用手工运行的，也就是前面介绍的各种兵棋作战模拟系统。兵棋运行所必须的计算完全依靠手算。虽然后来有些计算可以利用高性能的电子计算器作辅助，但仍然无法弥补兵棋模拟的先天缺陷：不能实时显示“敌方”行动。联合兵种战术训练模拟系统彻底改变了兵棋模拟缓慢的运行状态，它充分发挥了
5、计算机强大的运算能力，以极其迅速的模拟和多样、变化的“敌方”行动，大大增强了训练条件下战场情况的真实感。 联合兵种战术训练模拟系统运行在一个覆盖 27 ， 100 平方公里区域的地形数据库之上，这个地形数据库内含 432 万个标高点；计算机程序对量化的战斗火力数学模型进行快速运算，能够及时处理各种战斗因素之间的复杂关系。除地形数据外，该系统的数学模型中还包含武器效应、战场侦察手段、人员和装备的机动、天气效应、敌对双方的交火、力量消耗、视线与地形的相互作用，并能够自动产生战斗情况报告。模拟训练中，模拟的军队按照演习想定部署，由受训的营指挥人员下达命令。命令由模拟系统的数学模型运行并自动产生执行效
6、果。 联合兵种战术训练模拟系统的研制周期为两年。它体现了本书 H 章所讲的全部建模概念：地形起伏和植被地物的荫蔽作用、视觉搜索、射击和机动。虽然整个系统是一个营级的作战模拟系统，但实际上它已经把营的构成单位连、排、班的野战活动全部实现了模型化，建立了包括数学模型、物理模型和程序模型的一系列作战模型。 联合兵种战术训练模拟系统的训练形式是：作为受训者的营级指挥、参谋人员在一个标准的野战战术作战中心中展开作业。该战术作战中心配备全套野战指挥、通信、控制、情报装备（图 I-7 ）。运用这些装备，受训者可以从扮演下属（连、排）、友邻（营、连）和上级（旅）的控制人员那里接受命令和报告，或向他们发出命令和
7、报告。控制人员指挥计算机工作，调动敌军行动。各级受训、控制人员不是和真实的军队、敌人、战场环境发生关系，而是在与联合兵种战术训练模拟系统中的数学模型发生关系。 演习开始前，控制人员将演习想定“翻译”成计算机数据输入联合兵种战术训练模拟系统。演习开始后，联合兵种战术训练模拟系统按照演习想定自动产生敌 图 I-7 联合兵种技术训练模拟系统展开示意图 情通报、上级命令等数据，由控制人员“翻译”成战斗文书形式，用模拟的无线电通信网传给受训者。受训者下达给所属部分队的命令再通过扮演下属的控制人员输人联合兵种战术训练模拟系统，由计算机模拟的部分队执行。同时，扮演“敌军”的控制人员也作出类似的操作。 演习中
8、，联合兵种战术训练模拟系统反复检查对抗双方的“发现”、“射击”和“机动”事件，像在实战中一样按照实际作战时间自动产生战况报告。这些信息由计算机发送给控制人员，控制人员通过模拟的无线电通信网传达给受训者。受训者分析这些信息后作出判断，定下决心，通过模拟的无线电通信网对所属部队（由控制人员扮演）下达命令、指示。这些命令、指示再通过控制人员输人计算机。如此反复，直到演习结束。 由于联合兵种战术训练模拟系统的模拟过程快速实时运转，而且完全以战时工作方式面对受训者，所以能够为受训者提供非常逼真的实战感受。 该系统的控制台如图 I-8 。控制台的硬件设备包括一个计算机文字图表显示屏、一个以地图为底图、带坐
9、标显示数据的模拟战斗态势推演专用电视监视器、一个专用控制屏、一台高速打印机、键盘和将数据指令输入计算机的数字化仪、电子笔。这些设备能够确保及时记录、显示战斗态势信息。这种控制台共有三套，一个用于控制人员与受训者联系，一个供扮演“敌军”的人员使用，第三个供监控人员监控整个模拟训练过程。 图 I-8 联合兵种战术训练模拟系统的控制台 从上述过程中，你一定发现最繁重的工作集中在控制人员身上。他们是整个演习信息传递的桥梁。而这些信息又往往极其复杂、详尽。为了减轻控制人员的工作量，使他们跟上瞬息万变的战斗推演进程，联合兵种战术训练模拟系统专门为控制人员提供了一种非常方便的图形化信息交互方式。控制人员可以
10、用电子笔直接在计算机显示屏上拖动军队标号，选择时间、指示目标、标画阵地、确定路线等等。控制人员从中选出所需的图标，拖入地图中使用，数学模型产生的各部队行动以军队标号形式动态地显示在计算机显示屏上。 计算机显示屏上显示出“红”、“蓝”双方部队的标号，它们叠加在战场地图的电视模拟信号图像上。当模型中的部队移动时，它们的位置也在显示屏上被更新。控制台上的功能按键可供控制人员选择所要显示的军队标号类型。战场态势每分钟更新一次。控制人员最多可跟踪 99 个模拟的作战单位。战场地图挂在邻室的地图板上。控制人员可以平移、倾斜、升高一个遥控的电视摄像机，用以移动或改变被显示的地图区域，把信息传送给电视显示屏。
11、当地图区域改变后，计算机重新自动登记和显示军队标号。使用这种图形式的交互系统，控制人员能跟上连续变化的战场条件，把指定的战术标号显示在地图上，消除与受训者间的通信延迟。模拟演习的全部情况都有记录，事后可以重放，供讨论评估。 联合兵种战术训练模拟系统能够实时模拟战场情况，数学模型对起着关键作用。如果在实战条件下一辆卡车机动 100 米 需要 3 分钟，那么在数学模型中发生这件事也要 3 分钟。给受训者的信息流以自然方法发生，对他们造成真实的决策时间压力。利用模拟系统，控制人员可以连续向受训者提供坏天气、命令被误解、补给不足、敌人意外增援等等问题，迫使受训者在近似实战的条件下做出生死攸关的决定。
12、数学模型的详细模拟还使系统能够自动提供其他真实感。例如，通信系统在受到干扰的情况下能遭到不同程度的阻塞；一个坦克排奉命开赴的区域被一座小山遮蔽，那么计算机系统就要让这个排的观察和射击能力大打折扣；如果这个排奉命通过的是沼泽地区，计算机系统将迫使该排的机动遭受阻滞。此外，一台磁带录音机与邻近战术作战中心的扬声器构成音响系统，使受训者处于枪炮声大作的真实战场噪音环境之中。 图 I-9 是联合兵种战术训练模拟系统演习的一个实例。上部为控制人员在显示屏上看到的图像；下部为系统演习过程计算机打印记录的一部分。“红军”控制人员执行“敌方”指挥官的职能，“蓝军”控制人员执行“我方”指挥官的职能。在这个实例中
13、，红方单位 1 A 175 搜索蓝方单位 CBT 2 77 ，模型发出一个搜索警报信号给红方控制人员的监视器。这一事件的发生时间，以及这一事件最终是否发生，取决于地形、天气、 1 A 175 使用的搜索装置、双方部队活动的函数。所有这些有关的参数都要事先送入模型。因此，该模拟系统中的“发现”部分完全与本书 H 章描述过的模型相似。 在接到搜索警报信号后，扮演“敌方” 的红方控制人员通过上述图形交互系统向模型发出射击控制命令。在时间 010201 ，模型模拟的红方部队向蓝方部队开火。蓝方控制人员立即在他们的监视器上接受到一个由计算机模拟的蓝方先头连发出的接敌警报，扮演 CBT 2 77 的蓝军指
14、挥官立即向受训者报告：受训者部队处于被射击情况下。同时，类似的事件也可能发生在其他红、蓝部队中。例如， CBT 2 77 可以搜索 1 A175 ，并立即还击。 图 I-9 上半部是控制人员看到的显示屏图像 下半部是计算机打印输出的一部分记录 然而在此例中，这些可能的情况并没有发生。全体蓝方指挥人员知道的是：他们的 CBT/2 77 部队正被数量不明的敌人射击。依靠模型提供的战场条件和各方面的情况，受训的蓝方营指挥员可以有几种选择：可以命令单位 3 C 2-4 或单位 2 C 2-4 还击 1 A 175 ，或者命令蓝方迫击炮对敌人阵地射击。现在，受训者的选择是：命令蓝方单位 3 C 2-4
15、向 1 A 175 开火。这个命令被受训者在时刻 010205 传给蓝方控制人员，控制人员给模型输入一个机动控制指令，使 3 C 2-4 向右推进以便与红方部队交火。 在蓝方营指挥所正在选择自己的战斗处置方案时，数学模型并没有停下来等待，而是连续地计算双方的伤亡和弹药消耗。这样，如果受训者拖延他的处置时间，这将对战斗结果带来不利于自己的影响。 蓝方单位 3 C 2-4 到达指定位置的时间，受制于当时地形、天气、补给等因素。对所有这些因素，受训的蓝方营指挥员都必须考虑到。而且当援助正在途中时，蓝方营指挥所连续地收到 CBT 2-77 承受伤亡的报告 这个实例显示了联合兵种战术训练模拟系统的灵活性
16、和适应性。这个系统并不局限于千篇一律的战术或固定的决策规则。在模拟演习训练中，它对受训者面临的任何问题都不作简单刻板的解答。正如上例，通常都有几个可以用在当时情况处置中的好战术。这个系统并不对受训者提供任何定量的参数，如火力值、机动力值等等，它只是简单地报告战斗结果，十分像真正的战斗部队在实战中遇到的那样，因而颇受部队指挥员欢迎。 图 I-10 是联合兵种战术训练模拟系统的基本信息流程图，表示模型计算、输入指令和输出报告的程序。模拟计算、输入和输出数据每分钟更新一次。预处理机的数据库内包括模拟部队的消耗数据，在每个模块内新的计算完成后，这些数据被自动更新。有战术意义的事件出现在控制人员的显示屏
17、上，并且用通信系统传达给受训者。 图 I-10 联合兵种战术训练模拟系统的功能流程图 预处理机的功能是处理想定数据。这些数据由控制人员提供。包括：演习单位的番号、数量、位置、人员装备实力、补给、任务、战斗编成、气象条件等等。 在演习执行过程中，模型每隔一定时间就将图 I-12 中所有的方块自上而下循环一遍。前四个方块是执行“发现”。“射击”和“机动”功能计算，后三个方块是执行附加功能计算。循环一遍所间隔的时间叫模型的“步长”，相当于兵棋模拟中的“轮”。联合兵种战术训练模拟系统模型的步长是 1 分钟。在每一分钟结束时，战斗态势显示屏上的战斗单位就按其运动速度进至一个新位置，并按此新位置被模型计算。当每个方块中的计算完成后，数据库就被更新。系统自动将其中有战术意义的事件显示给控制人员，并连续通过音频通信传达给受训者。受训者的反应由控制人员通过图形化的交互系统连续地提供给模型。 后处理机的功能是存储完整的模拟运行记录，同时完成受训者和控制人员之间通信的磁带记录。演习的全部记录，包括完整的数据、显示、音频、视频信号都可以回放，使全体受训人员和训练组织人员能够回顾训练过程，用来讨论训练体验和总结经验教训。
