以假代真假亦真
―― 舰船操纵训练仿真及海军战术训练仿真
清华大学自动化系教授 熊光楞
清华大学自动化系教授 肖田元
在几个电视大屏幕前，人们抑制不住内心的激动低声地交谈着。屏幕上海面波涛汹涌，海港景物历历在目，驾驶舱内，操作人员执行着不断发来的舵令：左满舵、前进3、……、停车！看着如此逼真的景象就仿佛置身于茫茫的大海上进行着一次海上航行。这是电子游戏吗？不，这是我校自动化系系统仿真实验室与海军合作负责研制的舰船操纵训练仿真系统在进行演练。
加强国防、努力开拓
改革开放以后，随着国民经济及国防现代化的发展，系统仿真技术越来越引起人们的重视。为了推动系统仿真技术的发展与应用，特别是大力发展数字仿真技术，我校自动化系率先在1978年建立了系统仿真实验室，这是全国高校中第一个以数字仿真为主的仿真实验基地。实验室建立后除开设了系统仿真课程外，还承担了许多与国民经济发展有关的科研项目，如：汽车结构参数对转向轮摆振影响的仿真研究（该项目曾获得国家科技进步三等奖）、大型雷达控制系统的仿真设计等。都取得了十分满意的结果。
80年代初中央提出国防现代化，包括武器装备的信息化及指挥自动化，特别强调要加强部队在新形势下的实战训练，提高部队的战斗力。在这种背景下，我校自动化系系统仿真实验室与海军合作从1982年开始负责研制舰船操纵训练仿真器及海军合同作战战术训练仿真系统。它们分别于1984年及1986研制成功，并获得了实际应用。前者获得国家科技进步三等奖，后者获得国家教委二等奖。为我国国防事业及仿真技术作出了积极贡献。
刻苦钻研、勇攀科技高峰
一般说来，凡是需要有一个或一组熟练人员进行操作、控制、管理和决策的实际系统，都需要对这些人员进行训练、教育和培养。早期的培训方法大都是在实际系统中进行的。随着技术的发展，系统的规模日益庞大、复杂，系统的造价日益昂贵，训练时因操作不当引起的破坏和危险性也大大增加，因此，提高系统运行的安全性事关重大。为此，需要有这样的系统，它能模拟实际系统的工作状况及环境，又可避免采用实际系统进行训练时所带来的危险性及高昂的代价，这就是训练仿真系统。
接到这项课题之后，课题组的教师便全身心的投入到研究之中，日以继夜地工作，加班加点，克服了种种困难，付出了极大的精力和时间，终于研制成功。
训练仿真系统是应用各种工程技术的综合产物，如计算机技术、自动控制技术、系统建模技术、电视、通讯、光学、电子技术等均涉及到，概括起来，有三方面的内容需要重点研究与考虑，1.仿真对象（如：舰船、飞机等）数字模型的建立；2.对象运行环境的仿真，如视景的仿真；3.计算机系统，它负责运行仿真对象的数字模型并控制与管理仿真实验的进行。
为了使我们研制的舰船操纵训练仿真器能在各种工况下真实的反映舰船运动状况，我们在国外通常采用的Nomoto方程的基础上进行了改进，提出了全工况船舶运行的数学模型，即全面考虑风力、水流及其它各种因素对船舶运动的影响，由于舰船操纵训练的主要科目是舰船进入港口后的操纵，为节省造价，我们研制了以电视?D?D沙盘为基础的视景系统，该系统按一定比例将港口制作成立体模型，然后通过计算机控制的摄像机将景物摄入并在电视上放映出来，另外，我们大胆采用了当时刚刚流行的微型计算机，编制了实时仿真软件提高了系统的可靠性及可扩充性。1984年在海军领导机关主持召开的鉴定会上，由有经验的舰长进行操作，一致认为在风力、风向、舰船运动惯性等外界条件影响下仿真运行与实际舰船运行相同，受到了许多专家特别是有丰富实际经验的舰长们的好评，认为它在技术水平及功能上已达到了七十年代末期国际先进水平。但造价仅为同类产品的1/5。
不断进取，更上一层楼
过去在部队中及军事学院中训练各级指挥员通常采用的方法是课堂教学及纸上练兵，实战演习较少，为了提高指挥员在多兵种合同作战环境下的指挥能力，我们和海军合作在舰船操纵训练仿真器的基础上，进一步研制了海军战术训练仿真系统，它采用多计算机网络系统，每台计算机可模拟一个作战单位（如：一艘军舰、一队飞机），指挥员可在自己的屏幕上看到他能够了解到的作战态势，如：我方兵力分布情况及运动趋势，敌方部分兵力分布情况及运动趋势，还可通过其它通讯方式了解战场情况，指挥员的决策可以通过键盘及其它通讯工具下达，计算机中安装有各种作战单位的运动方程及武器效应数学模型，因此可比较真实的计算出战场态势的变化。该系统不仅能非常方便的输入作战演习的方案，而且可以记录整个作战过程，并加以回放，以便评定指挥员指挥的正确性。系统首次采用了局域网技术，为进行大规模作战训练打下了基础。
这2套训练仿真系统的研制虽然是在20世纪80年代初期，但是它代表了一种新的、先进的趋向，因此虽然过去了近20年，但这2套仿真系统所涉及的思想不仅被充分得到了肯定，而且进一步得到了发扬光大。现在训练仿真系统已近乎遍布工业、国防各个领域，如：汽车、坦克、火车、电厂、电站、化工系统、船舶、飞机、载人人飞船、战术训练、战役训练等等。训练仿真系统已成为信息产业中的一个重要组成部分。
