CN112233483A - 一种基于数字孪生的红蓝对抗训练方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字孪生的红蓝对抗训练方法。该方法为：构建虚拟训练战场，即所期望的红蓝双方发生对战的现实战场环境在虚拟世界中的投影，或直接人为假想设置虚拟战场环境；基于虚拟训练战场，添加红蓝双方实体在虚拟战场上的投影，形成虚拟数字孪生体，虚拟蓝军也可根据假想敌直接构建；在红蓝双方实体上添加各自的状态监测系统，进行实体的状态数据采集，并反馈至对应数字孪生体上；虚拟训练战场中的数字孪生体根据状态信息，仿真分析得到模拟战损情况并反馈至各自实体；在虚拟训练战场上，设定作战双方的交互规则与攻防效果的评估体系，对红蓝对抗的结果进行判定与复盘。本发明模拟逼真度高，训练效果的实战性强，成本低且应用范围广。

Description

一种基于数字孪生的红蓝对抗训练方法

技术领域

本发明涉及军事训练技术领域，特别是一种基于数字孪生的红蓝对抗训练方法。

背景技术

红蓝对抗作为国内外实战化军事训练的主要手段，但是假想敌蓝军的作战思想、作战特点、战术运用等由于保密等原因难于模拟，武器装备使用成本高、实弹训练危险程度高、战场环境变化大，这些因素都导致模拟蓝军系统缺乏逼真、红蓝训练缺少对抗，大大影响实战化训练水平；另外，在红蓝实兵对抗训练中，蓝军的战法随着演练的推进和深入，往往就回归到我军的战术与战法，结果“红蓝”对抗就演变成“红红”对抗，达不到锻炼红军的目的。数字孪生技术以数字化的方式建立物理实体的动态虚拟模型来仿真和刻画物理实体在真实环境中的属性、行为、规则等，与以往的数值仿真、平行系统等技术相比，它不仅仅是物理世界的镜像，也接受物理世界的实时信息，更要反过来实时驱动物理世界，是一种双向驱动的新生技术。本发明提出的基于数字孪生的红蓝对抗训练方法，旨在解决目前红蓝对抗训练中存在的成本高、难度大、逼真度低、针对性不强等一系列问题，并且孪生蓝军在接受规则后，能按既定的蓝军规则进行演练，从而避免“红红”对抗发生，且训练结果可以复盘及对比验证。

目前在实战化军事训练领域，暂无数字孪生技术的应用。该领域的相关技术多基于全实兵的训练方法，比如专利(CN201410097521.3基于实战化对抗训练的目标系统及其演练方法)将智能靶标引入实战化对抗训练中，并实现各子系统之间的无线电通讯，提升了训练的实战化水平。但是该技术是基于全物理实体模型的训练，训练成本高，无法模拟一些极端战场环境、武器装备及参演蓝军，其中的数据交互也是单向的，具有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟逼真度高、训练效果实战性强、成本低且应用范围广的基于数字孪生的红蓝对抗训练方法。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于数字孪生的红蓝对抗训练方法，步骤如下：

步骤1、构建用于红蓝对抗的虚拟训练战场，所建立的虚拟训练战场是指所期望的红蓝双方发生对战的现实战场环境在虚拟世界中的投影，或直接由人为假想设置的虚拟战场环境；

步骤2、基于所构建的虚拟训练战场，添加红蓝双方实体在虚拟战场上的投影，形成对应的数字孪生体；

步骤3、在参训实体上添加各自的状态监测系统，进行实体的状态数据采集，并反馈至对应数字孪生体上，建立实体部队与对应数字孪生体之间的实时联系；

步骤4、虚拟训练战场中的数字孪生体根据获得的状态信息，仿真分析得到模拟战损情况并反馈至各自实体；

步骤5、在虚拟训练战场上，基于装备性能、战场环境，设定作战双方的交互规则与攻防效果的评估体系，对红蓝对抗的结果进行判定与复盘。

进一步地，步骤1中所述的战场环境包括气象环境、地形环境、电磁环境、作战背景。

进一步地，步骤2中红方投影是指与红军实体部队所对应的数字孪生体，而蓝方投影是指蓝军实体部队所对应的数字孪生体或直接在虚拟场景内所设置的虚拟蓝军，所述的红军实体、蓝军实体分别包括作战兵力、作战装备及战场保障与支撑装备。

进一步地，步骤3中状态监测系统采用传感测量以及VR/AR/MR技术，监测实体兵力在战场上的空间布置与机动、作战装备的工作状况、单兵执行的装备操作、部队间的战术协同动作、武器弹药的消耗与储备、保障支撑装备对作战装备的维护修复，通过包括卫星通信、5G通信、战场电台的信息传递系统，将实体部队的上述状态信息实时加密传递并映射在虚拟战场中对应的数字孪生体上。

进一步地，步骤4所述虚拟训练战场中的数字孪生体根据获得的状态信息，仿真分析得到模拟战损情况并反馈至各自实体，具体为：

虚拟训练战场中的数字孪生体根据获得的状态信息，运用大数据分析、仿真分析的方法，得出弹药武器的打击弹道、对目标的毁伤能力以及对作战双方的模拟战损情况，再通过信息传递系统实时反馈至各自实体，最终实现红蓝双方的数字孪生体与对应实体之间的实时虚实交互，实现虚实兵力之间的互感、互抗及行动协同。

进一步地，步骤5中所述的攻防效果的评估体系，是指在设定的战场环境下，根据对抗双方武器弹药的能力与数量，基于战役战术目的，采用逻辑图、流程图或表格形式进行逻辑判断，完成对打击目标的毁伤效果度量。

进一步地，所述红蓝对抗训练的对抗性与逼真度，从蓝军模拟、虚拟战场、对抗攻击毁伤评估以及支撑技术这四个维度来衡量，具体为：

P_cv＝(A_bs,A_db,A_da,A_st)

式中，P_cv为基于数字孪生技术的红蓝对抗体系的对抗性和逼真度水平、A_bs是蓝军模拟的要素覆盖度与逼真度、A_db为虚拟战场的真实性与实战性、A_da为对抗攻击毁伤评估的可靠性与实时性、A_st为支撑本体系的技术方法和实现手段。

本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：(1)基于数字孪生技术，能够保证对抗训练体系中各要素之间以数据流的方式展开全面交互，各要素之间的输入、输出均基于经过验证的仿真分析、经验和试验，具有较高的准确性和可靠性，从而保证了整个对抗训练体系的逼真度；(2)孪生蓝军运用假想敌的战术与战法规则，也能依据信息的虚实互动，自主学习，达到更高战术思想，使训练效果的实战性更强；(3)对抗训练范围广，可以模拟真实对抗训练中无法模拟的极端情况，如核战争、城市攻防等；(4)基于数字孪生的红蓝对抗体系可以避免大规模的人员调动、后勤保障及武器装备的损耗，并且可以重复使用，体系更新、维护成本低；(5)对抗训练的交互数据完备详实，在复盘总结方面具有很大的便利性，并且在保证红军物理实体不变的情况下，可以快捷展开不同战术的演练，最大限度地保证了对比验证结果的可靠度。

附图说明

图1为基于数字孪生的红蓝对抗训练体系框架图。

图2为数字孪生技术框架图。

具体实施方式

本发明针对目前军事红蓝对抗训练存在的几个问题，提出了一种基于数字孪生的红蓝对抗训练方法，探索了蓝军模拟的新思路。其实质是一种虚实对抗训练，蓝军是虚，红军是实，战场环境、武器装备可实可虚。其实现方法是以数字孪生技术为主线，以传感器、物联网、大数据、5G通讯、混合现实等技术为手段，根据实际要求，建立战场环境、武器装备、蓝军等要素的数字孪生(虚拟实体)模型，并保证该数字孪生模型与物理实体模型、红军之间信息的实时与交互，进而选择性地建立红蓝对抗训练体系，围绕红军展开具有针对性、对抗性的实战化训练。

结合图1～2，本发明一种基于数字孪生的红蓝对抗训练方法，步骤如下：

步骤1、构建用于红蓝对抗的虚拟训练战场，所建立的虚拟训练战场是指所期望的红蓝双方发生对战的现实战场环境在虚拟世界中的投影，或直接由人为假想设置的虚拟战场环境；

步骤2、基于所构建的虚拟训练战场，添加红蓝双方实体在虚拟战场上的投影，形成对应的数字孪生体；

步骤3、在参训实体上添加各自的状态监测系统，进行实体的状态数据采集，并反馈至对应数字孪生体上，建立实体部队与对应数字孪生体之间的实时联系；

步骤4、虚拟训练战场中的数字孪生体根据获得的状态信息，仿真分析得到模拟战损情况并反馈至各自实体；

步骤5、在虚拟训练战场上，基于装备性能、战场环境，设定作战双方的交互规则与攻防效果的评估体系，对红蓝对抗的结果进行判定与复盘。

进一步地，步骤1中所述的战场环境包括气象环境、地形环境、电磁环境、作战背景。

进一步地，步骤2中红方投影是指与红军实体部队所对应的数字孪生体，而蓝方投影是指蓝军实体部队所对应的数字孪生体或直接在虚拟场景内所设置的虚拟蓝军，所述的红军实体、蓝军实体分别包括作战兵力、作战装备及战场保障与支撑装备。

进一步地，步骤3中状态监测系统采用传感测量以及VR/AR/MR技术，监测实体兵力在战场上的空间布置与机动、作战装备的工作状况、单兵执行的装备操作、部队间的战术协同动作、武器弹药的消耗与储备、保障支撑装备对作战装备的维护修复，通过包括卫星通信、5G通信、战场电台的信息传递系统，将实体部队的上述状态信息实时加密传递并映射在虚拟战场中对应的数字孪生体上。

进一步地，步骤4所述虚拟训练战场中的数字孪生体根据获得的状态信息，仿真分析得到模拟战损情况并反馈至各自实体，具体为：

虚拟训练战场中的数字孪生体根据获得的状态信息，运用大数据分析、仿真分析的方法，得出弹药武器的打击弹道、对目标的毁伤能力以及对作战双方的模拟战损情况，再通过信息传递系统实时反馈至各自实体，最终实现红蓝双方的数字孪生体与对应实体之间的实时虚实交互，实现虚实兵力之间的互感、互抗及行动协同。

进一步地，步骤5中所述的攻防效果的评估体系，是指在设定的战场环境下，根据对抗双方武器弹药的能力与数量，基于战役战术目的，采用逻辑图、流程图或表格形式进行逻辑判断，完成对打击目标的毁伤效果度量。

进一步地，所述红蓝对抗训练的对抗性与逼真度，从蓝军模拟、虚拟战场、对抗攻击毁伤评估以及支撑技术这四个维度来衡量，具体为：

P_cv＝(A_bs,A_db,A_da,A_st)

式中，P_cv为基于数字孪生技术的红蓝对抗体系的对抗性和逼真度水平、A_bs是蓝军模拟的要素覆盖度与逼真度、A_db为虚拟战场的真实性与实战性、A_da为对抗攻击毁伤评估的可靠性与实时性、A_st为支撑本体系的技术方法和实现手段。

本发明可以根据需要构建不同的战场环境、武器装备、蓝军，训练范围广，弥补普通红蓝对抗训练方法难以模拟极端战场环境的弊端。同时，该方法构建的对抗训练体系可以重复使用，大幅降低了训练成本，在战术训练复盘、对比验证等方面具有很高的便利性。

本发明对抗训练方法中的军事红蓝对抗训练中红军始终为物理实体，并根据需要建立虚拟实体，以达到对参训红军士兵的训练目的。蓝军、武器装备、战场环境等要素均有物理实体、虚拟实体两种模式，可根据实际需要选配构建红蓝对抗训练体系。对抗训练体系中各要素之间需要保持高效的数据交互，从而保证军事红蓝对抗训练的真实度和流畅度。红蓝对抗训练体系的运行遵循既定的标准、规则等，该标准、规则等需要具有一定的自增长、自学习、自演化能力，实时推动对抗训练的进行。红蓝对抗训练体系中虚拟实体具有一定自主学习能力，不仅可以对当前的输入作出分析与反馈，还可以作出一定程度的预测。

本发明基于数字孪生的红蓝对抗训练方法，具有以下特点：

(1)对抗训练体系要素模拟的逼真度高，训练效果的实战性强。一般对抗训练中无法保证“实兵+实弹”的全面展开，往往出现“形似神不似”的问题。基于数字孪生技术，能够保证对抗训练体系中各要素之间以数据流的方式展开全面交互，各要素之间的输入、输出均基于经过验证的仿真分析、经验和试验，具有较高的准确性和可靠性，从而保证了整个对抗训练体系的逼真度；孪生蓝军运用假想敌的战术与战法规则，也能依据信息的虚实互动，自主学习，达到更高战术思想，使训练效果的实战性更强。

(2)对抗训练范围广。可以模拟真实对抗训练中无法模拟的极端情况，如核战争、城市攻防等。

(3)对抗训练成本低。基于数字孪生的红蓝对抗体系可以避免大规模的人员调动、后勤保障及武器装备的损耗，并且可以重复使用，体系更新、维护成本低。长远来看，整体成本大幅降低。

(4)对抗复盘、战术演练对比验证方便。对抗训练的交互数据完备详实，在复盘总结方面具有很大的便利性，并且在保证红军物理实体不变的情况下，可以快捷展开不同战术的演练，最大限度地保证了对比验证结果的可靠度。

Claims (7)

1.一种基于数字孪生的红蓝对抗训练方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1、构建用于红蓝对抗的虚拟训练战场，所建立的虚拟训练战场是指所期望的红蓝双方发生对战的现实战场环境在虚拟世界中的投影，或直接由人为假想设置的虚拟战场环境；

步骤2、基于所构建的虚拟训练战场，添加红蓝双方实体在虚拟战场上的投影，形成对应的虚拟数字孪生体；

步骤3、在参训实体上添加各自的状态监测系统，进行实体的状态数据采集，并反馈至对应数字孪生体上，建立实体部队与对应数字孪生体之间的实时联系；

步骤4、虚拟训练战场中的数字孪生体根据获得的状态信息，仿真分析得到模拟战损情况并反馈至各自实体；

步骤5、在虚拟训练战场上，基于装备性能、战场环境，设定作战双方的交互规则与攻防效果的评估体系，对红蓝对抗的结果进行判定与复盘。

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的红蓝对抗训练方法，其特征在于，步骤1中所述的战场环境包括气象环境、地形环境、电磁环境、作战背景。

3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的红蓝对抗训练方法，其特征在于，步骤2中红方投影是指与红军实体部队所对应的数字孪生体，而蓝方投影是指蓝军实体部队所对应的数字孪生体或直接在虚拟场景内所设置的虚拟蓝军，所述的红军实体、蓝军实体分别包括作战兵力、作战装备及战场保障与支撑装备。

4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的红蓝对抗训练方法，其特征在于，步骤3中状态监测系统采用传感测量以及VR/AR/MR技术，监测实体兵力在战场上的空间布置与机动、作战装备的工作状况、单兵执行的装备操作、部队间的战术协同动作、武器弹药的消耗与储备、保障支撑装备对作战装备的维护修复，通过包括卫星通信、5G通信、战场电台的信息传递系统，将实体部队的上述状态信息实时加密传递并映射在虚拟战场中对应的数字孪生体上。

5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的红蓝对抗训练方法，其特征在于，步骤4所述虚拟训练战场中的数字孪生体根据获得的状态信息，仿真分析得到模拟战损情况并反馈至各自实体，具体为：

虚拟训练战场中的数字孪生体根据获得的状态信息，运用大数据分析、仿真分析的方法，得出弹药武器的打击弹道、对目标的毁伤能力以及对作战双方的模拟战损情况，再通过信息传递系统实时反馈至各自实体，最终实现红蓝双方的数字孪生体与对应实体之间的实时虚实交互，实现虚实兵力之间的互感、互抗及行动协同。

6.根据权利要求1所述的基于数字孪生的红蓝对抗训练方法，其特征在于，步骤5中所述的攻防效果的评估体系，是指在设定的战场环境下，根据对抗双方武器弹药的能力与数量，基于战役战术目的，采用逻辑图、流程图或表格形式进行逻辑判断，完成对打击目标的毁伤效果度量。

7.根据权利要求1所述的基于数字孪生的红蓝对抗训练方法，其特征在于，所述红蓝对抗训练的对抗性与逼真度，从蓝军模拟、虚拟战场、对抗攻击毁伤评估以及支撑技术这四个维度来衡量，具体为：

P_cv＝(A_bs,A_db,A_da,A_st)

式中，P_cv为基于数字孪生技术的红蓝对抗体系的对抗性和逼真度水平、A_bs是蓝军模拟的要素覆盖度与逼真度、A_db为虚拟战场的真实性与实战性、A_da为对抗攻击毁伤评估的可靠性与实时性、A_st为支撑本体系的技术方法和实现手段。

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