美国空军综合虚拟试验靶场：联合模拟环境

一体化、多域作战能力的进步正在挑战各国军队快速设计、开发、实战、支持、测试和训练下一代作战的能力。目前的物理测试靶场不足以满足未来综合武器系统的测试和训练需求。未来的测试能力必须借助最先进的建模和仿真技术来增强，从而形成一个虚拟靶场，能够以快速和具有成本效益的方式满足开发、测试和训练需求。美国空军打算与其他军种协同开发一个基于建模和仿真的综合虚拟试验靶场，以应对这些挑战。联合模拟环境（JSE）利用从最近的建模和仿真活动中吸取的经验教训，支持空军和海军的联合测试。JSE 致力于推进建模和仿真技术在测试、训练和实验中的应用。以下内容将讨论 JSE 在支持空军目标方面的应用、挑战、前进方向以及潜在的北约合作机会。

1.0 引言

美空军对 JSE 能力的总体愿景是提高开发和作战测试的质量和效率，为跨平台高级训练和战术开发提供一个稳定安全的环境，并通过多保真度实验和能力演示提高替代研究的综合部队分析质量，从而更好地为未来采购决策提供信息。JSE 的具体目标包括：

(1）政府拥有的多平台先进 M&S 能力，克服现有露天靶场的限制，包括系统可用性、威胁密度以及安全和安保问题。

(2) 开放式架构，实现不同保真度的模型和模拟的可组合性和集成性，包括蓝、红飞机在环作战员、威胁、武器、地形和天气。

(3) 在 "联合安全环境 "内与其他部门和外国合者伴实现互操作性，并扩展到其他所需的模拟环境。

(4) 国际测试和培训/实验的机会。

JSE 的总体目标是通过提供数据，使作战人员和采购决策者能够在了解风险的情况下做出决策，支持最近发布的美国国防战略，从而实现更智能、更快速的采购。——测试与评估部副主任 Eileen A. Bjorkman 博士

空军领导层认识到有必要提供一个可靠的测试环境，以支持当前和未来的系统测试。这些因素包括地理限制、技术限制、电子战限制、频谱干扰、操作限制和安全问题。回顾这些因素很有启发意义，因为它们构成或极大地促进了空军 JSE 的需求基础。

2.0 联合模拟环境（JSE）要求

2017 年，美空军参谋长（CSAF）指示空军社区寻求合成测试能力，以解决当前和未来测试与训练的不足。这项工作的资金由空军提供，用于支持开发活动和测试社区内的牵头执行组织（位于爱德华兹空军基地的第 412 TW 组织），从 2019 财政年度开始建立。空军测试与评估办公室（AF/TE）指示该小组在 23 财政年度之前在爱德华兹和内利斯空军基地开发和部署合成测试能力。这项工作与目前正在帕塔克森特河国家航空航天局（Patuxent River NAS）利用美国海军、美国空军和情报局联合小组开发合成测试环境的工作相联系。

需求开发工作主要涉及三个方面：(1) 当前物理测试范围内的测试限制，(2) 未来能力和相关需求的预测，(3) 平衡成本和风险，以实现可随时扩展的可用和灵活设计。

2.1 当今试验靶场的局限性

• 地理限制影响了实弹资产的能力，使其无法在更大的任务机群/部队内针对空中或地面威胁系统或综合防空系统（IADS）正确设置交战、使用远程武器、机动或使用 CONOPS/TTP。
• 由于技术限制，在执行测试目标时，无法将实战资产与建模和模拟实体相结合。多年来，测试界一直在测试靶场上利用合成环境来增强实战力量，但基于技术的重大障碍限制了合成环境的有效性，例如无法实时复制使用复杂信号的密集威胁环境。
• 电子战的限制包括以数字格式实时复制密集复杂的电子战环境。通过使用复杂的全数字信号来实现这种具有计算挑战性的环境，将使模拟世界能够快速、经济高效地扩展环境，并更能代表当今的作战空间。
• 频谱干扰限制了当今试验场上允许使用的电子信号的类型和强度。这不仅包括电子战信号，还包括不受靶场物理特性限制的 IFF 和射频通信，这些信号可能毗邻商用频谱，造成意外的电磁溢出。
• 操作限制阻碍了任务效应或杀伤链内可能的全方位交战。最明显的限制是在有人驾驶系统附近使用实弹完成 "杀伤链 "或试验场交战的安全限制。
• 安全问题不仅涉及无法使用武器，还涉及多架飞机在狭小空域和地形条件下激烈机动的复杂交战。

在对飞机进行测试时，靶场安全是首要考虑的问题，而例行的测试限制可能会对测试结果产生不利影响。JSE 试图通过开发虚拟测试场来消除或限制这些限制，从而在测试系统或系统之系统时增强现有的物理测试场。

2.2 对未来系统测试需求的预测

下一代测试不仅包括先进的系统和武器装备，还需要系统在以信息为基础的系统中（美国和北约伙伴之间）密切协调工作。信息技术将提供宽带高速连接，实现基于信息的共享应用，以支持改进的探测、跟踪、识别和武器投送解决方案。未来的合成试验场可能是测试未来基于信息系统/系统的系统杀伤链的唯一可行手段。可行性不仅意味着测试技术的能力，而且意味着以具有成本效益、风险可控和完整（全杀伤链）的方式进行测试。未来的测试需求可能包括

• 作战空间密度/复杂性： 合成靶场必须能够生产大量不同复杂程度的资产，以便在可靠的战场环境中为被测系统（SUT）提供适当的 "馈电"，支持必要和适当的测试条件。这些 "馈送 "是分布式环境中各种仿真能力的虚拟和建构实体的组合。

• 地理特定地点/时间测试： 合成靶场必须能够在任何试验场或世界任何地区复制特定地理地形。这种能力不仅必须包括对非图像传感器的支持，还必须包括对图像传感器的支持，包括文化特征和测试界感兴趣的威胁/目标。另一项要求是在从当年到未来任何预计年份的不同时间跨度内复制这一特定地理区域。

• 代表未来快速适应威胁的能力： 合成靶场必须能够真实再现未来威胁以及由此产生的与被测系统（SUT）的交互。斯特普尔顿指出，我们在测试中没有真实地再现技术，往往用当前的技术来代替尚未充分了解的未来技术，或者同样用尚未充分了解的未来效果来代替当前的技术。这种模式经常在我们的未来威胁表述中重复出现，导致在不现实的交战条件下出现不现实的己方和敌方力量配对。随着越来越多的系统依赖于易于升级的软件，这种趋势在我们的测试中变得越来越普遍。[1]

• 多领域集成： 合成靶场必须能够测试空中、太空、海洋、陆地和网络等多个领域的杀伤链。合成试验场必须解决未来系统及其相关作战能力的多领域问题。此外，分布在空中、太空和网络领域的多领域、多国、复杂的传感器阵列的性质也提出了严峻的测试挑战。需要采用新的方法和手段来应对复杂性挑战，例如 Sheard 提出的方法和手段。[2]

• 未来杀伤链： 合成靶场必须能够测试从探测（机载或机外 ISR 来源）到跟踪、识别（ID）、瞄准和战损评估（BDA）的杀伤链。实现跨学科杀伤链涉及从空中/空间/海上/陆地/网络目标探测到先进传感器、数据处理、数据挖掘、网络、提示、跟踪形成和维持、跟踪相关性、跟踪融合（包括来自不同信息源的识别）、自动化支持下的快速决策以及人工智能。虽然有可能将测试分解为多个子目标，但整个杀伤链必须可在合成范围内进行测试。

• 协作： 未来的杀伤链可能会选择将当前杀伤链中的步骤结合起来，从而减少跨网络空间共享信息的需要，也可能会选择启用位于不同平台上的许多频谱不同的传感器，从而实际上扩大杀伤链的协作范围。在执行任务期间，这种崩溃和扩展可能会动态发生，并通过自动化加速。美国或美国合作伙伴（北约）拥有的支持平台/传感器或节点必须在这一动态战斗空间内协同工作。此外，美国/美国合作伙伴必须进行通信，并动态、快速地共享原始和/或处理过的信息。未来作战的指挥与控制（C2）方面需要更高水平的决策协作，必须与高度动态、时间紧迫的现代作战空间保持同步，同时解决协作障碍（如语言）。合成靶场必须能够支持这些挑战的测试，包括提供可靠的传感器建模、连通性，以及满足快速和动态的决策要求。

• 自动化： 未来作战系统的自动化程度将不断提高，这就要求测试能力能够支持从飞行员辅助自动驾驶到无需人工干预的完全机器对机器自动驾驶等不同程度的自动驾驶。在整个杀伤链中，这些不同程度的自动化给测试人员带来了巨大挑战，无论是否有合成测试场。

• 特定地理位置的天气： 虽然物理靶场无法控制天气，但合成靶场可以在测试环境中提供动态和变化的天气条件。合成靶场必须具备在测试环境中产生和改变天气条件的能力，并将非成像和成像传感器、网络和节点关联起来。

• 电子战（EW）： 合成靶场可以避免物理靶场上的 EW 问题。合成 EW 信号无法被敌人观测到（不在物理空间传播），不会侵犯商业频谱，并可根据需要随时修改。目前，在采用电子战技术时，建模和仿真面临四大挑战：（1）在密集的电子战环境中实时生成和传播复杂信号；（2）在空间中扩展电子战信号；（3）验证和确认电子战信号及其在环境中的影响；（4）在目前模型的保真度下，正确模拟电子攻击和电子防护之间的相互作用。

• 安全性： 合成靶场必须解决安全问题，因为各种程序在共同的作战空间内进行互操作。多级安全（MLS）问题是试验场开发和运行的核心。多层次安全（MLS）问题将在设计初期得到解决，潜在的解决方案将只考虑经过验证和先前批准的方法。

2.3 平衡成本与风险

要实现可行的合成试验场设计和实施方法，要求设计者在现有建模和模拟技术与开发和维护成本和风险之间取得平衡。美国空军的预算确定了开发工作的成本数字。空军开发团队选择以以下方式平衡 JSE 的设计：

• 使用现有原型： 供空军广泛使用的 JSE 必须从海军和空军联合开发的现有环境中扩展功能，以支持广泛的作战测试活动。由海军牵头，海军、空军和情报部门联合单元在位于美国马里兰州的帕塔森特河海军航空站（NAS）构建了第一个环境。使用工作原型使团队能够继续开发，空军能够利用这些先前的投资，同时降低开发风险。

• 有限开发： 空军选择通过在现有环境中重复使用模型/组件来限制环境开发。目前环境中的重用率超过 60%。在空军打算使用的模型中，60%（60%）已在相关社区内开发和使用。在其余的开发项目中，20%目前正在开发中，其余项目计划在 20 财政年度开始开发。

• 测试中系统（SUT）通常包含由相应系统项目办公室提供的重新托管的运行飞行计划（OFP）代码。开发承包商必须与政府 JSE 团队合作，将 SUT 与 JSE 环境集成。这些成本和风险将与系统项目办公室和主要武器系统承包商进行适当调整。

• 开发一个信息代理，负责适当的信息交换，支持必要的定时、调度、路由和其他服务，对于确保合成测试场按设计运行至关重要。在 JSE 的下一次迭代中，该信息代理被称为信息交换服务矩阵 (IESM)。IESM 与信息/领域无关，不仅可用于测试，还可用于培训和实验。IESM 是 MITRE 公司另一篇论文的主题。

• 分布式运行： 测试和培训界希望连接地理位置分散的站点，以具有成本效益的方式实现更大规模、更多样化的测试和培训，包括跨服务组件。这一要求并不包含在最初的 JSE 开发工作中，但合成靶场设计将提供设计便利，以确保靶场在不久的将来能够支持分布式操作。这一要求通过在设计中尽早满足分布式作战需求以及早期原型设计来平衡成本和开发风险。

• 混合商业和政府现成（COTS/GOTS）产品，同时将新的开发限制在那些没有 JSE 就无法成功的关键能力上： 这种风险控制方法使 JSE 能够建立一个早期基线，据此衡量开发进度，同时平衡风险和成本。虽然 JSE 由政府所有，但其可组合性允许根据需要添加商业甚至专有组件。所有解决方案都必须提供特定的元数据，为解决方案提供所需的概念和技术透明度，以确保与基础设施的集成、模拟的互操作性和概念的可组合性。[4]

• 以北约盟国合作开发和使用为目标进行开发： 基础结构和软件决策允许与美国盟国共享能力，支持测试和训练应用的协作开发和使用目标。这种方法从根本上改变了开发 JSE 的技术决策。

协作有多种形式。协作可以包括合作设计通用组件，为互操作性奠定基础。此外，合作还可促成关键组件的联合开发，使盟国能够在集成或可集成的模拟环境中采用与作战相关的 CONOPS。

3.0 JSE架构方法

空军为利用和进一步促进合成环境的发展而选择的方法首先是定义三个区域。区域 A 是被测系统（SUT）所在区域，以及对被测系统测试至关重要的任何其他实体或组件所在区域。区域 A 中的实体与 SUT 直接交互。区域 B 实体可对 SUT 产生直接影响，在有限的情况下可能与 SUT 直接交互，也可能不与 SUT 直接交互。区域 C 实体为更广泛的场景提供背景，但不与 SUT 直接交互。

区域 A、B 和 C 的开发理念遵循系统工程的最佳实践。在系统工程中，我们非常希望在系统边界（区域 A）内的系统中实现高分辨率和高保真的精确细节。SUT 还需要与其他系统进行交互，但保真度较低（对 SUT 性能的影响较小）（区域 B）。最后，还有提供额外输入的上下文，它可能会影响我们的系统，但不会受我们系统的影响（区域 C）。[3]

图 1：JSE 测试区域说明

3.1 JSE 架构的组成

JSE 体系结构的方法是将环境分解为数量有限的组件，从而实现多个并发开发流。每个组件都包含在环境中实现特定功能所需的一套特定要求。主要组件包括

• 以高保真方式呈现自身系统
• 以高保真方式呈现对立系统
• 环境的一致表示
• 以高保真方式一致地表示这些系统之间的互动
• 以较低保真度表示自身系统，以提供可信的测试环境
• 以较低的保真度表示对立系统，以提供可信的测试环境
• 行政管理、基础设施、数据收集、分析工具和其他演练支持服务

在 JSE 设计和实施通用服务时，做法是考虑北约关于可互操作部队的目标。北约部队在战区内协同使用和行动。因此，要实现这些目标，就必须进行协作测试和训练。通用服务的开发包括射频/红外环境、基于射频的通信、武器模型/效果、电子战效果、网络效果和空间模型/效果的开发。JSE 的目的是允许最终用户根据需要改变边缘服务，但要开发一套不可知的通用服务，以支持战斗。JSE 正在利用传统系统软件中的射频/红外环境服务，升级代码结构和建模语言，以符合当今标准。美国空军已开发出许多保真度更高的通信模型，这些模型将成为通用通信模型的基础。美国空军和美国海军商定开发一个武器服务器通用环境（WSCE）框架，作为容纳武器模型的联合框架。这项工作由美国海军领导，为训练界提供支持。电子战效应通常是 SUT 的特定系统和模型特征的函数。这些效果通过实验室或露天靶场测试进行分类和验证。网络效果一般采用与电子战相同的方法，需要通过实验室或靶场测试来验证模拟使用的效果。最后，空间模型包括从商业空间到军事空间系统的各种模型。JSE 的重点是利用空间支持航空系统，一般包括通信和导航模型。

最后要说明的是，鉴于 JSE 的面向对象和/或可组合性质，只要边缘服务模拟符合 JSE 分布式模拟架构，就可以在架构内快速替换模型（作为边缘服务）。这种灵活性为整个社区的重复使用奠定了基础，为多个领域提供了可使用和可定制的能力。

3.2 为空军测试运行的 JSE

图 2 显示了 JSE 运行视图。以下描述定义了 JSE 的关键 "服务 "组件。信息代理（IESM）中包含的服务支持代理本身的不可知运行，被称为 "核心 "服务。确保竞争的服务是 "通用服务"。允许用户设置和执行模拟的服务是 "练习服务"。提供实体或领域特定特征的服务是 "边缘服务"。

图 2. 用于空军测试的 JSE 运行视图

根据这些定义，代表武器系统的仿真应用程序被视为边缘服务。IESM 代理为仿真环境提供核心服务，并与通用和边缘服务接口。通用服务包括射频和红外环境、天气、弹药模型、通信模型等。其他服务（与分析、基础设施或演习支持相关）包括分析服务、数据和接口库、标准库以及作战任务/用例等。

图 2 展示了 JSE 中的各种边缘服务。IESM 中包含的核心服务允许 JSE 中的各种服务以无缝的方式为用户提供服务。演习服务的目的是让 JSE 用户使用适当的与作战相关的任务规划工具来规划任务。一旦规划完成，就会形成一个蓝图，该蓝图可传递给模拟工程师，以便通过将所需功能分配给可用组件/服务来支持模拟环境的协调。这一操作对操作用户来说是透明的，但对测试人员或培训人员来说却是至关重要的，以确保有适当的保真度来支持测试或培训要求，并与仿真资产/服务保持一致。协调后，测试或培训人员执行成熟的蓝图。为测试或培训目的对收集的数据进行分析。

图 2 展示了一种 "简洁 "的设计，即社区根据设计构建仿真组件，而在现有基础设施内实施则能更真实地反映 JSE 随着时间推移逐渐成熟的过程。当前培训组合中的许多培训系统都使用重新托管的运行飞行程序 (OFP) 代码来表示系统。这些遗留系统利用系统 OFP 包装与模拟接口与培训环境互操作。JSE 必须提供一种方法，将新的和传统的 OFP 和非 OFP 模拟器的多种保真度集成到一个无缝的战斗空间中。JSE 接口文件和服务必须满足系统边缘服务和战斗空间通用服务之间的信息交换要求，以形成一个适合测试和训练支持的连贯统一的战斗空间。图 3 举例说明了这些组件，同时强调需要接口控制说明（ICD）来管理这些不同服务之间的信息交互。

最后，环境必须为其他边缘和/或通用服务（如空间、网络、通信和武器）提供集成路径。当 SUT 或训练要求需要时，这些服务可能既包括通用服务，也包括应用独特的边缘服务。与许多通用服务一样，JSE 试图通过政府现货供应 (GOTS)、商业现货供应 (COTS) 和行业专有解决方案（独特的边缘服务）实现多种配置。这是北约合作者之间的一个潜在合作领域。

3.3 拼凑碎片

JSE 将从已建立的原型开始，利用团队为支持在帕塔森特河 NAS 与 NAVAIR 开展的其他活动而完成的工作。原型能力的扩展利用了 MITRE 公司在建立信息交换服务矩阵 (IESM) 方面所做的工作，同时使其他关键组件更加成熟。麻省理工学院的原型设施、位于赖特帕特森空军基地的仿真分析设施、位于爱德华兹空军基地的测试设施以及内利斯空军基地实验室空间的使用，将使团队能够继续开发，同时与帕塔森特河海军的原始原型活动保持联系。空军和海军之间的这种交叉联系，加上情报机构对威胁模型的持续开发，为原型的成熟提供了充足的成熟组件。图 3 提供了原型中主要组件的更多细节，以便使开发活动成熟，支持测试目标。

特别值得关注的是区域 "A "边缘服务（使用重新托管的 OFP 和更高保真模拟器的飞机系统模型）的成熟和集成，以及由核心服务（通过 IESM）通过定义的接口（ICD/API）驱动的通用服务（射频环境、红外环境、视线（LOS）、气象、武器和电子战（EW））。其他区域 "A/B "边缘服务包括使用下一代威胁模拟（NGTS）和其他 IADs 模型，以提供广泛、复杂和密集的测试环境。见图 3。

使原型成熟的首要挑战之一是在各种边缘服务（Rehosted OFP、更高保真模拟器）和 IESM 之间设计和部署 ICD。Rehosted OFP 飞机模拟要求跟踪和/或融合算法以适当的速率输入适当格式的数据，以确保正常运行。如果不能满足这些实时要求，测试和/或培训结果将无效。这种服务质量（QoS）要求提供了一个速度和保真度要求，IESM 必须在对系统模型中重新托管的 OFP 的运行非常重要的每个时间步骤中满足这些要求。IESM 可在设计和协调阶段捕捉到这些要求，从而选择更高速的服务和网络。IESM 设计用于同时处理多个不同服务质量的通道，以支持模拟。

图3.JSE架构视图

ICD 是 ICD 储存库内基础设施的一部分。美国空军打算为满足美国空军测试需求的 JSE 定义政府模拟接口 (GSI)。虽然政府标准将允许 JSE 以不受限制的方式向任何政府项目办公室提供这些标准，但并不能保证所有 ICD 都是非专有的。政府完全预计一些主要武器系统承包商（PWSC）将为其各种重新托管的 OFP 系统模型建立专有 ICD，并声称 ICD 中包含的数据字段提供了对飞机系统模型本身的重要深入了解，因此可以证明其专有性。由于 JSE 在开发过程中要平衡成本和风险，因此还必须在设计中考虑现有的遗留解决方案。

政府打算允许向项目办公室分发 GSI 库，以支持使用符合 JSE 的重新托管 OFP 对众多飞机系统模型进行分布式开发。这为政府支持项目办公室内的边缘服务开发提供了一个长期的商业案例，同时政府支持可重用、可组合、通用和政府所有的仿真环境，适合所有项目使用。使用政府所有的环境可确保评估包含透明、易于理解、由政府开发和控制的通用服务。

4.0 模型/环境验证与确认

4.1 建立建模与仿真的验证与确认基础

将建模与仿真环境用于测试目的的关键在于其在决策测试机构中的可信度。就其本质而言，建模与仿真通常利用假设，将建模工作集中在系统/环境中被认为对支持测试目标至关重要的特征和功能上。这种方法有多种用途，包括将有限的资金和精力集中在被认为是评估测试目标关键驱动因素的领域，同时平衡成本和风险，只开发支持可信测试活动所需的功能和保真度。决定哪些特征和功能对测试至关重要，是建立联合测试系统的核心问题。需要多少保真度，测试目标/目的是什么？在某一点上，增加过多的功能或保真度不仅没有必要，反而会混淆关键因素，使实验设计和由此产生的分析变得不必要的复杂，从而对分析造成损害。

JSE 试图利用基于运筹学（OR）的成熟分析技术和实践，以及最先进的工具和基础设施。JSE 将利用可执行架构实践，使设计/用户能够评估需求分析空间内的信息交换，验证这些数据交换是否满足信息交换要求。这是 JSE 必须支持的验证和确认活动的早期关键步骤。

4.2 信息交换特征描述

JSE 团队正在评估各种工具的功能，以确定支持环境需求的最佳工具。必须仔细权衡和平衡的关键决定之一是，在可执行架构中定义交换信息/要求的详细程度和深度。交易包括：(1) 开环或闭环或两者兼而有之；(2) 传感器检测的基本方程或包括开关和过滤在内的复杂方程；(3) 信息交换内容；(4) 用例或基于任务的用例中的信息交换上下文；(5) 与交换相关的传感器模型特征等。这可能是一份冗长而详细的清单，其中有许多描述信息交换的分支。困难的任务是决定有多少细节是足够的，在哪里对许多可能的交换条件（分支）进行修剪，以及决定何时和如何修剪分支的标准。

整合不同模拟组件和/或环境生成器的重大挑战之一是协调与细节和分辨率相关的组件。如果没有适当的协调，JSE 最终不会得到有效的结果，因为某些模型无法正确处理错误的数据。例如，雷达的传感器模型可能包括不同形式的雷达测距方程、滤波、雷达模式的不同表征、信号处理等。这些差异可能会影响通用服务以及信息在环境中传播时的处理方式。JSE 服务的设计必须提供足够的灵活性，不仅要支持信息交换，还要考虑到这些信息的边缘服务提供者和消费者已知和可能存在的差异。[5]

图 4. JSE RF 交换示例

图 4 描述了典型参与中的交流类型： 1. 代表被测系统的边缘服务计算射频信号的 Tx，以检测/跟踪对方系统。2. 2. 利用 IESM 提供的核心服务，边缘服务调用通用服务计算传播损耗、天气影响等。3. 3. 共用服务向代表对方系统的边缘服务提供 Rx 和 RF 信号的结果。4. 4. 来自对方系统的皮肤反射由通用服务计算，但所产生的轨迹由相应的边缘服务评估。5. 5. 共用服务对结果信号进行相应修改，并与 SUT 交换结果。6. SUT 接收修改后的信号，并计算 SUT 的检测/跟踪特性。7. 根据结果，SUT 决定采用 EW 手段，并调用通用服务对发射进行相应修改。8. 8. 当 EW 射频信号在空间传播时，共用服务对其应用适当的效果/计算。9. 对方系统通过共用服务接收修改后的 EW 信号，并在本地适当的边缘服务中确定该信号对系统的影响。10. 对方系统通过边缘服务对 SUT 应用 EW 并调用公共服务。11. 通用服务修改 EW 信号，以考虑射频传播、天气等因素。12. SUT 通过通用服务接收修改后的射频 EW 信号，并通过其服务确定 EW 信号对 SUT 的影响。

理想情况下，JSE 应具备生成和探测射频信号的雷达建模特性。通常情况下，雷达测距方程的建模形式需要额外考虑处理选择或雷达特性的其他独特方面以及由此产生的性能。JSE 将利用射频环境来考虑射频信号在空间传播时的损耗。其他大气参数包括天气影响（湿度等）、遮蔽物（烟雾等）以及在大气中传播的其他射频能量造成的射频干扰损失。威胁源接收射频信号时将考虑这些损耗，并向威胁源提供射频参数，以进行射频信号探测，同时提供必要的参数以形成射频集肤回波（雷达截面），从而支持发射雷达的探测计算。这些计算在 JSE 中的实际位置取决于许多因素，包括某些系统模型的现有架构、计算复杂性、企业对所需长期架构的看法、预期所需的保真度以及对社区内现有模型和产品线的影响。上图 4 中的射频交换示例可能会随着 IESM 架构的成熟而演变。

使用可执行架构将使需求团队（以及 V&V 团队）能够评估支持建模、仿真和分析目标所需的需求的完整性。此外，可执行架构还能通过用例比较信息交换，对建模和仿真环境进行粗略检查。可执行架构在记录需求的同时，还提供了一种通过接口动态评估信息执行情况的方法。仿真执行的结果可验证架构工具中是否正确记录了交换信息，这也是测试前进行的运行和/或开发 V&V 活动的一部分。

4.3 可执行架构的预期功能

JSE 将使用商用可执行架构工具来支持开发活动，如 Enterprise Architect、Magic Draw 和其他支持 SYSML/UML 的工具。空军的意图是按频谱/频带（射频、红外、可视）描述 JSE 内的信息交互，因为它们与各种 IESM 服务（核心、通用、边缘、演习）相关。这些交互将在工具中开发和记录，然后在开发和/或集成和测试这些组件时，根据飞行测试、环路内硬件 (HITL) 或消声室数据进行验证和确认。从优先级的角度来看，区域 "A "将优先于区域 "B "和 "C"。使用可执行架构工具不仅能开发、记录和测试信息交换，还能收集信息交换和相应的所需服务质量（QoS），以填充模拟所需的 ICD。通过重复使用 ICD，空军其他计划、其他部门和合作伙伴可以根据 ICD 设计自己的模拟，并确保与 JSE 的互操作性。

JSE 还需要为架构的独特方面量身定制功能，包括根据 IESM 中定义的特征和功能链接和跟踪需求的能力。如前所述，IESM 将信息代理分解为四个服务类别： 核心、通用、边缘和演练。

回顾前面描述的服务，核心服务对所有服务和实体都是必不可少的，它们之间有着错综复杂的联系，提供基本的信息中介功能，如定时、路由、对象声明、对象管理、安全等。通用服务确保竞争，包括射频、红外、气象、武器等。边缘服务提供 JSE 支持任务执行所需的功能，如系统表示或环境中的独特组件等。最后，演习服务允许用户定义、配置、执行和分析环境结果。演习服务包括任务规划、环境组成、协调、执行和分析。

回到图 4 和信息交换示例，图中的颜色说明了支持信息交换所涉及的各种服务。在这个示例中，图中未显示的定时可以以服务质量（QOS）要求的形式添加进来。图中显示的战斗机是边缘服务，为测试活动提供必要的作战功能。以黑色表示的通用服务说明了环境中所有参与者所需的通用组件，以确保 "战斗"。通用服务的通用表示法通过建立单一服务来满足所有实体的需求，从而避免了这些服务表示法的不一致性。

紫色代表 JSE 内部信息交换所需的路由路径，属于核心服务。核心服务通过信息路径提供各种服务和路由，以支持服务质量计时要求。图 4 所示的完整测试就是演练服务的一个例子。

不仅能分析信息交换，还能分析可执行架构中要求和提供的服务质量，这就是空军在可执行架构工具中寻求的定制要求的一个例子。空军打算继续推动这些工具的开发，以确保满足 JSE 的需求，同时提高其快速描述环境性能的能力，以支持测试和训练的验证和确认要求。

5.0 讨论和总结

美国空军和美国海军陆战队测试界领导层的这一决定为测试界提供了一个机会，可借以推进用于测试和训练目的的 "虚拟-建设性 "实时环境的最新设计、集成和应用。领导层认识到，当今的物理试验场在支持当前和未来的测试要求方面存在局限性，因为测试环境对先进传感器、数据链、自动化和其他技术的依赖程度在不断提高，而这些技术并不适合进行实时空射测试。这种认识为我们提供了一个机会，使我们可以利用在推进建模与仿真能力方面已进行的大量投资，只在需要时才开发新能力，以实现测试与训练目标。这种风险平衡的方法避免了以往许多利用建模与仿真技术的尝试所存在的缺陷，因为它可以形成一个可组合的环境，依赖于成熟的技术和既有的能力，而不是构建一个充满开发和成本风险的全新环境。

JSE 以另一种方式与以往的工作形成鲜明对比。JSE 是一项团队活动，它充分利用了社区对 JSE 的投资，同时通过可组合的政府自有架构和相关环境来满足个别服务需求。更广泛的 JSE 团队提供了一种手段，可通过该通用架构跨军种开展工作，同时允许各军种根据需要定制边缘或演练服务。核心服务和通用服务是一致的，事实上，许多边缘服务和演习服务在各军兵种之间也可能保持一致，但关键在于它们并非必须如此。军种合作伙伴在架构中具有内在的灵活性，可根据其独特的要求和/或应用来定制架构组件。

本文介绍了 JSE 的基本原理。MITRE 公司的 Andreas Tolk 博士在另一篇论文中概述了 JSE 的核心，即信息交换服务矩阵（或 IESM）。IESM 为 JSE 提供必要的服务，使 JSE 中的各个组件能够无缝运行，最终目标是为测试和训练提供一个完整的集成战斗空间。[4]虽然目前 JSE 使用的是全球参考信息目录（GRID），但下一代 JSE 开发将扩展 GRID，使其成为 IESM。

总之，本文的目的既是为读者提供知识，也是向社会征集新的想法，以便通过与北约盟国合作，继续推进用于测试和训练应用的最新建模和仿真技术。