MACE 美军现代空战环境仿真软件“MACE”特点分析

中国航空空报道:根据美军“Live-Virtual-construction”模拟训练总承包商cube公司网站8月7日发布的公告，其国防事业部与作战空模拟公司签订协议，共同开发LVC训练解决方案。BSI是模拟威胁环境和计算机力量生成工具的领导者。根据协议，双方将把BSI的现代空战环境集成到Cube的空中、地面训练产品中，以满足军队在现实、复杂的战场环境下日益增长的训练需求。MACE将提供多领域的计算机力生成，包括模拟武器制导和发射、最先进的武器系统和基于物理学的电磁频谱模拟。LVC环境是未来的主流训练方式，为什么选择MACE？

MACE简介

BSI公司的MACE是用于联合作战、电子战训练和目标生成的计算机部队生成/半自动生成应用程序。MACE允许用户配置平台、武器和环境参数，以及雷达脉冲、扫描范围和波束特性。它支持分布式交互仿真体系结构，包括仿真管理、实体状态、损伤评估和数据记录等。它具有大规模和用户可扩展的作战环境，可以应用于各种仿真级别，尤其是在高保真的作战级别。此外，MACE的视觉系统可以用于无人机系统和联合近距离支援的实际训练。MACE可以模拟第五代平台，包括低可观测平台、主被动电子扫描阵列和复杂电磁环境下的战场。MACE认证后可用于美军空部队的分布式任务作战网络，非常适合独立场景创建、任务预览和分布式任务仿真。借助MACE强大的数据记录模块，可以实时记录和标记DIS网络上的数据，显示各种关键事件的发生时间。最新版本的MACE增加了增强现实和虚拟现实技术。

地理信息图片

MACE的主要特点

1.广泛的用户

MACE已通过美国空陆军CAF-DMO认证，拥有800多个生产许可证。MACE目前用于美国空陆军A-10项目、第160特种作战航空兵空团、分布式任务作战中心、分布式训练作战中心、分布式训练作战中心、任务准备作战中心，已部署和订购100多套，包括先进的空中国民防联合终端攻击控制员训练系统、联合终端控制训练和演习系统、JTAC/“战术”空此外，美国空军事研究实验室在其5米长的JTAC穹顶和联合战区的模拟套件中使用MACE进行空中支援作战中心训练，并为其MQ-1捕食者/MQ-9死神无人机进行综合网络作战。两个主要的MQ-9收割者训练系统最近已切换到MACE。美国特种作战司令部最近宣布，将升级其所有模拟器，以使用MACE作为建造环境，包括AC-130、MC-130和CV-22模拟器。

MACE和MACE-EW都具有相同的信号生成能力。MACE-EW的不同之处在于它包括两个独立的全向接收机、方位显示器、一个模拟的ALE-50拖曳式诱饵和一个模拟的USQ-113通信干扰机。MACE-EW由于其产生高保真雷达信号的仿真能力，也被广泛用作独立或网络化的电子战仿真训练。BSI为英国和澳大利亚提供两个独立的电子战训练教室。此外，所有美军空陆军作战系统军官都使用BSI模拟电子战显示套件进行飞行训练。

增强现实镜头下的实时沙盘

2.环境大，设备齐全

MACE拥有成熟的地理信息系统，使用来自OpenStreetmap的全球网格服务器和道路数据库，可以在世界任何地方创建适合训练和任务演练的场景。MACE是多线程的，可以提供极快的可视化和空气动计算，支持多机对抗的实时快速求解。MACE支持数字地形高程数据和天基雷达地形任务高程数据，并可以直接从一些最流行的商业图像生成器中读取高程，以实现极其精确的武器效果，甚至达到子弹轨迹模拟的水平。MACE支持DTED0-DTED3，以及30m和90m SRTM。

市场上大多数具有对抗功能的CGF/苏丹武装部队项目要么是由军事部门专门开发的，要么是为特定装备开发的。MACE是一款从源头上进行作战模拟的通用全装备软件，在联合作战和联合防御空模拟领域表现良好。MACE可以帮助用户消除多种特殊的模拟CFG，减少软件混乱的问题。

MACE部署位置

3.复杂电磁环境下高强度对抗仿真

MACE可以模拟复杂的战场环境，包括由预警机、地面雷达网和防御空火力组成的综合防御空系统。IADS可以从猎鹰视图导入，在MACE中创建，甚至可以以PCI格式导入真实的电子作战指挥。这是MACE和其他依赖脚本或者简单规则触发雷达活动的模拟软件最大的区别。MACE还可以通过DIS模拟先进的第五代AESA和PESA雷达。每个传感器都被建模为脉冲电平，电磁波由高保真发射器动态生成。MACE模拟空 pair 空和地对地空导弹和空地面武器模型和弹道。教师可以添加或移动威胁实时动态输入场景。MACE用户界面使场景管理变得简单。MACE允许用户在不中断任何场景的情况下添加和删除实体、重装武器、使用武器、改变环境因素、进行电子战和执行各种数据分析功能。

在MACE中，对作战空房间中的每个传感器执行一个复杂的算法。MACE回答了大部分人关于电子战模拟的问题:传感器对目标是全方位的吗？目标是否被防御区外的干扰遮挡？如果有干扰，是不是传感器“烧坏”了？分辨率单位有没有滴箔？雷达追踪到最大数量的目标了吗？考虑到传感器的频率和目标的雷达反射截面，而不仅仅是简单的“最大射程”数，目标是否超过了雷达距离方程确定的传感器最大射程？雷达站是独立运作，还是与IADS相连？一个节点还能和它的上级或者下级通信吗？目标是否已分配到另一个目标跟踪站？哪个目标最具威胁性？在MACE中可视化和可听化呈现的所有威胁雷达信号，实际上都是由威胁系统的参数动态生成的，各种扫描速率和模式都精确地呈现给用户。

电子战展示套件

4.模型的高保真度

雷达测距方程MACE包括一个非常高保真的“目标模型”，用于作战空房间的每个传感器，足以让MACE运行脉冲级动态双向雷达距离方程。MACE的分析包括地形和雷达距离方程，在这种情况下，SAM的运动范围会有限制。这种特殊分析针对的是雷达截面积为1平方米的目标。

基于能量的飞机气动模型。MACE使用基于能量的空空气动力学模型进行飞机飞行模拟。单位剩余功率是描述飞机飞行性能的主要因素。PS为正时，飞机可以自由转弯、爬升或加速；当PS为负时，飞机被迫减速或俯冲或两者兼有。PS也可以用来描述一架飞机的包络。如果PS达到零，飞机既不能爬升也不能加速，那么飞机就达到了它的最高或最高水平速度。飞机机动时，根据当前高度、马赫数和载荷下的单位剩余功率计算爬升率、滚转角和加速度。随着飞机高度、速度和载荷的变化，其能量状态也发生变化。能量模型不断更新可用剩余功率，调整其爬升率、滚转角和加速度，更新能量状态。当模拟大量CGF时，基于能量的气动模型是近距离飞行器性能的合理计算和有限的CPU使用之间的良好平衡。最后的方程产生了一个相对简单的方法来开发一个包含必要参数的数据表，以生成精确的PS数据。

MACE包括适用于所有旋翼机的六自由度模型、适用于所有地面、水面和水下平台的六自由度流体动力学模型，以及适用于快速移动战斗机和慢速移动攻击机的基于五自由度物理的可飞行模型。这些模型不是为了提供飞行训练，而是为了建立一个“足够真实”的飞行模型，以模拟飞机在圆形飞行中对控制输入的响应。在MACE中，可以快速将一个实体从构造控制转移到虚拟控制，然后再转移回来。例如，一名白军操作员可以控制和驾驶一架F-16战斗机来支援蓝军。这些模型可以应用于MACE的任何导航空实体。

MACE使用基于物理的空气动模型和制导模型进行导弹仿真。导弹的机械性能来源于武器的推力、阻力和重量。武器的推力由发动机的质量流量和比冲来计算。阻力由导弹阻力参考区的大气条件、阻力系数、速度和飞行高度计算得出。当推进剂燃烧时，导弹的重量会减轻。该制导模型将使导弹的飞行轨迹形成高抛、直接拦截或俯冲剖面，并将目标保持在导引头框架内。MACE还使用了一个基于物理学的炸弹空空气动力学模型。弹道飞行轨迹由阻力和重量决定。阻力由武器阻力参考区的大气条件、阻力系数、速度和飞行高度计算得出。武器的倾角与其飞行轨迹相匹配。弹道模型对于炸弹、大炮和子弹足够灵活。

LVC应用示意图

5.该软件具有良好的扩展性

MACE有一个集成测试和训练使能结构的接口，可以与靶场互操作，适用于LVC仿真。任何MACE平台都可以是结构化的，也可以是虚拟的，结构化实体的人在回路虚拟控制可以用操纵杆进行。

MACE采用数据驱动模式，用户可以添加或编辑自己的威胁数据和电子战首关参数。MACE还有一个自己写代码扩展的插件API。

MACE还使用了分布式交互仿真标准的通用图像生成器接口，以便在3D作战空中呈现实体。MACE包括一个巨大的实体图书馆，包括民用和军用飞机、地对地空威胁、车辆、目标建筑和人员。实体的例子包括飞行控制表面、机械雷达运动、人类动作和车辆控制。

总结

MACE的用户界面设计非常友好，功能强大，足以快速构建简单或复杂的场景。此外，它还具有高保真、多功能和用户可扩展性。为了适应未来主流的“虚拟”和“真实”仿真，BSI也在改进MACE，提高LVC环境下的互操作性。

MACE在美军和北约广泛使用，软件迭代升级快。在优化升级过程中，得到了众多一线部队和军事组织的大力支持，并利用实战经验对仿真工具进行了改进。

美军LVC训练总承包商Cubic Company在其LVC模拟中选择MACE作为“C”，可能说明目前美军LVC模拟训练中“施工”的能力不足，或者说“施工”在LVC中的作用很大。