Digital Twin Operational Experiment System Architecture of Joint Air and Missile Defense

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2025.06.018

Abstract

Abstract:

Digital twins， are characterized by virtual-real integration and real-time interaction， provide new methods for operational experiments of air and missile defense. Digital twin operational experiment system architecture of joint air and missile defense is designed to address the application of digital twin technology in related experiments. This paper studies the concept of digital twins and analyzes the system architecture requirements of joint air and missile defense operational experiments. It elaborates on the three architectural design principles： data support， model-driven， and application-oriented， proposes a three-layer architecture design： data aggregation， dynamic modeling， and simulation application， and discusses three application modes： independent， interactive， and hybrid. The digital twin-empowered experiment process offers complete and highly realistic operational elements， real-time interaction between virtual and real， and efficient and credible evaluation， effectively supporting the systematic solution of related experimental problems.

Key words: system architecture, digital twin, air and missile defense, operational experiment, joint simulation, virtual-physical integration

摘要：

数字孪生具有虚实相生实时交互的特性，这为防空反导作战实验的发展提供了新手段。联合防空反导数字孪生作战实验体系架构旨在解决相关实验中的数字孪生技术运用问题，在研究数字孪生概念的基础上，分析联合防空反导数字孪生作战实验体系架构需求，阐述数据支撑、模型驱动、应用牵引3项体系架构设计原则，提出数据汇聚、动态建模、仿真应用三层体系架构设计方案，探讨独立式、交互式、混合式3种体系架构运用模式。在数字孪生的赋能加持下，联合防空反导作战实验过程具有作战要素完备逼真、虚实交互实时闭环、推演评估高效可信等特点，为体系化解决相关实验问题提供了有效支撑。

关键词: 体系架构, 数字孪生, 防空反导, 作战实验, 联合仿真, 虚实融合

CLC Number:

E917

Ke YANG, Gang WANG, Jing ZHOU, Guanyu CHE. Digital Twin Operational Experiment System Architecture of Joint Air and Missile Defense[J]. Modern Defense Technology, 2025, 53(6): 171-178.

杨科, 王刚, 周静, 车冠钰. 联合防空反导数字孪生作战实验体系架构研究[J]. 现代防御技术, 2025, 53(6): 171-178.

Figures/Tables 4

Fig. 1 System architecture requirements of joint air and missile defense operational experiments

Fig. 2 Digital twin operational experiment system architecture of joint air and missile defense

Fig. 3 Operation flow of digital twin operational experiment system architecture of joint air and missile defense

Fig. 4 A typical case of digital twin operational experiment of joint air and missile defense

References 20

[1]	程雪. 未来战争在这里“彩排”［N］. 解放军报， 2019-12-20（11）.
	CHENG Xue. The Future War Is “Rehearsed” Here［N］. PLA Daily， 2019-12-20（11）.
[2]	陶飞，张辰源，刘蔚然，等. 数字工程及十个领域应用展望［J］. 机械工程学报， 2023， 59（13）： 193-215.
	TAO Fei， ZHANG Chenyuan， LIU Weiran， et al. Digital Engineering and Its Ten Application Outlooks［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2023， 59（13）： 193-215.
[3]	卜先锦，张德群. 作战实验学教程［M］. 北京：军事科学出版社， 2013.
	BU Xianjin， ZHANG Dequn. Tutorial on Operational Experimentation［M］. Beijing： Military Science Publishing House， 2013.
[4]	郎为民，田尚保，李宇鸽，等. 数字孪生技术架构研究［J］. 电信快报， 2022（8）： 1-6.
	LANG Weimin， TIAN Shangbao， LI Yuge， et al. Research on Digital Twin Technology Architecture［J］. Telecommunications Information， 2022（8）： 1-6.
[5]	庞雪凡，王振宇. 数字孪生技术在智能化战争中的应用［J］. 军事文摘， 2022（15）： 23-26.
	PANG Xuefan， WANG Zhenyu. Application of Digital Twin Technology in Intelligent Warfare［J］. Military Digest， 2022（15）： 23-26.
[6]	SANCHEZ S M， LYNCH G E， LUHRS C， et al. Acquisition Research： Creating Synergy for Informed Change （May 8-9， 2019）［R］. Moterey：Naval Postgraduate School， 2019： 1-21.59.
[7]	ZWEBER J， KOLONAY R， KOBRYN P， et al. Digital Thread and Twin for Systems Engineering： Requirements to Design［C］∥55th AIAA Aerospace Sciences Meeting. Reston： AIAA， 2017： AIAA 2017-0875.
[8]	王泽宇，艾俊强. 航空装备全寿命周期费用多路径管控策略研究［J］. 航空工程进展， 2019， 10（4）： 569-576.
	WANG Zeyu， AI Junqiang. Study on the Multi-path Management and Control Strategy of Total Life Cycle Cost of the Aviation Equipment［J］. Advances in Aeronautical Science and Engineering， 2019， 10（4）： 569-576.
[9]	何蕾，刘敏. 军用飞机全寿命周期费用估算与控制方法研究［J］. 管理观察， 2017（35）： 152-154.
	HE Lei， LIU Min. Research on the Whole Life Cycle Cost Estimation and Control Method of Military Aircraft［J］. Management Observer， 2017（35）： 152-154.
[10]	BEST D C， RICE B. Science and Technology Enablers of Live Virtual Constructive Training in the Air Domain［J］. Air & Space Power Journal， 2018， 32（4）：59-73.
[11]	杨芸，胡建军，李京伟. LVC训练体系建设发展现状及关键技术［J］. 兵工自动化， 2023， 42（1）： 4-15.
	YANG Yun， HU Jianjun， LI Jingwei. Development Status and Key Techniques of LVC Training System［J］. Ordnance Industry Automation， 2023， 42（1）： 4-15.
[12]	苏千叶，王成飞. 基于LVC仿真的海军训练体系研究［J］. 指挥控制与仿真， 2022， 44（5）： 107-111.
	SU Qianye， WANG Chengfei. Research on Navy Training System Based on LVC Simulation［J］. Command Control & Simulation， 2022， 44（5）： 107-111.
[13]	何晓骁，王秉涵. 美军"实况-虚拟-构造"仿真技术发展及应用研究［J］. 航空兵器， 2021， 28（6）： 14-18.
	HE Xiaoxiao， WANG Binghan. Research on Development and Application of LVC Simulation Technology in US［J］. Aero Weaponry， 2021， 28（6）： 14-18.
[14]	白爽，洪俊. 美军面向LVC联合训练的技术发展［J］. 指挥控制与仿真， 2020， 42（5）： 135-140.
	BAI Shuang， HONG Jun. Technological Development of LVC-Oriented Joint Training in the U.S. Army［J］. Command Control & Simulation， 2020， 42（5）： 135-140.
[15]	冯升华. 数字孪生与AI技术的融合应用［J］. 人工智能， 2021（2）： 29-37.
	FENG Shenghua. Convergence Application of Digital Twin and AI Technology［J］. Artificial Intelligence View， 2021（2）： 29-37.
[16]	王旭东，陈奡，宦国杨，等. 面向作战指挥的数字孪生应用［J］. 指挥信息系统与技术， 2021， 12（6）： 26-32.
	WANG Xudong， CHEN Ao， HUAN Guoyang， et al. Application of Digital Twin for Command and Control［J］. Command Information System and Technology， 2021， 12（6）： 26-32.
[17]	邹念洋，李楠，陈忠杰，等. 美国海军舰艇自防御系统发展及应用研究［J］. 舰船科学技术， 2021， 43（1）： 185-189.
	ZOU Nianyang， LI Nan， CHEN Zhongjie， et al. Development and Application of U.S. Navy's Shipborne Self-defense System［J］. Ship Science and Technology， 2021， 43（1）： 185-189.
[18]	孙智勇，史春娟. 面向训练能力的防空反导数字孪生系统研究［J］. 军事运筹与评估， 2023， 38（3）： 52-56.
	SUN Zhiyong， SHI Chunjuan. A Study on Air Defense and Antimissile Digital Twin System for New Quality Training Capability［J］. Military Operations Research and Assessments， 2023， 38（3）： 52-56.
[19]	李晓红. 美国国防领域数字孪生技术发展态势分析［J］. 军民两用技术与产品， 2020（12）： 25-28.
	LI Xiaohong. Analysis of the Development Situation of Digital Twin Technology in the U.S. Defense Field［J］. Dual Use Technologies & Products， 2020（12）： 25-28.
[20]	江帆，史晓丽，唐力勇. 数字孪生与数字治理［M］. 北京：中国宇航出版社， 2023.
	JIANG Fan， SHI Xiaoli， TANG Liyong. Digital Twin and Digital Governance［M］. Beijing： China Astronautic Publishing House， 2023.