基于戰(zhàn)場仿真的智能指揮控制系統(tǒng)總體設(shè)計

劉 宇

(中國西南電子技術(shù)研究所,成都 610036)

1 引 言

隨著計算機和軟件技術(shù)的高速發(fā)展,以及信息技術(shù)和信息化武器裝備的飛速發(fā)展及使用,使得軍事領(lǐng)域的作戰(zhàn)體系、作戰(zhàn)思想、作戰(zhàn)方式等也發(fā)生了深刻的變化,多源情報的匯集和接入使得作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)(以下簡稱指控系統(tǒng))需要具有對多源情報信息匯集融合處理的能力,指揮中心根據(jù)不同作戰(zhàn)部隊的業(yè)務需求做出快速、準確的指揮協(xié)調(diào)決策。

戰(zhàn)場仿真是利用計算機軟件的強大模擬功能,基于先進的仿真技術(shù)和開發(fā)環(huán)境,對軍事作戰(zhàn)領(lǐng)域內(nèi)的各種作戰(zhàn)條件、武器裝備、兵力部署等進行逼真的模擬,形成一個虛擬的“數(shù)字化”戰(zhàn)場,以便進行實戰(zhàn)演練和作戰(zhàn)效能分析[1]。指控系統(tǒng)是現(xiàn)代作戰(zhàn)體系的“大腦”和“神經(jīng)中樞”,是分散的作戰(zhàn)系統(tǒng)的“粘合劑”,是作戰(zhàn)效能的“倍增器”[2]。指控系統(tǒng)的主要作用是在信息化戰(zhàn)場中,協(xié)調(diào)各體系完成協(xié)同作戰(zhàn),使得戰(zhàn)場各作戰(zhàn)單位緊密的結(jié)合在一起,通過信息分發(fā)的方式實現(xiàn)各作戰(zhàn)單位的信息共享,從而提高單體作戰(zhàn)部隊的戰(zhàn)斗力,通過快速、準確、合理的指揮控制來有效提升整體作戰(zhàn)的戰(zhàn)斗力。目前,美軍的指控系統(tǒng)技術(shù)在應用和發(fā)展上都是最成熟的,對我國研究新型指控系統(tǒng)具有重要的借鑒意義。指控系統(tǒng)最早由美國防部在1977年提出并應用,從一體化電子信息系統(tǒng)發(fā)展成用于戰(zhàn)略、戰(zhàn)役以及戰(zhàn)術(shù)等所有的指揮層次,來滿足指揮官的各種作戰(zhàn)指揮需求。2006年3月,美國國防部提出“向網(wǎng)絡中心戰(zhàn)轉(zhuǎn)型”和“聯(lián)合作戰(zhàn)”概念,實現(xiàn)超越國家的、具有戰(zhàn)略性的、互操作的全球指揮控制水平,它標志著美軍指揮控制系統(tǒng)的建設(shè)進入“智能化”的技術(shù)發(fā)展階段。

為適應未來信息化戰(zhàn)爭的需要,本文結(jié)合國內(nèi)外領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展情況,重點研究了基于戰(zhàn)場仿真環(huán)境下的指控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),結(jié)合實際的作戰(zhàn)需求提出了新一代指控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成以及創(chuàng)新性功能。本文在實現(xiàn)協(xié)同辦公和文電傳輸?shù)入娮踊侄蔚幕A(chǔ)上,根據(jù)實戰(zhàn)需求對紅藍雙方偵察手段部署與分布、全球熱點態(tài)勢推演、偵察系統(tǒng)效能仿真評估以及紅藍雙方對抗演練等方面進行細致深入的研究,從而為指揮員統(tǒng)一指揮、協(xié)調(diào)、部署偵察力量提供輔助決策支持。

2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

在參考美軍指揮自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上,結(jié)合作戰(zhàn)實際需求,為更好地適應未來情報偵察工作發(fā)展的需要,提出了新型指控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),其總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 戰(zhàn)場仿真與指揮協(xié)調(diào)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The architecture of battlefield simulation and CCS

本系統(tǒng)采用分級分層的體系結(jié)構(gòu),由戰(zhàn)場仿真與指揮協(xié)調(diào)中心和區(qū)域(或方向)級戰(zhàn)場指揮控制中心組成,形成自頂向下、分區(qū)管轄而又相互支持的指揮協(xié)調(diào)與控制關(guān)系。指揮中心和各區(qū)域級單位均可根據(jù)各自的情報業(yè)務需求,形成偵察任務或計劃,下達下屬情報部門執(zhí)行,最終的偵察任務均被分解并分配到指定偵察監(jiān)視裝備,完成對偵察監(jiān)視對象的探測、發(fā)現(xiàn)、跟蹤與監(jiān)視。在整個偵察任務執(zhí)行過程中,各級情報部門還可完成對所轄偵察手段或偵察系統(tǒng)的全過程調(diào)度與監(jiān)視,完成對任務的實時跟蹤、引導與干預。

在戰(zhàn)場仿真與指揮協(xié)調(diào)中心一級,本系統(tǒng)以戰(zhàn)場仿真環(huán)境為基礎(chǔ)提供對戰(zhàn)場態(tài)勢推演、對抗演練和偵察協(xié)同仿真的支持,構(gòu)建更全面、真實的作戰(zhàn)環(huán)境。在作戰(zhàn)環(huán)境的基礎(chǔ)上根據(jù)需求來結(jié)合現(xiàn)有的指控系統(tǒng)的功能,本文認為可以實現(xiàn)對全球或熱點區(qū)域戰(zhàn)場變化趨勢的推算與演練,實現(xiàn)對紅藍雙方在特定戰(zhàn)場環(huán)境中可能采取的偵察和作戰(zhàn)行動的分析與預判,實施我屬偵察資源偵察效能的仿真與評估,這些有效特色的應用功能將為指揮人員制定更合理、更優(yōu)化的偵察任務或作戰(zhàn)計劃提供情報保障和智能輔助決策支持。

本系統(tǒng)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的區(qū)別有以下幾方面。

(1)基于戰(zhàn)場仿真環(huán)境

以戰(zhàn)場仿真環(huán)境為基礎(chǔ)構(gòu)建的指控系統(tǒng)提供了對戰(zhàn)場態(tài)勢、對抗演練和偵察協(xié)調(diào)仿真等環(huán)境,通過戰(zhàn)場仿真將指控系統(tǒng)中的情報收集與情報處理有效地結(jié)合在一起,可以實現(xiàn)特定戰(zhàn)場環(huán)境中偵察和作戰(zhàn)行動的分析與預判,為指揮人員制定更合理、更優(yōu)化的偵察任務或作戰(zhàn)計劃提供情報保障和輔助決策支持。

(2)分級分層的信息系統(tǒng)

與傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)不同之處在于,信息的收集、傳遞,以及處理以自頂向下的、分區(qū)管理的方式來進行分級分層構(gòu)建。不僅在整體架構(gòu)上形成一個樹狀網(wǎng)絡圖,在同級之間仍然保持網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),為作戰(zhàn)時的戰(zhàn)略通信和戰(zhàn)術(shù)通信提供有效的保障措施;為各級情報單位在情報的搜索和處理上保持分而自治的處理能力,在指揮中心保持全調(diào)度、全監(jiān)視的指揮控制協(xié)調(diào)能力。

(3)智能決策監(jiān)控

與傳統(tǒng)的決策監(jiān)控不同之處在于,傳統(tǒng)的決策監(jiān)控主要是通過信息處理后的情報對武器打擊、電子干擾等進行人工決策監(jiān)控。本系統(tǒng)結(jié)合戰(zhàn)場態(tài)勢信息、對抗演練信息、作戰(zhàn)規(guī)則等情報,綜合處理多源的情報信息,運用人工智能技術(shù)來輔助指揮人員分析作戰(zhàn)預案,制定并檢驗作戰(zhàn)計劃,評估敵方武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能。

3 系統(tǒng)構(gòu)成和功能

戰(zhàn)場仿真與指揮協(xié)調(diào)系統(tǒng)分為上下兩級組織機構(gòu),由戰(zhàn)場仿真與指揮協(xié)調(diào)中心、區(qū)域級指揮控制中心構(gòu)成。

根據(jù)指揮中心級別及所行使職能的差異,區(qū)域級指揮控制中心主要完成信息接入與分發(fā)、指揮調(diào)度、綜合態(tài)勢顯示和偵察力量顯示。在此基礎(chǔ)上,戰(zhàn)場仿真與指揮協(xié)調(diào)中心還需提供戰(zhàn)場態(tài)勢推演、對抗演練和偵察協(xié)同仿真支持手段。

戰(zhàn)場仿真與指揮協(xié)調(diào)系統(tǒng)的組成如圖2所示。

圖2 戰(zhàn)場仿真與指揮協(xié)調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成Fig.2 Component of battlefield simulation and CCS

(1)信息接入與分發(fā)

提供對廣義文本、圖片、圖像、聲像等各種類型數(shù)據(jù)的接收、預處理、存儲管理與分發(fā)能力,完成指控命令、引導信息、態(tài)勢情報、監(jiān)控信息等的統(tǒng)一接入?yún)R集及按照不同密級、優(yōu)先級、時效要求向上/下級用戶進行網(wǎng)絡發(fā)送,實現(xiàn)信息的互聯(lián)互通。

(2)指揮調(diào)度

負責指揮和調(diào)配各種偵察資源進行協(xié)同偵察,了解偵察資源部署情況及其任務方向,并對偵測系統(tǒng)提供信息支持和偵察引導,完成情報搜集與處理,實現(xiàn)對偵察資源重要設(shè)備的實時監(jiān)控和故障檢測;同時,能接收并協(xié)調(diào)內(nèi)外部用戶的情報需求,形成偵察任務并組織開展與實施,接收、下達任務指令,輔助生成偵察任務與生產(chǎn)計劃,并對任務執(zhí)行全過程進行跟蹤和監(jiān)視,實現(xiàn)情報的切實保障。

(3)綜合態(tài)勢顯示

根據(jù)不同需要,對陸?？仗祀姼黝惸繕?包括航跡、軌道或偵察范圍)、重要戰(zhàn)略目標和作戰(zhàn)目標進行綜合或分類顯示,實現(xiàn)對戰(zhàn)場環(huán)境和氣象水文信息的模擬展示,形成戰(zhàn)場態(tài)勢分布圖,支持二維、三維兩種顯示模式。

(4)戰(zhàn)場態(tài)勢推演

利用紅藍雙方的作戰(zhàn)意圖、兵力部署、主要作戰(zhàn)任務、作戰(zhàn)強度及作戰(zhàn)規(guī)則等情報,依據(jù)作戰(zhàn)計劃的執(zhí)行序列和進程,提供對戰(zhàn)場環(huán)境和作戰(zhàn)行為的建模,完成對各個作戰(zhàn)階段中由作戰(zhàn)部署和作戰(zhàn)行動所形成的狀態(tài)和形勢的逐步演練,實現(xiàn)對參戰(zhàn)各方作戰(zhàn)行動和行動效果的順序演示,輔助指揮人員分析作戰(zhàn)預案,制定并檢驗作戰(zhàn)計劃,評估敵方武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能。

(5)對抗演練

支持仿真想定制作與規(guī)一化,完成對藍方的戰(zhàn)場感知、任務規(guī)劃和作戰(zhàn)行動的想定與模擬,采用紅、藍雙方對抗模擬演練的方式,整個演習過程可實施人工干預與導調(diào)控制,實現(xiàn)由白方(導演方)誘導對抗雙方做出相應反應,以便選取最優(yōu)的作戰(zhàn)部署與運作方案[3]。

(6)偵察力量顯示

完成對我屬陸?？仗祀姷膫刹炝α坎渴?、調(diào)度、運行、信息傳輸、路由選擇、通聯(lián)關(guān)系、網(wǎng)絡組成等情況的綜合顯示。

(7)偵察協(xié)同仿真

基于偵察資源知識庫,對被偵察目標、偵察資源及其偵察活動進行仿真模擬,完成對偵察資源的協(xié)同偵察運作演示與效能仿真,通過對單一偵察手段、系統(tǒng)或平臺以及不同種偵察手段、系統(tǒng)和平臺組合后對指定監(jiān)視區(qū)域內(nèi)目標的偵察性能分析評估,提供偵察資源的優(yōu)化配置建議,為指揮人員制定最優(yōu)的偵察任務提供輔助決策支持。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 指揮信息系統(tǒng)體系的總體設(shè)計技術(shù)

目前,情報指揮信息化建設(shè)還處于相對較低的水平,而現(xiàn)在無論是企業(yè)還是政府部門領(lǐng)域,無紙化協(xié)同辦公平臺和商務交互平臺都已被廣泛應用。本系統(tǒng)旨在建設(shè)一個完整的自頂向下涵蓋多區(qū)域、多方向的一體化指揮協(xié)調(diào)系統(tǒng),因此在項目建設(shè)的前期,需從系統(tǒng)需求、工作模式、工作流程、指揮層次結(jié)構(gòu)等諸多因素著手,切實了解并把握情報指揮流向關(guān)系與具體業(yè)務需求,設(shè)計并開發(fā)高效、快捷、實用的仿真與指揮平臺。

4.2 指揮輔助決策技術(shù)

(1)指揮預案生成與校驗技術(shù)

指揮預案生成技術(shù)是指揮自動化系統(tǒng)輔助決策的一部分。傳統(tǒng)的指揮作戰(zhàn)指揮預案是指揮員根據(jù)過去的作戰(zhàn)經(jīng)驗而擬定的,但是由于它是根據(jù)指揮員以往的經(jīng)驗而制定的,所以缺陷也是很明顯的。隨著現(xiàn)代作戰(zhàn)手段的不斷豐富,這種預案生成的方法的弊端也越來越明顯。因此,本系統(tǒng)主要研究根據(jù)大量的指揮預案方案,通過機器學習來生成指揮預案模板;在輔助決策時,系統(tǒng)將自動根據(jù)當前情報信息,來智能地匹配相似度最高的預案模板。

(2)偵察效能仿真技術(shù)

偵察效能仿真技術(shù)的研究分為兩個方面,一是研究在多種偵察手段和偵察設(shè)備存在的情況下,能實現(xiàn)偵察范圍最大化的組網(wǎng)方式。組網(wǎng)方式包括各偵察設(shè)備的位置和關(guān)系;二是在指揮官定制的偵察范圍內(nèi),由系統(tǒng)自動生成所需要的偵察手段、偵察設(shè)備位置和數(shù)量等信息。本系統(tǒng)擬采用的技術(shù)為構(gòu)建偵察效能模型庫、偵察設(shè)備知識庫,適當運用推理技術(shù)來完成演算功能。

(3)系統(tǒng)檢測和模擬演訓技術(shù)

指控系統(tǒng)中的模擬演訓技術(shù)是一個新興的需求,主要是為了讓受訓人員在模擬環(huán)境中熟悉業(yè)務處理流程、提高作戰(zhàn)分析和處理能力而制定的演練系統(tǒng)。演練系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括模擬環(huán)境的搭建、模擬環(huán)境中情報源的模擬仿真等。

(4)人工判證與輔助決策專家知識庫技術(shù)

在綜合信息處理過程中,對情報收集和目標判證尤為重要。指控系統(tǒng)中目標信息來自各種偵察手段,為了準確地對目標進行判證,需要采用多源信息融合技術(shù)來對多種途徑獲取的信息進行綜合、互補與印證。在研究指控系統(tǒng)的人工判證技術(shù)中,本文運用專家知識庫技術(shù),通過建立目標本體、目標判證規(guī)則庫等知識庫技術(shù)與多源信息融合技術(shù)相結(jié)合的方式來提高目標的判證準確性和可靠性。

4.3 系統(tǒng)架構(gòu)的可重用/可重組技術(shù)

為了使本系統(tǒng)在應用層面上能快捷、高效地自適應不同指揮控制流程及其變更,而無需系統(tǒng)的二次改造與開發(fā),需研究系統(tǒng)架構(gòu)的可重用/可重組技術(shù),增強軟件的可重用性、可重組性和可擴展性,提高軟件的質(zhì)量和可靠性,保證應用軟件之間良好的互操作性。

5 結(jié) 論

戰(zhàn)場仿真與指揮協(xié)調(diào)系統(tǒng)是未來戰(zhàn)爭的中樞,也是國家信息基礎(chǔ)設(shè)施和國防信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,它以陸海空天電一體化信息網(wǎng)絡為載體,將多手段、多來源的偵察系統(tǒng)連接在一起,綜合集成為陸?？仗祀娨惑w化的信息支撐體系,采用自頂向下、逐級分解、分層管理的思想,通過紅藍雙方偵察力量對比、全球熱點態(tài)勢推演、偵察系統(tǒng)效能仿真以及紅藍雙方對抗演練等技術(shù)手段,合理組織,及時協(xié)調(diào),有效調(diào)度,使之有序、高效、最優(yōu)地運行,實現(xiàn)決策前評估、實施中監(jiān)控、行動后分析[4]。本文提出的戰(zhàn)場仿真與指揮協(xié)調(diào)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和功能構(gòu)成,對規(guī)劃我國一體化指揮控制系統(tǒng)建設(shè),促進一體化指揮控制技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。下一代指控系統(tǒng)需要緊密結(jié)合戰(zhàn)場環(huán)境,具有融合協(xié)調(diào)多源情報信息的能力、智能輔助決策的能力等。

[1] 雷鳴,馮永浩.基于VRML技術(shù)的分布交互式虛擬戰(zhàn)場仿真[J].計算機仿真,2003,20(11):26-29.LEI Ming,FENG Yong-hao.The Distributive and Interactive Simulation of Virtual War Invironments Based on VRML Techniques[J].Computer Simulation,2003,20(11):26-29.(in Chinese)

[2] 王小非.美軍指控系統(tǒng)發(fā)展及其對我海軍艦載指控系統(tǒng)建設(shè)的啟示[J].艦船電子工程,2010,30(5):1-5.WANG Xiao-fei.Development of Command&Control System of US Navy and Its Implication on the Building of the Ship borne Command&Control System of our Navy[J].Ship Electronic Engineering,2010,30(5):1-5.(in Chinese)

[3] 秦大國,周威.空天信息系統(tǒng)一體化指揮控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究[J].裝備指揮技術(shù)學院學報,2009,20(1):64-68.QIN Da-guo,ZHOU Wei.Architecture Research on Integrated Command and Control System of Air and Space Information System[J].Journal of the Academy of Equipment Command&Technology,2009,20(1):64-68.(in Chinese)

[4] 王志堅.陸軍指揮控制信息系統(tǒng)總體設(shè)計[J].電子工程師,2006,32(5):66-69.WANG Zhi-jian.System Design of Army Command Control Information System[J].Electronic Engineer,2006,32(5):66-69.(in Chinese)