作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)*

程路堯

(91404部隊 秦皇島 066000)

作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)*

程路堯

(91404部隊 秦皇島 066000)

針對軍事信息系統(tǒng)的作戰(zhàn)方案推演的業(yè)務需求,論文設計了作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)。首先分析了系統(tǒng)的體系結構和軟件架構,然后討論了系統(tǒng)涉及的三個關鍵技術。在此基礎上,設計了一個典型作戰(zhàn)方案應用流程。

作戰(zhàn)方案; 推演系統(tǒng); 體系結構; 軟件架構

Class Number TP311

1 引言

作戰(zhàn)方案推演是指在作戰(zhàn)行動實施前或者實施過程中,按照作戰(zhàn)方案規(guī)定的作戰(zhàn)意圖、順序和進程,對作戰(zhàn)方案中各個作戰(zhàn)階段的作戰(zhàn)部署和作戰(zhàn)行動所造成的狀態(tài)進行演練分析的過程。

指揮機關在制定作戰(zhàn)方案后需要對方案進行評價。人們通常通過推演方法來驗證作戰(zhàn)方案的可行性,完善決策。同樣,要評價一個作戰(zhàn)方案的優(yōu)劣,就要嚴格按照作戰(zhàn)方案的步驟,沿時間軸向前動態(tài)推進,并綜合考慮推進過程中的若干可能性,直到推出戰(zhàn)斗結果,并用戰(zhàn)斗結果來評價作戰(zhàn)方案的優(yōu)劣。

目前,在作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)方面,由于其特殊的應用背景,還沒有現(xiàn)成的系統(tǒng)可供直接借鑒,并且由于系統(tǒng)的保密特性,相關軟件系統(tǒng)不可能直接從國外購買,其技術實現(xiàn)細節(jié)也很難獲得,所以本系統(tǒng)立足自行研制開發(fā),在可直接利用資料很少的情況下,研制具有自己特色的作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)總體需求概述

作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)主要用于作戰(zhàn)行動之前對作戰(zhàn)方案進行模擬演練,在用戶輸入各種分項活動的信息和活動時序計劃后,可以直觀地模擬出活動的過程,并顯示出可能發(fā)生的各種矛盾沖突,最終給出活動的可行性、合理性以及正確性評價。對于系統(tǒng)的設計要求,作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)對活動方案數(shù)據(jù)進行動態(tài)演繹和展示,以模擬出方案實施的過程和可能的結果,輔助組織者確立行動間協(xié)同的要點,并最終定下實施方案。作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)能夠以態(tài)勢圖、行動矩陣、滾動信息的形式動態(tài)表現(xiàn)活動的實施過程;在推演進行過程中,模擬推演過程可以根據(jù)需要進行控制,態(tài)勢圖形能實時展示對推演過程的控制效果。

3 系統(tǒng)體系結構

3.1 方案推演體系結構

作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)包括五個部分,見圖1。其中控制服務、態(tài)勢服務、數(shù)據(jù)服務是本系統(tǒng)的重點。下面分別介紹各軟件部分的功能特點。

圖1 方案推演系統(tǒng)部件圖

· 數(shù)據(jù)服務(Data Server,DS)根據(jù)態(tài)勢服務或控制客戶部件的數(shù)據(jù)需要,從數(shù)據(jù)庫中獲取相關數(shù)據(jù)并作相應處理,然后返回處理后的數(shù)據(jù)；或者將其它部件提交的數(shù)據(jù)處理后存儲至數(shù)據(jù)庫。在分布式應用中,各種不同類型的數(shù)據(jù)分布在不同的數(shù)據(jù)庫中,數(shù)據(jù)服務是基于CORBA通信特點進行設計,能夠屏蔽這些差異,支持數(shù)據(jù)庫的異構性,并且易于擴展新增數(shù)據(jù)庫,為態(tài)勢服務提供一致、高效、可靠的數(shù)據(jù)訪問能力。

· 控制服務(Control Server,CS)與態(tài)勢服務和控制客戶基于CORBA通信,在進行推演前,態(tài)勢服務向擬進行推演的Client向控制服務進行注冊。在推演過程中,根據(jù)控制客戶的指令控制已注冊態(tài)勢服務的推演進程和速率,以滿足用戶對推演過程的控制和觀察。

態(tài)勢服務(State Server,SS)在控制服務的控制下,調用數(shù)據(jù)服務的接口獲取數(shù)據(jù),向上圖軟件發(fā)送數(shù)據(jù),以圖形的方式動態(tài)展現(xiàn)計劃數(shù)據(jù)。其中基于多線并發(fā)技術很好地解決了多元素并發(fā)模擬的問題。

· 控制客戶(Control Client,CC)客戶控制界面。客戶能通過該控制界面控制推演進程和速率,查看正在推演的行動矩陣和推演過程中的關鍵事件和沖突信息。

· 數(shù)據(jù)庫(Data Base,DB)是存儲方案推演相關數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在態(tài)勢推演系統(tǒng)設計中,SS、CC和CS為SEV結構態(tài)勢引擎部分,DS為服務部分。

3.2 系統(tǒng)總體結構

作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)主要由武器裝備體系對抗模型(簡稱任務模型)、基礎資源、推演引擎和應用界面等部分組成,如圖2所示。其中,基礎資源既包括推演系統(tǒng)建立和運行必需的原始資源,也包括武器裝備體系論證評估必需的推演系統(tǒng)運行結果資源。

任務模型是指在典型聯(lián)合戰(zhàn)役作戰(zhàn)任務背景下,對武器裝備體系對抗聯(lián)合戰(zhàn)役在戰(zhàn)術層次基本作戰(zhàn)行動的抽象描述,通過建立不同裝備體系配系的基本行動模型,能夠反映聯(lián)合戰(zhàn)役作戰(zhàn)樣式的復雜性。任務模型主要包括指控通信模型、進攻任務執(zhí)行模型、紅/藍方電子對抗模型、目標毀傷偵察模型、預警探測模型、目標毀傷評估模型等。

圖2 方案推演系統(tǒng)總體結構框圖

基礎資源是指推演系統(tǒng)建立、運行與應用必需的系統(tǒng)組件庫與數(shù)據(jù)資源庫(含仿真想定庫、裝備數(shù)據(jù)庫、推演結果庫等)。其中,系統(tǒng)組件庫存儲推演系統(tǒng)構建必需的任務模型(系統(tǒng))組件;仿真想定庫存儲武器裝備體系對抗聯(lián)合戰(zhàn)役作戰(zhàn)想定背景下,與典型行動方案相對應(反映不同戰(zhàn)役作戰(zhàn)樣式),能夠適用作戰(zhàn)方案的論證評估,并可直接用于觸發(fā)推演系統(tǒng)的計算機想定;裝備數(shù)據(jù)庫存儲裝備體系相關的作戰(zhàn)編成編組、裝備戰(zhàn)技性能參數(shù)等系統(tǒng)組件必需的原始或初始數(shù)據(jù);作戰(zhàn)規(guī)則庫存儲作戰(zhàn)行動需遵循的軍事規(guī)則;戰(zhàn)場環(huán)境庫存儲對裝備戰(zhàn)技術性能及作戰(zhàn)運用產生影響的戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù);推演結果庫存儲推演系統(tǒng)運行的中間和最終結果,為推演系統(tǒng)推演流程的推進和基于推演結果的武器裝備體系論證評估分析提供數(shù)據(jù)支持。

推演引擎驅動系統(tǒng)模型運行,為推演系統(tǒng)的各項應用功能提供執(zhí)行支撐。其主要功能包括: 1) 推演流程設計管理,支持根據(jù)特定典型行動方案,實現(xiàn)對系統(tǒng)組件的選擇、配置導航等功能,完成推演系統(tǒng)事件流模型的設計; 2) 接口文件管理維護,在完成推演流程設計后,支持推演系統(tǒng)對系統(tǒng)組件接口及數(shù)據(jù)文件的一致性檢查,確保推演流程中各系統(tǒng)組件接口物理連接正確; 3) 推演系統(tǒng)調度管理,在推演系統(tǒng)運行時,支持推演流程中各系統(tǒng)組件運行環(huán)境切換、后臺調用、連接、運行調度,推演系統(tǒng)初始態(tài)勢加載和推演控制、容錯處理等功能; 4) 基礎資源管理維護,支持用戶實現(xiàn)對基礎資源庫中的系統(tǒng)組件、數(shù)據(jù)文件、作戰(zhàn)規(guī)則、戰(zhàn)場環(huán)境基礎數(shù)據(jù)等的查詢、增添、修改、刪除等功能。

應用界面是基于作戰(zhàn)想定下的特定典型行動方案,利用系統(tǒng)基礎資源庫中的已有系統(tǒng)組件構建推演系統(tǒng),以及運行推演系統(tǒng),對推演系統(tǒng)基礎資源庫中的基礎資源實施管理維護等操作的人機交互界面。其中,系統(tǒng)建立人機交互界面,主要提供推演流程設計、系統(tǒng)組件配置、接口數(shù)據(jù)文件和仿真想定文件的選取等操作;系統(tǒng)運行人機交互界面,主要提供推演流程控制(運行、暫停、繼續(xù))、系統(tǒng)組件的裝備數(shù)據(jù)初始化等操作;系統(tǒng)維護人機交互界面,主要提供系統(tǒng)組件庫、仿真想定庫、裝備數(shù)據(jù)庫、推演結果庫等模型、數(shù)據(jù)資源的管理維護等操作。

3.3 系統(tǒng)總體業(yè)務流程

動態(tài)推演模型描述和體現(xiàn)了在給定作戰(zhàn)條件下,對戰(zhàn)斗劃分一定的階段和時節(jié),提煉會出現(xiàn)的作戰(zhàn)行動;分析模型計算能使用的推演行為,并控制階段、時節(jié)之間的轉化,并對實體的空間位置和狀態(tài)賦予一定調整的過程和結果,并選擇可視化表達的作戰(zhàn)過程的內容及形式。其主要過程為:

1) 依據(jù)命令數(shù)據(jù)和作業(yè)方案數(shù)據(jù),在給定作戰(zhàn)條件下,對戰(zhàn)斗劃分一定的階段和時節(jié),對階段、時節(jié)的關鍵特征進行描述,用數(shù)學表達式、邏輯規(guī)則來描述和體現(xiàn)關鍵的任務和作戰(zhàn)行動。

2) 建立一系列彼此關聯(lián)的、具有層次結構的行動序列(行動序列是作戰(zhàn)實體實現(xiàn)其作戰(zhàn)任務的整體有序行為,是執(zhí)行任務的流程。通過對行動過程的分層組合,并控制階段、時節(jié)之間的轉化,提供了行動過程建模的可重用性),對推演中階段、時節(jié)、行動、事件的統(tǒng)籌安排和全局規(guī)劃進行描述,實現(xiàn)對作戰(zhàn)計劃的控制。

3) 分析模型計算能使用的推演行為,提供檢驗行動序列沖突和時序關系的建模手段和途徑,并給出了對人工干預行為以及在此基礎上作戰(zhàn)過程序列調整的過程。

4) 保存作戰(zhàn)過程中詳盡的態(tài)勢變化情況,給出觸發(fā)態(tài)勢變化的目的、時間、原因、結果等數(shù)據(jù)信息。

4 系統(tǒng)關鍵技術

作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)存在三個重要技術要素,即推演流程設計、實體模型和模型體系以及智能推理技術。

4.1 推演流程設計

作戰(zhàn)方案推演流程設計(簡稱推演流程設計)是在體系對抗聯(lián)合戰(zhàn)役作戰(zhàn)背景下,針對某個典型作戰(zhàn)方案,將聯(lián)合戰(zhàn)役作戰(zhàn)過程的若干關鍵事件(即聯(lián)合作戰(zhàn)實體行為),按照紅藍各方的循環(huán)和聯(lián)合戰(zhàn)役攻防對抗關系建立事件流模型的過程。

推演流程設計的關鍵和難點在于: 1) 聯(lián)合戰(zhàn)役作戰(zhàn)關鍵事件的劃分; 2) 典型行動方案下關鍵事件時序關系的確立。本文將聯(lián)合戰(zhàn)役作戰(zhàn)關鍵事件劃分為觀測、判斷、決策、行動四大類,每大類又分為用以反映實體某類行為不同狀態(tài)的若干事件。同一事件可以由不同作戰(zhàn)實體(組件)產生,如預警探測事件可以由預警衛(wèi)星、預警雷達或兩者組合產生。同一作戰(zhàn)實體(組件)可以發(fā)生不同事件,如航空兵突擊編隊包括飛行、突防、打擊、返航等關鍵事件。關鍵時間的次序關系主要包括順序、并發(fā)、條件選擇、嵌套等類型。

4.2 實體模型和模型體系

實體模型是軟件內部使用的運算對象模型,對應現(xiàn)實中的各種作戰(zhàn)平臺,如:“戰(zhàn)斗機”、“驅逐艦”、“核潛艇”等。實體模型的型配置是以格式化模塊進行部署。

建立實體模型的關鍵和難點在于: 1) 兵力實體模型要有效反映兵力實體在作戰(zhàn)過程中的自主行為能力,具有行為的對抗性; 2) 兵力模型在運行過程中的協(xié)作性和協(xié)調性,能夠完成對環(huán)境和指令的反應。目前普遍采用基于Agent的實體建模方法,通過建立基于反映式行為的智能兵力模型,達到模型的逼真性、智能性和協(xié)同性,滿足作戰(zhàn)方案推演的對抗性要求。

模型體系則是對實體模型進行標準化與規(guī)范化,建立適合作戰(zhàn)方案推演的可重用和可擴展的接口標準和模型規(guī)范。

4.3 智能推理技術

智能推理是在動態(tài)環(huán)境下完成作戰(zhàn)方案執(zhí)行的一個過程,具體反應在作戰(zhàn)方案推演過程狀態(tài)轉化的推演控制推理。

智能推理技術的關鍵和難點在于: 1) 規(guī)則的表示,要建立適合的表示方法對規(guī)則進行描述,形成可用的控制策略; 2) 規(guī)則的使用,要建立規(guī)則的觸發(fā)機制及調度機制,確保推演過程的邏輯順序和進程。

5 系統(tǒng)典型運行流程

以武器裝備體系對抗聯(lián)合戰(zhàn)役為例,建立了聯(lián)合進攻戰(zhàn)役作戰(zhàn)方案的推演流程。如圖3所示。

圖3 方案推演流程

系統(tǒng)在完成方案加載、解析和初始化后由紅方初始作戰(zhàn)方案觸發(fā)運行。聯(lián)合進攻戰(zhàn)役作戰(zhàn)的推演流程是:

1) 作戰(zhàn)仿真想定庫中的想定數(shù)據(jù),聯(lián)合進攻指控與通信節(jié)點生成紅方火力打擊計劃文件并向紅方相關執(zhí)行節(jié)點發(fā)送;

2) 聯(lián)合進攻任務執(zhí)行節(jié)點按照作戰(zhàn)計劃同時而有序地執(zhí)行進攻任務并生成航路數(shù)據(jù)文件,這些航路數(shù)據(jù)文件觸發(fā)藍方預警探測與空情預告節(jié)點進入防御,同時作為紅藍雙方交戰(zhàn)節(jié)點紅方的輸入數(shù)據(jù)文件;

3) 紅藍雙方構成交戰(zhàn)關系并在交戰(zhàn)完成后輸出紅方裝備毀損文件和突防導彈情況(存入推演結果庫)、紅方對藍方目標進行攻擊的彈著點散布文件等;

4) 紅方目標毀傷偵察節(jié)點根據(jù)藍方目標特征生成目標毀傷偵察信息文件并傳輸給聯(lián)合進攻指揮與通信節(jié)點;

5) 紅方聯(lián)合進攻指控與通信節(jié)點結合其他作戰(zhàn)信息對目標偵察信息進行融合,判斷是否完成聯(lián)合進攻戰(zhàn)役作戰(zhàn)任務,如否,則進入聯(lián)合進攻的下一個循環(huán)。

6 結語

本文針對作戰(zhàn)方案推演的業(yè)務需求特點,分析了系統(tǒng)的體系結構,按照服務化模式提出系統(tǒng)包括控制服務、態(tài)勢服務、數(shù)據(jù)服務以及數(shù)據(jù)庫等五個部分組成。基于此模型,進行了包含對抗模型、基礎資源、推演引擎和應用界面的軟件總體架構設計,并分析了系統(tǒng)的基本業(yè)務流程。針對系統(tǒng)存在的三個關鍵技術,本文也進行了分析與研討。在此基礎上,本文針對聯(lián)合進攻戰(zhàn)役作戰(zhàn)這一典型作戰(zhàn)樣式給出了系統(tǒng)的運行流程。

隨著科學技術的發(fā)展,系統(tǒng)可以從以下幾個方面進行深入研究探討:

1) 研究多種形式的建模方法,針對性的對兵力以及規(guī)則進行建模,滿足不同作戰(zhàn)樣式的方案推演的業(yè)務需求;

2) 深入研究軍事概念模型,對作戰(zhàn)活動中的關鍵步驟進行高度參數(shù)化、形式化分析,不斷完備作戰(zhàn)方案推演過程中的可響應的事件和條件;

3) 綜合考慮作戰(zhàn)復雜性、戰(zhàn)場豐富的隨機事件模擬,以及分布式作戰(zhàn)方案推演等,構建智能化、跨平臺的新型作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)。

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Design and Implementation of Operational Scheme Deduction System

CHENG Luyao

(No. 91404 Troops of PLA, Qinghuangdao 066000)

Aiming at the rehearsal demand in military information system, the operational scheme deduction system is designed. First, the architecture and software framework of the system are analyzed. Second, three key technologies involved in the system are discussed. On this basis, a typical operational scheme application process is designed.

operational scheme, deduction system, approach of architecture, software framework

2014年5月8日,

2014年6月27日 作者簡介:程路堯,男,碩士研究生,工程師,研究方向:電子對抗。

TP311

10.3969/j.issn1672-9730.2014.11.003