體系作戰可重構指揮控制軟件設計方法*

陸宏澤，趙長見，梁 卓，王常悅，楊春雷

（中國運載火箭技術研究院，北京 100076）

0 引言

指揮控制系統是體系作戰的“中樞神經系統”，是體系作戰的研究重點，目前，國內在武器裝備指揮控制系統體系結構、建模、軟件開發方面已開展大量研究［1-5］，然而，對于集成天、空、地多域體系作戰資源，面向實裝試驗的集群體系作戰相關指控技術的研究尚未見報道。受傳統“煙囪式”裝備研發模式影響，國內不同單位裝備指控系統自成體系，接口類型多樣，亟需開發滿足體系作戰需求的指控軟件，以兼容多類作戰裝備、適應不同作戰場景、支持多種作戰規模。為此，本文提出一種面向體系作戰的可重構指揮控制軟件設計方法。

1 體系作戰系統發展概況

體系作戰是基于作戰想定，綜合運用態勢感知裝備、指揮控制裝備、通信裝備、打擊裝備和保障裝備，聯合陸、海、空、天、電磁和認知領域在信息鏈系統的支持下，實施互聯、互通、互操作的整體聯動作戰。其實質是以天空地信息為主導的體系與體系的對抗，目的是通過能力融合實現作戰效能的最大化。在高技術局部戰爭的推動下，目前各國都在加速開展一體化武器平臺的建設，如美國“未來戰斗系統”、英國“未來快速反應系統”、法國“空地一體作戰系統”等［6-8］，建成的體系作戰系統均集成了偵察、指控、通信、打擊、防護等多種作戰要素。

2 體系作戰指控軟件功能需求分析

體系作戰的指揮控制系統是對體系作戰過程實施控制的綜合智能化系統，也是一種具有復雜網絡特性的控制系統，其以計算機技術為核心，并集指揮、控制、通信和情報4 個部分為一體，具有情報收集、信息傳輸、作戰指揮、武器控制等功能［9］。體系作戰指控軟件主要用于顯示試驗過程中的戰場態勢、各設備工作狀態和作戰效果等情況，完成任務規劃和指揮控制決策，下發各項作戰指令，控制各裝備完成指定任務。

為滿足體系作戰多類型作戰裝備、多種作戰規模和場景以及無中心網絡化作戰指揮控制需求，指控軟件需要可重構，對于軟件可重構的定義，目前并沒有一個統一的表述，普遍理解是在不改變軟件外部行為特性的情況下，通過調整軟件內部結構以提高軟件的可理解性、可維護性和可擴展性［10］。結合體系作戰特點，分析體系作戰指控軟件可重構的需求主要體現在：

1）為兼容多類型作戰裝備，軟件功能需要可擴展。根據體系作戰目的不同，參與裝備按功能可涵蓋偵察、進攻、防空、無人機等多種類型，各類裝備又可包含多個型號。目前，不同類型、不同型號裝備的指揮控制信息化水平和信息傳輸接口差異較大，為滿足一體化指控，需要指控軟件能夠集成各類裝備指揮控制功能，并進行功能擴展。

2）為適應多種作戰規模和場景，軟件功能需要可配置。根據體系作戰規模和場景不同，參與作戰的裝備種類和編組也不同，如局部作戰可能僅包括近程進攻武器，而更大規模作戰的參與裝備可能包含地基、空基、天基等多個維度的近程、中程、遠程武器，并需要多個軍兵種參與，因此，指控軟件各功能模塊需要能夠按不同作戰規模進行配置。此外，為滿足裝備功能升級及變更，指控軟件需要支持各功能模塊整體升級或局部更改。

3）為滿足無中心網絡化作戰，軟件數據需要能容災抗毀。在體系作戰進展過程中，裝備會因戰損等意外情況需要臨時退出戰斗，或整個體系需要臨時進行裝備擴充及重新編組等情況，因此，在通信網絡的支持下，指控軟件需能夠支持各指控終端臨時加入或退出作戰。當指控終端退出時，為使剩余的裝備能夠保持作戰狀態，需要能夠在其他任一指控終端登陸受損指控終端，代替該終端繼續完成作戰任務。在網絡發生中斷的情況下，軟件需要能夠支持各指控終端獨立作戰。

3 體系作戰指控軟件設計

3.1 軟件架構及功能擴展方式設計

為適應體系作戰不同指控終端功能按需配置、快速集成，采用“平臺+應用”的軟件架構，并采用不同的接口方式，實現對不同類型功能模塊的集成，實現軟件功能的按需擴展。軟件“平臺+應用”的架構如圖1 所示。

圖1 指控軟件架構

“平臺”用于實現軟件運行基礎功能。包括基礎服務層和業務服務層。基礎服務層是支持基礎數據處理、為上層業務提供基礎服務的功能層，主要包含數據分發服務、數據庫服務、加解密服務、文件管理服務等通用基礎服務，這些服務是業務運行的基礎。業務服務層提供支撐功能模塊所需的核心業務服務，主要包含態勢服務、指令解析服務、代碼指揮服務、數據融合服務、UI 框架引擎、通信服務、模板解析服務、作戰指揮引擎、火力規劃服務等核心業務服務，為系統完成指揮控制的各項功能提供必須的業務支撐功能。

“應用”由各功能模塊組成，通過調用平臺相應的服務實現多樣化業務，包括戰前準備、作戰指揮、流程監控、效果評估等基本功能模塊，還包含中心任務規劃、偵察任務規劃、進攻任務規劃、防空任務規劃等專用功能模塊，各功能模塊通過調用“平臺”的各種服務實現業務應用。

上述功能模塊中，有的需要根據裝備功能專門定制開發，有的可以是裝備現有的指控軟件或模塊，直接集成到指控軟件中，為兼容不同類型功能模塊的集成，采用API 應用程序接口、插件接口、標準規范3 種方式實現功能模塊與平臺之間信息的高效傳輸。3 種方式適用情況：1）API 接口方式：應用層可調用平臺提供的API 接口，實現個性化的業務功能。這種方式適用于沒有現成的系統或功能模塊，希望基于平臺實現定制化業務。例如基于平臺的GIS 服務和其具備的地圖展示、元素渲染、坐標轉換、動作處理、基礎GIS 操作等基礎功能。2）插件接口：平臺提供插件接口，利用反射技術實現主框架對子系統控件的加載，各子系統只要符合接口規范，均可以插件形式接入，實現系統的快速集成。該方式適用于已有系統，需接入平臺，但不需與平臺交互的場景。3）標準規范：對于已有現成的系統或模塊，不希望進行大幅度改動，可以按照平臺提供的標準指令格式，以規范化指令驅動平臺基礎功能，實現不同系統或模塊之間的聯動，可有效避免不同系統的異構問題。

3.2 軟件功能模塊配置方式設計

指控終端是指執行作戰任務所有指控節點的終端，每個指控終端都安裝指控軟件，可根據業務不同，為不同的指控終端配置相應的功能模塊，實現終端功能靈活重構，使用戶在每個指控終端都可以登陸任一角色，執行不同的作戰任務，實現體系作戰指揮控制信息管理、任務規劃、融合處理、信息共享、分發應用等。

軟件功能模塊包括基本功能模塊和專用功能模塊。各指控軟件終端與功能模塊之間的配置關系示例見表1。可根據作戰需要，對各指控終端靈活配置需要的基礎和專用功能模塊。

表1 軟件功能配置關系對應表

3.3 軟件數據庫及信息交互接口協議設計

為支持無中心網絡化作戰，指控軟件的數據庫采用分布式部署方式，各指控終端本地數據庫進行多庫分離設計，將基礎數據和作戰數據分開存儲，基礎數據庫存儲每次作戰相關的用戶、角色、功能配置、編制、裝備等基本信息。作戰數據庫存儲作戰過程中產生的數據，如作戰指揮指令、作戰日志等。

作戰數據流轉模式如圖2 所示，戰前向各指控終端下發基礎數據，戰中僅同步必要的作戰數據，以降低通信帶寬需求，戰后進行數據匯總。因各個終端戰前獲取的基礎數據完全一致，且戰中作戰數據保持了一致性，若某個指控終端被毀，其他終端可及時作為替代節點，實現“隨遇入網、即插即用”；若網絡中斷，本地數據也可支持各指控終端獨立作戰指揮，防止指控終端單點失效，保障作戰順利進行。

圖2 作戰數據流轉模式

指控軟件需要支持體系作戰過程中各類作戰信息在整個系統內正確傳輸，即在正確的時間將正確的信息傳輸到正確的指控軟件終端。由于體系裝備種類繁多，同類信息的接口形式也多樣，裝備原有的接口大多僅針對某個具體裝備開發，功能單一，通用性和兼容性較差，也不易于維護和測試。因此，需要統一體系內各類指控信息交互接口協議，以便于通信和測試使用。

天、空、地多域體系作戰的作戰信息分為5 類：1）作戰指令信息：作戰過程中各指控終端之間傳輸的各類作戰指令。2）裝備位置信息：作戰過程中需要通過態勢圖及時了解我方作戰單元的位置，因此，需要裝備指控終端軟件持續回傳裝備的位置信息。3）航跡信息：具備航跡信息的裝備在作戰過程中需要上報預設航跡和實時航跡，以便通過態勢直觀展示無人機、導彈等的飛行軌跡。4）目標信息：衛星、無人機等偵察到的目標位置信息需要展示在態勢上，為任務規劃和打擊規劃提供依據。5）音視頻數據：通過衛星、無人機或巡飛彈實時獲取的戰場中實際場景圖像及視頻，在指控軟件終端可掌握戰場情況，便于快速決策指揮。

為保證指令的正確下達，需要采用統一的數據傳輸方式，指控軟件與各裝備指控軟件進行數據交互可采用以下3 種方式：方式A：指控軟件與各裝備終端在界面上通過人工實現交互。方式B：在裝備終端安裝指控終端，指控終端和各院軟件之間借助本地文件進行信息交互。方式C：通過標準的TCP 或UDP 協議完成指令信息的發送和接收。結合實際裝備特點，梳理出各指控終端之間信息交互的典型方式見表2。

表2 指控終端信息交互方式

4 結論

提出了一種面向體系作戰可重構指揮控制軟件設計方法，重點介紹了如何通過軟件架構設計、功能模塊配置、數據庫及信息交互協議設計實現指控軟件可重構。依據本文提出方法開發的指控軟件已經通過了體系實裝演示試驗的驗證，結果表明該方法合理可行，可為各軍兵種體系作戰指揮控制系統建設提供參考。