海空目標情報信息仿真軟件的設計與實現*

龔博文

(中國人民解放軍92941部隊45分隊，遼寧 葫蘆島 125000)

0 引言

指揮控制系統作為指揮員指揮決策的基礎，不僅在真實作戰、演習環境發揮著重要的作用，在武器試驗過程中也扮演著整個試驗體系“大腦”的重要角色[1-2]。情報信息作為指揮控制系統中戰場環境感知、敵我態勢對比等多方面信息的基礎，需要依靠多方面傳感器以及偵測系統的偵察感知，不僅如此，在武器試驗過程中，任務?？沼虻拿翊?、飛行器等目標眾多，需要及時發現并在任務時間窗來臨前進行驅離，以保障任務正常進行。

當下，指揮控制系統接入的信息來源復雜、信息量大，給系統內軟件的開發、研制和測試評估帶來了較大的困難。尤其是情報處理軟件以及后期試驗態勢顯示軟件，情報信息能否正確、完整、準確地出現在態勢顯示軟件中將極大地影響指揮員決策。因此，在情報處理軟件以及態勢顯示軟件等軟件上線使用前，需要對軟件進行充分的試驗。一直以來，真實情報信息的保密程度高，關鍵情報信息的獲取較為困難，給軟件的指標測試以及各項功能拓展研究帶來較大的困難，因此，需要利用計算機仿真技術實現情報信息的仿真以解決這一難題。

國內已有不少團隊針對?？漳繕饲閳笮畔⒌哪M仿真展開了理論研究[3-6],并且在此基礎上開展了特定環境條件下基于不同傳感器的數據仿真融合，并對情報信息仿真融合效果進行評估，進一步檢驗情報信息仿真融合軟件的效能[7-11],但對于武器試驗指揮中任務海空域內的目標情報信息仿真還有待進一步研究。

本文在分析武器試驗過程中態勢顯示系統對情報信息仿真環境需求的基礎上,提出了?？涨閳竽M軟件體系結構和功能模型的總體設計思路,說明了?？漳繕诉\動航跡仿真以及情報信息生成過程中誤差補償的技術方法,開發了?？漳繕饲閳笮畔⒎抡孳浖?并通過試驗展示了軟件的應用效果,驗證了技術方法的可行性。

1 需求分析

在實際試驗過程中，指揮控制系統需要接入多個來源的情報信息，主要包括主動雷達和敵我識別系統等方式送來的信息，進而對情報信息進行相互關聯、融和、處理，將處理后的情報信息通過網絡向信息匯集分發分系統發送，最后顯示在態勢信息中以供指揮決策。因此，?？涨閳笮畔⒛M仿真軟件應具備以下條件：

(1) 仿真信息配置能力

能夠在指定的區域，結合實際情況對海上、空中的目標屬性、目標類別、單個目標或多批次目標、目標數量、位置以及運動軌跡等進行配置；對目標自身的輻射特性或者自帶的輻射源進行配置；對雷達等偵測設備的位置及自身工作狀態進行配置想定。

(2) 仿真信息模擬能力

根據配置得到的目標基本信息、運動軌跡以及偵測設備的位置信息等，按照開始時間、時長以及數據頻率進行情報信息的模擬。在此要注意，目標信息模擬的真實性，需要考慮偵測設備的威力范圍、環境條件、設備自身誤差等實際情況，使得模擬得到的情報信息的時序、誤差以及數據率符合實際情況。

(3) 模擬情報信息發送能力

在情報信息模擬生成后，能夠將情報信息按照設定的頻率通過網絡向信息匯集分發分系統發送，進而將?？涨閳笮畔@示在各個顯示終端上。

(4) 綜合信息顯示能力

對于發送的?？涨閳笮畔ⅲ軌驅⑶閳笈渲眯畔⒁约爱斍扒閳竽M仿真情況顯示在軟件界面上，以便操作人員及時了解仿真情況。

(5) 情報信息控制能力

能夠對當前?？涨閳笮畔⒛M進程進行控制，對目標進行實時控制以及更新目標的狀態信息，便于操作人員及時做出修正。

孔隙水壓力靜力觸探技術（CPTU）通過在常規靜力觸探（CPT）探頭上安裝孔壓傳感器元件，除可測錐尖阻力qc、側壁摩擦力fs外，還可測試地下水位以下各土層的孔隙水壓力u及超孔隙水壓力消散過程。根據測得的超孔隙水壓力消散曲線，可以推求土層的滲透系數Kh及固結系數Ch等重要的土的工程性質參數，對土層進行有效應力分析及計算，亦可對其滲透固結及沉降變形進行分析計算。

2 方案設計

2.1 軟件架構模型

武器裝備試驗中需要對任務?？沼騼鹊拇灰约帮w行器進行監視并驅離，為了更好地驗證試驗態勢顯示軟件的性能，需要接受來自多個偵測系統的情報數據，并且不同級別指揮機構對于情報信息的要求也不盡相同，為了使海空情報信息模擬仿真軟件生成的情報信息更好地滿足不同級別態勢軟件的需求，在進行軟件體系架構設計時充分考慮系統框架的兼容性、情報數據生成的可控性以及數據的可回放性，軟件的體系架構如圖1所示。

軟件體系架構規劃為硬件平臺層、系統軟件層、數據層、基礎服務層、信息處理層、信息應用層。硬件平臺層為系統提供硬件基礎環境；系統軟件層在系統硬件基礎上為系統提供軟件基礎；數據層在系統軟、硬件基礎上，為系統提供數據存儲與共享服務；基礎服務層在數據層基礎上提供與軟件主體業務無關的基礎服務以及與軟件業務相關的核心服務；信息處理層在基礎服務層基礎上，構建面向對象的核心應用；軟件整體技術規范貫穿于硬件平臺層、系統軟件層、數據層、基礎服務層、信息處理層以及信息應用層，對基礎軟硬件、數據資源、通信接口等進行統一規范。

2.2 軟件功能模型

根據軟件體系架構需求，結合武器試驗過程中情報信息在態勢現實中的具體流程，提出海空情報信息模擬仿真軟件的功能模型如圖2所示。

(1) 仿真信息配置包

根據態勢顯示軟件處理需求，對?？窄h境、偵測設備、目標屬性等進行配置。在目標參數庫中預先建立目標的情報來源、目標類別以及目標屬性，在偵測設備庫中建立各偵測設備的威力范圍以及設備工作狀態；接著在目標配置頁面對目標的情報源、開始時間、經度、緯度、高度、目標數量、起始速度、目標類別、目標屬性、是否多批以及批數等進行配置，確定目標的運動軌跡以及狀態，合理配置目標的運動軌跡誤差以及偵測設備自身的誤差；進而，將配置好的目標模型以及偵測設備模型存入數據庫中，并在軟件界面上予以顯示。仿真信息配置包的執行序列如圖3所示。

(2) 仿真信息模擬包

根據態勢顯示軟件的測試需求，依據配置好的目標模型以及偵測設備模型，設定情報數據產生頻率以及仿真時長，對情報目標的運動原始信息進行模擬。情報目標數據的模擬主要依托目標先前配置好的速度、位置信息，利用插值算法，對目標下一個時刻的位置信息以及運動狀態進行模擬，包內對生成的信息測量數據格式進行自檢，進而形成完整的目標運動軌跡。最后，將模擬得到的目標運動軌跡數據存入數據庫。仿真信息模擬包的流程圖如圖4所示。

(3) 模擬情報信息發送包

圖1 軟件體系架構示意圖

圖2 軟件功能模型圖

圖3 仿真信息配置包內序列圖

(4) 情報信息控制包

從數據庫中獲取海空情報配置信息并在情報信息控制界面上顯示，如果目標信息配置有更新，則在情報信息控制界面及時更新目標配置信息，同時，接受正在仿真得到的海空情報信息，及時跟蹤模擬進程，并對模擬進程及目標狀態進行控制。具體仿真信息配置包的執行序列如圖6所示。

圖4 仿真信息模擬包內流程圖

圖5 模擬情報信息發送包內流程圖

圖6 情報信息控制包內序列圖

3 關鍵技術

3.1 情報目標運動航跡仿真

模擬得到的情報信息主要作用是用于檢驗態勢顯示軟件情報信息的處理能力以及運動軌跡顯示的真實性，軟件為了較好地擬合真實情況下飛機、艦船等的實際運動軌跡，利用遞推的方式生成目標的航跡。

假設以起始點作為直角坐標轉換原點，以t0表示目標被探測到的時刻，x(0)，y(0)，z(0)用于表示在直角坐標系下此時的位置，考慮目標以速度v作勻速直線運動，以x(n)，y(n)，z(n)表示終點位置，以x(t)，y(t)，z(t)表示t時刻的目標位置，利用起點與終點的位置關系，得出沿東、北、天3個坐標方向上的速度分量為

(1)

式中：θ，φ分別為經度和緯度。

則在t時刻，目標的位置為

(2)

得到下一時刻目標位置后，利用坐標轉換將目標位置轉換成經度、緯度、高度的格式[12-15]，形成情報信息。按照上述步驟重復，即可通過遞推的方式計算下一個點的位置，以達到航跡的動態推演。

3.2 情報信息誤差補償

在實際情況下，雷達等偵測設備偵測目標的威力范圍有限，與目標距雷達的距離以及雷達自身頻率、波束方向增益亦有關。當目標處在雷達偵測距離范圍之外，則難以偵察到目標；當目標處在雷達偵測距離范圍內，則可以捕獲到目標信息。但由于雷達增益、海雜波、大氣環境等復雜電磁環境以及設備自身誤差等外部因素的影響，真實條件下偵測設備提供的情報數據與海空目標的真實活動軌跡存在一定的誤差，進而影響?？漳繕饲閳笮畔⒌娜诤咸幚恚虼?，為了進一步擬合實際應用過程中的誤差影響，需要對情報目標的原始運動軌跡進行加噪處理。

海空目標情報模擬信息是用于后期情報信息融合以及態勢顯示軟件，重點在于輸出情報信息而不是偵測設備的偵察過程，因此本軟件忽略復雜偵測過程的誤差仿真，將各種因素的影響統一考慮，進而對原始的目標運動軌跡建立噪聲模型，使得軟件生成的?？漳繕饲閳笮畔⒏訑M合真實環境下偵測設備對目標的偵查。

雷達獲取目標的位置信息最直接的信息格式便是目標距離、俯仰角和方位角，假設這3個觀測量均服從正態分布，則其均方誤差分別為δR,δβ,δα，則偵測設備對?？漳繕说膫蓽y數據為

(3)

4 軟件應用效果

為了驗證本文設計的海空目標情報信息仿真軟件的實用性以及有效性，利用該軟件模擬生成情報目標信息，并發送至網絡匯集分發系統，利用該系統向態勢顯示軟件推送信息，利用態勢顯示軟件顯示的情報目標軌跡信息來檢驗軟件的實用性和有效性。

想定某試驗區域有1個目標在活動，起始航向10°，航速10 m/s，有5個傳感器/偵測設備，分別部署在不同的地理位置，對任務區域的?？涨闆r進行監視警戒。圖7展示的是海空目標仿真信息配置界面。圖8展示的是態勢顯示軟件中?？漳繕说倪\動航跡以及收到情報目標的位置信息。

圖7 ?？漳繕朔抡嫘畔⑴渲?/p>

從圖7可以看出，海空目標情報信息仿真軟件提供了較好的人機交互界面，能夠對海空目標進行詳細的配置，并且通過軟件的數據回放功能夠實現態勢顯示軟件等其他情報信息處理系統的復盤推演。通過圖8中態勢顯示軟件顯示的目標運動航跡以及軟件接收到的目標位置信息，可以看出利用基于目標特性進行運動航跡仿真、利用加噪處理對生成信息進行誤差補償的技術方法能夠對目標運動航跡進行較好的仿真推演，并且使得?？漳繕饲閳笮畔⒏訑M合真實環境下偵測設備對目標的觀測。

圖8 情報目標運動航跡顯示圖

5 結束語

本文針對武器試驗過程中態勢顯示軟件對情報信息仿真的需求，研究了目標運動航跡仿真以及誤差補償方法，設計并實現了?？漳繕饲閳笮畔⒎抡孳浖眯Ч砻?，該軟件較好地解決了態勢顯示軟件等情報處理軟件因缺乏情報數據無法進行態勢融合顯示的問題。今后在此基礎上進一步研究多種影響因素對情報信息仿真的影響，通過建模進一步增強仿真軟件的靈活性與適用性。