基于戰場仿真的智能指揮控制系統總體設計

劉 宇

(中國西南電子技術研究所,成都 610036)

1 引 言

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

戰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和開發環境,對軍事作戰領域內的各種作戰條件、武器裝備、兵力部署等進行逼真的模擬,形成一個虛擬的“數字化”戰場,以便進行實戰演練和作戰效能分析[1]。指控系統是現代作戰體系的“大腦”和“神經中樞”,是分散的作戰系統的“粘合劑”,是作戰效能的“倍增器”[2]。指控系統的主要作用是在信息化戰場中,協調各體系完成協同作戰,使得戰場各作戰單位緊密的結合在一起,通過信息分發的方式實現各作戰單位的信息共享,從而提高單體作戰部隊的戰斗力,通過快速、準確、合理的指揮控制來有效提升整體作戰的戰斗力。目前,美軍的指控系統技術在應用和發展上都是最成熟的,對我國研究新型指控系統具有重要的借鑒意義。指控系統最早由美國防部在1977年提出并應用,從一體化電子信息系統發展成用于戰略、戰役以及戰術等所有的指揮層次,來滿足指揮官的各種作戰指揮需求。2006年3月,美國國防部提出“向網絡中心戰轉型”和“聯合作戰”概念,實現超越國家的、具有戰略性的、互操作的全球指揮控制水平,它標志著美軍指揮控制系統的建設進入“智能化”的技術發展階段。

為適應未來信息化戰爭的需要,本文結合國內外領域的技術發展情況,重點研究了基于戰場仿真環境下的指控系統的體系結構,結合實際的作戰需求提出了新一代指控系統的體系結構、系統組成以及創新性功能。本文在實現協同辦公和文電傳輸等電子化手段的基礎上,根據實戰需求對紅藍雙方偵察手段部署與分布、全球熱點態勢推演、偵察系統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,從而為指揮員統一指揮、協調、部署偵察力量提供輔助決策支持。

2 系統體系結構

在參考美軍指揮自動化系統的結構和功能的基礎上,結合作戰實際需求,為更好地適應未來情報偵察工作發展的需要,提出了新型指控系統的體系結構,其總體架構如圖1所示。

圖1 戰場仿真與指揮協調系統體系結構圖Fig.1 The architecture of battlefield simulation and CCS

本系統采用分級分層的體系結構,由戰場仿真與指揮協調中心和區域(或方向)級戰場指揮控制中心組成,形成自頂向下、分區管轄而又相互支持的指揮協調與控制關系。指揮中心和各區域級單位均可根據各自的情報業務需求,形成偵察任務或計劃,下達下屬情報部門執行,最終的偵察任務均被分解并分配到指定偵察監視裝備,完成對偵察監視對象的探測、發現、跟蹤與監視。在整個偵察任務執行過程中,各級情報部門還可完成對所轄偵察手段或偵察系統的全過程調度與監視,完成對任務的實時跟蹤、引導與干預。

在戰場仿真與指揮協調中心一級,本系統以戰場仿真環境為基礎提供對戰場態勢推演、對抗演練和偵察協同仿真的支持,構建更全面、真實的作戰環境。在作戰環境的基礎上根據需求來結合現有的指控系統的功能,本文認為可以實現對全球或熱點區域戰場變化趨勢的推算與演練,實現對紅藍雙方在特定戰場環境中可能采取的偵察和作戰行動的分析與預判,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、更優化的偵察任務或作戰計劃提供情報保障和智能輔助決策支持。

本系統與傳統結構的區別有以下幾方面。

(1)基于戰場仿真環境

以戰場仿真環境為基礎構建的指控系統提供了對戰場態勢、對抗演練和偵察協調仿真等環境,通過戰場仿真將指控系統中的情報收集與情報處理有效地結合在一起,可以實現特定戰場環境中偵察和作戰行動的分析與預判,為指揮人員制定更合理、更優化的偵察任務或作戰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

與傳統的信息系統不同之處在于,信息的收集、傳遞,以及處理以自頂向下的、分區管理的方式來進行分級分層構建。不僅在整體架構上形成一個樹狀網絡圖,在同級之間仍然保持網絡結構,為作戰時的戰略通信和戰術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度、全監視的指揮控制協調能力。

(3)智能決策監控

與傳統的決策監控不同之處在于,傳統的決策監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控。本系統結合戰場態勢信息、對抗演練信息、作戰規則等情報,綜合處理多源的情報信息,運用人工智能技術來輔助指揮人員分析作戰預案,制定并檢驗作戰計劃,評估敵方武器系統作戰效能。

3 系統構成和功能

戰場仿真與指揮協調系統分為上下兩級組織機構,由戰場仿真與指揮協調中心、區域級指揮控制中心構成。

根據指揮中心級別及所行使職能的差異,區域級指揮控制中心主要完成信息接入與分發、指揮調度、綜合態勢顯示和偵察力量顯示。在此基礎上,戰場仿真與指揮協調中心還需提供戰場態勢推演、對抗演練和偵察協同仿真支持手段。

戰場仿真與指揮協調系統的組成如圖2所示。

圖2 戰場仿真與指揮協調系統構成Fig.2 Component of battlefield simulation and CCS

(1)信息接入與分發

提供對廣義文本、圖片、圖像、聲像等各種類型數據的接收、預處理、存儲管理與分發能力,完成指控命令、引導信息、態勢情報、監控信息等的統一接入匯集及按照不同密級、優先級、時效要求向上/下級用戶進行網絡發送,實現信息的互聯互通。

(2)指揮調度

負責指揮和調配各種偵察資源進行協同偵察,了解偵察資源部署情況及其任務方向,并對偵測系統提供信息支持和偵察引導,完成情報搜集與處理,實現對偵察資源重要設備的實時監控和故障檢測;同時,能接收并協調內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計劃,并對任務執行全過程進行跟蹤和監視,實現情報的切實保障。

(3)綜合態勢顯示

根據不同需要,對陸海空天電各類目標(包括航跡、軌道或偵察范圍)、重要戰略目標和作戰目標進行綜合或分類顯示,實現對戰場環境和氣象水文信息的模擬展示,形成戰場態勢分布圖,支持二維、三維兩種顯示模式。

(4)戰場態勢推演

利用紅藍雙方的作戰意圖、兵力部署、主要作戰任務、作戰強度及作戰規則等情報,依據作戰計劃的執行序列和進程,提供對戰場環境和作戰行為的建模,完成對各個作戰階段中由作戰部署和作戰行動所形成的狀態和形勢的逐步演練,實現對參戰各方作戰行動和行動效果的順序演示,輔助指揮人員分析作戰預案,制定并檢驗作戰計劃,評估敵方武器系統作戰效能。

(5)對抗演練

支持仿真想定制作與規一化,完成對藍方的戰場感知、任務規劃和作戰行動的想定與模擬,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控制,實現由白方(導演方)誘導對抗雙方做出相應反應,以便選取最優的作戰部署與運作方案[3]。

(6)偵察力量顯示

完成對我屬陸海空天電的偵察力量部署、調度、運行、信息傳輸、路由選擇、通聯關系、網絡組成等情況的綜合顯示。

(7)偵察協同仿真

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同偵察運作演示與效能仿真,通過對單一偵察手段、系統或平臺以及不同種偵察手段、系統和平臺組合后對指定監視區域內目標的偵察性能分析評估,提供偵察資源的優化配置建議,為指揮人員制定最優的偵察任務提供輔助決策支持。

4 關鍵技術

4.1 指揮信息系統體系的總體設計技術

目前,情報指揮信息化建設還處于相對較低的水平,而現在無論是企業還是政府部門領域,無紙化協同辦公平臺和商務交互平臺都已被廣泛應用。本系統旨在建設一個完整的自頂向下涵蓋多區域、多方向的一體化指揮協調系統,因此在項目建設的前期,需從系統需求、工作模式、工作流程、指揮層次結構等諸多因素著手,切實了解并把握情報指揮流向關系與具體業務需求,設計并開發高效、快捷、實用的仿真與指揮平臺。

4.2 指揮輔助決策技術

(1)指揮預案生成與校驗技術

指揮預案生成技術是指揮自動化系統輔助決策的一部分。傳統的指揮作戰指揮預案是指揮員根據過去的作戰經驗而擬定的,但是由于它是根據指揮員以往的經驗而制定的,所以缺陷也是很明顯的。隨著現代作戰手段的不斷豐富,這種預案生成的方法的弊端也越來越明顯。因此,本系統主要研究根據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,系統將自動根據當前情報信息,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

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

(3)系統檢測和模擬演訓技術

指控系統中的模擬演訓技術是一個新興的需求,主要是為了讓受訓人員在模擬環境中熟悉業務處理流程、提高作戰分析和處理能力而制定的演練系統。演練系統的關鍵技術包括模擬環境的搭建、模擬環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

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。在研究指控系統的人工判證技術中,本文運用專家知識庫技術,通過建立目標本體、目標判證規則庫等知識庫技術與多源信息融合技術相結合的方式來提高目標的判證準確性和可靠性。

4.3 系統架構的可重用/可重組技術

為了使本系統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,而無需系統的二次改造與開發,需研究系統架構的可重用/可重組技術,增強軟件的可重用性、可重組性和可擴展性,提高軟件的質量和可靠性,保證應用軟件之間良好的互操作性。

5 結 論

戰場仿真與指揮協調系統是未來戰爭的中樞,也是國家信息基礎設施和國防信息基礎設施的重要組成部分,它以陸海空天電一體化信息網絡為載體,將多手段、多來源的偵察系統連接在一起,綜合集成為陸海空天電一體化的信息支撐體系,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、全球熱點態勢推演、偵察系統效能仿真以及紅藍雙方對抗演練等技術手段,合理組織,及時協調,有效調度,使之有序、高效、最優地運行,實現決策前評估、實施中監控、行動后分析[4]。本文提出的戰場仿真與指揮協調系統的體系結構和功能構成,對規劃我國一體化指揮控制系統建設,促進一體化指揮控制技術的發展具有重要意義。下一代指控系統需要緊密結合戰場環境,具有融合協調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技術的分布交互式虛擬戰場仿真[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.美軍指控系統發展及其對我海軍艦載指控系統建設的啟示[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.空天信息系統一體化指揮控制系統體系結構研究[J].裝備指揮技術學院學報,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總體設計[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)