外軍任務規劃系統分析與啟示＊

陳炳峰

（海軍裝備部駐武漢地區軍事代表局 武漢 430064）

1 任務規劃系統

1.1 軍事需求

任務規劃系統在諸多軍用領域存在廣泛的應用需求，包括無人作戰平臺、深空探測、巡航導彈遠程精確打擊、多機協同作戰、高分辨率對地觀測等不同的軍用領域。總的來說，任務規劃系統的軍事需求可概括為以下幾個方面。

1）無人作戰系統任務規劃

通過集中或分布的協同控制，對無人作戰系統進行有效的任務分配和調度，完成多個無人作戰平臺的運動軌跡、航跡規劃，發揮多個無人作戰平臺的協同作戰效能。

2）導航衛星系統星地一體任務規劃與資源管控

以地面主控站為核心，以星地鏈路和星間鏈路為紐帶，實現對星座業務、各類地面站資源以及鏈路資源的統一管理、優化調度和協調控制，保障整個衛星導航系統的穩定運行。

3）深空探測系統任務規劃

在全局上依托星際鏈路技術，對整個分布式航天器系統的任務進行自動規劃和調度，優化航天器資源的利用，降低對地面測控資源的依賴。在局部上依據全局任務規劃方案的指導，在時間期限和能源約束等條件下，對單個航天器的具體動作進行自主規劃，實現對航天器的自動控制。

4）巡航導彈遠程精確打擊任務規劃

初期僅在巡航導彈發射前，根據航線地圖、圖表和測地數據及情報信息，運用先進的處理手段制作巡航導彈的攻擊航線和導航程序。目前先進的任務規劃系統允許在戰術導彈飛行過程中改變攻擊目標、改變飛行航跡并進行戰斗毀傷評估，支持人在回路控制。

5）多機協同作戰任務規劃

根據戰略或戰術任務要求，以多機種協同和信息網絡為基礎，制定己方作戰飛機的攻擊計劃和協同方案，實現優化利用和配置各種空軍作戰資源。

6）高分辨率對地觀測系統協同任務規劃

統一受理各級用戶的高分辨率對地觀測需求，對天基、臨近空間、航空觀測資源和數傳資源進行統籌的協同規劃與調度，并監視天基、臨近空間、航空平臺有效載荷的技術狀態和工作狀態，協調控制地面系統任務的執行，保障系統安全高效運行。作為地面系統的神經中樞，具有分析用戶需求、輔助指揮決策、控制任務實施的作用，是保障高分天基系統安全高效運行的關鍵。

7）衛星偵察監視系統的任務規劃與調度管理

根據上級指令和偵察任務要求，完成偵察任務規劃、衛星偵察計劃制定、衛星有效載荷控制、偵察數據接收站網接收計劃調度和星地系統工作狀態監視。

1.2 系統內涵

從上述軍事應用需求可歸納概括出任務規劃系統的內涵，即在綜合考慮作戰資源能力和任務要求的基礎上，生成能達成使命的行動計劃，為各行動分配資源，確定行動起止時問，排除資源使用沖突，最大化行動效益，并對計劃執行過程進行監控和適應性調整，確保計劃的順利執行。

根據規劃的活動和資源來區分，任務規劃系統主要包括感知網絡任務規劃和交戰網絡任務規劃。前者規劃的活動是信息的獲取、傳輸、處理等內容，規劃的資源是攜帶各種傳感器載荷的天、空、地、海等移動或靜止平臺；后者規劃的活動是攻擊和保障力量的使用、部署以及移動路徑等，規劃的資源是人、各種武器系統及火力。

1.3 功能結構

下面以美軍的飛機任務規劃系統為代表，分析系統的典型功能結構。圖1給出了美軍飛機任務規劃系統的功能結構。

圖1 美軍的飛機任務規劃系統結構

從圖1中可以看出，系統主要包括20個功能模塊，每個模塊都有專屬的人機交互終端。

1）威脅數據處理

從飛行中隊的智能計算機系統中接收指定格式的威脅數據，通過威脅過濾器，分解處理，并將數據中包含的威脅系統信息與已有的威脅模型比較，判定威脅系統的種類，以及是否為新的威脅系統，處理完畢后將結果存儲到數據庫中。

2）任務信息處理

從飛行中隊的智能計算機系統接收固定格式的任務數據，包括目標點和指定的航線中間點、機載武器、到達目標的時間要求和戰場事物的三維坐標。

3）空中協同數據處理

完成作戰飛機與其他空中、海上、地面友軍作戰單位的協同信息數據的處理，避免誤傷己方作戰人員和作戰雙方的平民，避免不必要的破壞和在國際上的不利影響。

4）氣象數據處理

接收對飛行員執行任務產生影響的氣象數據，包括起點區、途經區域、目標區的氣象狀況，以及可能對機載武器的順利發射和對地面目標命中精度產生不利影響的氣象狀況。

5）威脅級別評估

威脅級別評估是任務規劃系統的關鍵部分，任務規劃系統大量、充分考慮任務執行區域的地形地貌地物、防空火力分布、防空武器類型、作戰飛機性能、目標分布、氣象條件、政治因素限制區域等因素，計算評估任務執行區域各處的威脅級別，生成用于飛行突防航線規劃和任務規劃的威脅空間。

6）航路生成與優化

根據飛行任務、威脅、天氣、空中位置及地形數據等各種因素產生最佳路徑，分為路徑生成和路徑優化兩個過程。能夠自動生成路徑，或允許以手動方式輸入航路點。

7）航路評估

評估作戰計劃中突防過程的威脅程度，確定突防路徑對威脅的暴露程度，進而確定突防路徑的威脅值。該過程基于反映威脅分布狀況的威脅空間來進行。

8）飛行計劃生成

在經過威脅評估的路徑基礎上，計算飛機沿路徑各點的燃油消耗，生成與突防路徑點和時間節點相關的飛行計劃，用于提供飛機機載燃油智能管理系統。

9）攻擊計劃生成

依據飛行計劃，生成攻擊計劃，提供每一條攻擊和返航路徑上的飛機集結點、空中加油點、護航機占領制空權躍升點、電子干擾施放點、機載武器發射與投擲點等，并提供飛行過程中所路經各點的彩色條紋地圖和環境背景。

10）機載雷達探測

主要呈現飛機在沿規劃路徑飛行時機載地面成像雷達探測到的成像效果。基于地形遮蔽和圖像成像，是對飛機前方的地形，機載成像雷達所生成的圖像僅與飛機前方的地形輪廓有關。

11）電子-光學／紅外探測

主要描述飛機機載電子設備—光學、紅外傳感器在規劃路徑上的探測情況。探測結果以電子-光學／紅外線頻譜的方式顯示在規劃路徑的關鍵點上。

12）地面電子戰作戰效能評估

用于計算攻擊方地面電子戰系統對威脅空間產生的影響，是任務規劃系統在路徑規劃階段必須考慮和解決的問題。

13）機載電子戰作戰效能評估

用于計算攻擊方作戰飛機的機載電子戰系統對敵方地面防空雷達和敵方電子戰系統的壓制效果，計算結果用于突防路徑規劃。

14）三維建模

主要生成飛機沿規劃路徑飛行時的三維圖像，包括地形三維圖像、駕駛員的動態三維視景、飛行軌跡的動態三維視景等。

15）非制導武器發射和投擲計算

非制導武器主要是指常規自由落體炸彈，包括常規低阻炸彈、高阻炸彈和自由落體集束炸彈等，非制導武器發射和投擲將產生這些武器投擲時的彈道等相關信息，確定投放地點、速度和高度，提高對地攻擊精度。

16）制導武器發射和投擲計算

制導武器主要包括空對地巡航導彈和制導炸彈，采用GPS定位制導、電視制導、慣性制導、激光制導以及多種制導方式共用的復合及多模制導等，是進行精確打擊的主要攻擊武器。制導武器的投擲將產生所需要的目標信息，并根據攻擊目標要求、生存要求、突防航線規劃等，計算制導武器的發射或投擲位置。

17）數字地圖和圖像顯示

產生飛機導航圖表和數字照片圖像，包括在系統整個運行過程中實時提供圖像，顯示路徑、威脅、所限定的行動區域以及其他地圖上的信息，能夠更改地圖數據，顯示數字地圖照片，允許從局域網中接收數字地圖照片。

18）數據傳送裝置的讀寫

是系統的外圍設備，通過此接口，系統中與任務有關的數據能夠傳送到數據磁帶。數據磁帶由飛行員帶上作戰飛機，以保證地面MPS系統和作戰飛機的機載戰術飛行管理系統能夠協調一致，信息同步。

19）用戶終端

指系統的用戶操作終端，該終端具有良好的人機交互功能，提供產生菜單、圖形界面和在線幫助等，有利于提高工作效率，減少錯誤發生。

20）數據庫管理

存儲系統所需要的所有數據，并完成相關的數據庫的管理和操作，其中涉及的數據包括以下三類：用戶輸入的數據、其他系統傳送來的數據、系統自身生成的數據。

1.4 關鍵技術

任務規劃系統涉及到需求分析、規劃調度與優化、建模仿真、效能評估、信息處理、遙感、智能控制、可視化等諸多方面的關鍵技術。其中，核心的關鍵技術主要有以下幾點。

1）基于約束的規劃方法

現實中的任務規劃與調度問題通常都是組合優化問題，而且約束條件復雜，基于傳統數學規劃的建模求解方法難以適用。約束規劃是近年來由人工智能、運籌學以及計算機科學等多學科交叉所產生的技術領域，其涉及對現實生活中若干類問題特別是組合優化問題進行建模、求解和程序設計的各個方面，特別適應于任務規劃問題的求解。

2）建模評估技術

從計劃生成、推演與評估的內在需求出發，按照統一的規范、標準與系統工程的思想方法，建立計劃模型體系，設計、構建、開發和共享各種模型資源。

3）任務計劃推演技術

基于現代仿真技術，通過計劃與仿真系統的有機集成，結合地理信息系統，以二維或三維的形式顯示仿真環境中資源、目標位置、以及偵察探測、目標運動、通信連接等仿真事件，提供各類平臺、載荷、地面站工作狀態、偵察計劃、通信計劃、測控計劃的執行情況和仿真結果，實現任務規劃方案的時空推演和作戰應用效果的分析。

2 國內外發展現狀

2.1 外軍發展現狀

美軍是較早研究和開發飛行器任務規劃系統的軍隊之一，系統版本較多。主要有：1980年開始裝備計算機輔助任務計劃系統CAMPS，1983年完成基于UNIX 的任務支持系統的開發，1989年完成基于PC 的任務支持系統的開發，1992年研制成功空軍任務支持系統AFMSS，1996年完成Windows環境下的便攜式飛行計劃軟件PFPS，1998年海軍任務規劃系統NavMPS定版，2002年研制出用于陸、海、空三軍聯合任務規劃系統JMPS。

1）空軍任務支持系統AFMSS

美國空軍裝備的戰術級任務規劃系統稱為MSS任務支援系統。MSS系列經過了實戰考驗，并根據實際需求和環境條件變化，經歷了MSS II、MSSIIA、MSS II＋到MSS II Block一系列的發展，最新的空軍任務支援系統AFMSS稱為BLOCK C，具有更強的信息處理、任務計劃生成和顯示交互能力。

AFMSS系統由便攜式飛行規劃系統PFPS、任務規劃系統MPS和便攜式任務規劃系統PMPS等組成，是為空軍固定和旋轉翼飛機和制導武器提供自動任務計劃的支援系統。AFMSS能作為一個獨立系統，或同其它信息指揮系統聯結使用。系統軟件考慮到地形、天氣、飛機機動能力和敵方火力威脅等因素約束，并根據已知敵方目標的位置和類型，結合具體飛行器的武器分發和燃料需求計算，估算出其航路。另外，計劃者還能考慮到運用其它飛機攔擊敵機的計劃配合，具有任務檢查、打印功能，并能為機載航空電子控制系統上載任務計劃，進行任務結束后任務下載、回演。其任務計劃工具包括：戰斗、航路和空投計劃、武器分發、目標計劃、雷達預警、威脅分析、全程飛行路線三維預演、任務計劃數據裝載與下載。

2）海軍任務規劃系統NavMPS

海軍任務規劃系統NavMPS 能夠快速地處理大量的數字化地形、威脅和環境數據，主要為美國海軍部隊和陸戰隊的無人飛行器、遠距離武器、固定翼和旋轉翼飛機，提供自動化的任務規劃和航路優化。任務規劃者可以使用NavMPs強大的數據庫，快速創建合適的任務規劃。例如，條幅式的圖表、雷達預測、飛行計劃以及任務加載數據等。這大大減少了任務規劃和武器系統的前期準備時間，提高了圓滿實現任務的可能性。為了滿足多種武器系統的任務規劃需求，增大NavMPS的速度和靈活性，軟件采用模塊結構設計。

3）海軍陸戰隊任務規劃系統MOMS

美國海軍陸戰隊的任務規劃系統稱為“地圖、操作、維修站系統”，簡稱MOMS，該系統主要用于支援AV-8B攻擊機，并在實戰中得到了較為成功的應用。

4）海軍巡航導彈任務規劃系統APS

美軍為其“戰斧”通用巡航導彈提供了海上規劃系統APS，又稱戰區任務規劃中心，專用于“戰斧”巡航導彈的作戰規劃。APS主要包括戰術規劃系統TPS、數字圖像工作站DIWC、任務分配系統MDS和武器控制系統ATWCS四個部分。

5）陸軍任務規劃系統TMPW

美軍還為其陸軍提供了基于地形的任務規劃系統TMPW。TMPW 主要用于營級陸軍部隊，用于實現戰區可視化、分析和判讀地形數據、作戰狀況、氣象數據和干擾信息等，制定地面部隊的攻擊規劃。

6）聯合任務規劃系統JMPS

美軍研制出聯合任務規劃系統JMPS，主要是將海軍任務規劃系統NavMPS、空軍任務支持系統AFMSS 和特種部隊行動計劃和預演系統SOFPARS一起移植到基于國防信息高速公路的一體化軟件平臺，目的是為三軍聯合作戰提供任務規劃系統。JMPS系統主要用來制定飛行威脅分析、飛機航路、攻擊協調等航空任務計劃。

2.2 我軍發展現狀

在我國，任務規劃的研究才剛剛開始，許多技術尚處于研究探索階段。目前，我軍主要側重于任務規劃系統中的技術理論與算法研究，例如資源沖突消解算法、自組織動態任務規劃方法、戰術決策支持系統、任務規劃問題建模與優化技術等，尚未開發出技術成熟、實踐應用的任務規劃系統。

海軍航空工程學院針對無人機任務規劃技術進行了一些初步研究，提出了一種基于遺傳算法的航路規劃優化方法，并開發了一個仿真軟件進行算法驗證。

南京理工大學對制導航彈的任務規劃系統設計也進行了一些研究，提出了一種任務規劃系統的設計方案，但并未對該方案予以實現和驗證。

此外，國防科技大學、北京航空航天大學在任務規劃技術方面做了一些綜述性的分析與研究，并提出了一些任務規劃系統的發展趨勢和建議。

3 結語

目前外軍任務規劃系統在戰術適用方面已獲得較大成果，今后有待于在戰略應用方面取得突破，要求能在極短時間內為高級指揮員的分析決策、全面評估新威脅、輔助執行作戰計劃等方面發揮作用。特別是在未來網絡中心戰模式下，更要發展戰略級任務規劃系統，該系統能夠利用強大的計算機信息網絡，將分布在廣闊區域內的各種傳感器、指揮中心和各種武器合成為一個統一高效的大系統，實現戰場態勢和武器的共享；同時融合來自偵察衛星、偵察飛機、預警機或其它飛機、水面艦艇、潛艇、通信情報、其他情報部門和地面偵察部隊獲得的各種目標信息，迅速、全面、可靠地洞察整個戰場的局勢，互相協同，指揮各個平臺的武器，以更快的指揮速度、更高的殺傷概率實施連續作戰。

借鑒外軍任務規劃系統的發展歷程，針對我軍發展現狀，給出以下啟示：

1）加大在戰術層面上的研究力度，理論研究與應用系統開發雙管齊下

在戰術層面上，繼續深入研究任務規劃系統的基礎理論模型與規劃優化算法，形成完備的任務規劃系統技術框架體系。在此基礎上逐步開發各軍種、不同作戰層面的戰術任務規劃系統產品，并采用系統集成方法建立一體化的三軍聯合任務規劃系統。

2）緊跟前沿技術發展，在戰略層面上進行任務規劃系統的探索性研究

在戰略層面上，緊跟國外任務規劃系統的前沿技術發展，學習借鑒國外相關技術領域的先進理念和作戰思想，進行戰略級任務規劃系統的探索性研究，例如開展戰略級任務規劃系統的能力需求、功能分解、體系結構、運行模式等預研性質的研究。

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