基于云計算的艦艇編隊協(xié)同防空作戰(zhàn)體系研究

陳驕陽

(中國人民解放軍91404部隊，河北 秦皇島 066001)

基于云計算的艦艇編隊協(xié)同防空作戰(zhàn)體系研究

陳驕陽

(中國人民解放軍91404部隊，河北 秦皇島 066001)

為推進云計算在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用，對基于云計算的艦艇編隊協(xié)同防空作戰(zhàn)體系進行研究。介紹了云計算的定義和特點，設(shè)計了基于云計算技術(shù)的協(xié)同防空作戰(zhàn)體系架構(gòu)，實現(xiàn)了編隊協(xié)同防空反導(dǎo)，最大限度地發(fā)揮了艦艇編隊的整體防空作戰(zhàn)能力。

云計算；艦艇編隊；協(xié)同防空

0 引言

信息化海戰(zhàn)中，制信息權(quán)成為戰(zhàn)場決勝的重要因素之一，這對信息的處理能力提出了更高的要求。本文針對海上艦艇編隊防空反導(dǎo)問題，提出基于云計算架構(gòu)的艦艇編隊協(xié)同防空作戰(zhàn)體系設(shè)想，利用云計算強大的計算能力對戰(zhàn)場海量信息進行高速處理，迅速生成戰(zhàn)場綜合態(tài)勢，實現(xiàn)快速的戰(zhàn)場實時評估，縮短作戰(zhàn)方案的計算推演過程，選擇最優(yōu)方案，提高信息系統(tǒng)輔助決策能力，進而將信息優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為決策優(yōu)勢。

1 云計算在軍事應(yīng)用中的意義1.1 云計算的概念

云計算是一種分布式計算，以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)將處理程序拆分成多個子程序，在大量計算機構(gòu)成的資源池上分配計算，然后將處理結(jié)果返回給用戶。計算資源存在于網(wǎng)絡(luò)上，統(tǒng)稱為“云”，“云”是各種資源的抽象。云計算是一種通過整合大規(guī)模動態(tài)可擴展的計算、存儲、數(shù)據(jù)、應(yīng)用等分布式計算資源進行協(xié)同工作的超級計算模式。本質(zhì)上，云計算通過計算資源的虛擬化組織、分配和使用，實現(xiàn)計算資源的合理配置，避免計算過程的重復(fù)和浪費，使用戶能按需獲取計算能力、存儲空間和信息服務(wù)，提高計算資源的利用率。

1.2 云計算在軍事應(yīng)用中的優(yōu)勢

1)虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是云計算系統(tǒng)的核心組成部分之一，是為各種計算及存儲資源的充分整合、抽象和高效利用提供技術(shù)層面支持的關(guān)鍵技術(shù)。虛擬化是一種用于共享資源，使單一的物理資源劃分為多個獨立的資源的技術(shù)手段。虛擬化的優(yōu)點是能以最小的成本，創(chuàng)造更靈活的系統(tǒng)，輕松地提供靈活的部署，具有自動化、安全和易于管理的優(yōu)勢。

2)快速處理大量情報數(shù)據(jù)

云計算采用分布式存儲方式來存儲數(shù)據(jù)，采用冗余存儲方式來保證存儲數(shù)據(jù)的可靠性，以高可靠軟件來彌補硬件的不足。云計算提供了一種協(xié)作模式來確保遠距離的信息數(shù)據(jù)共享，可透明地獲取數(shù)據(jù)情報和計算與存儲能力，用戶可以像在處理本地數(shù)據(jù)一樣方便快捷。云計算提供的強大計算和存儲能力，使處理龐雜的大量情報數(shù)據(jù)的效率大大提高，各個層次的用戶都可以通過專用軍事網(wǎng)絡(luò)動態(tài)接入云中進行情報融合或直接依托數(shù)據(jù)中心強大的計算能力快速檢索，分析數(shù)據(jù)，獲取有價值的信息。

3)資源配置靈活

云計算提供一種動態(tài)接入的情報資源池，將當前可用的設(shè)備資源都納入到資源池中。這樣情報系統(tǒng)有很強的任務(wù)調(diào)度能力，在戰(zhàn)時系統(tǒng)負載迅速增高時，可以快速申請擴展資源，而當資源需求不高時則減少系統(tǒng)資源。分布式的資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬甚至信息流都可以根據(jù)客戶端的需求進行分配，使資源可以在同一時間支持更多的用戶使用。這樣就跨越了硬件的局限。虛擬化技術(shù)使硬件計算資源可以獲得更高的利用率，在戰(zhàn)時可以提高資源利用效率以滿足各層次用戶的不同需求。

4)系統(tǒng)軟件統(tǒng)一管理配置

由于云計算所有的數(shù)據(jù)都存儲在云中，各用戶從云中獲取數(shù)據(jù)，所以軟件的維護和開發(fā)都在云中同步。用戶可以隨時得到最新的軟件升級并且不用擔(dān)心數(shù)據(jù)丟失。軟件提供者只需更新云中的軟件數(shù)據(jù)庫就可以方便地為用戶提供更好的軟件服務(wù)。通過這些技術(shù)能夠使大量的服務(wù)器協(xié)同工作，在多節(jié)點之間同步系統(tǒng)狀態(tài)，通過鎖機制協(xié)調(diào)多任務(wù)對于資源的使用，從而保證數(shù)據(jù)操作的一致性，快速發(fā)現(xiàn)故障和恢復(fù)系統(tǒng)，通過自動化、智能化的手段實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的可維護、可管理。

5)安全性高

云計算的安全框架設(shè)計可以有效地保證軍事情報的安全。由于情報數(shù)據(jù)在云中集中加密存儲，任何用戶獲取或者上傳的情報必須經(jīng)過云的安全框架認證，這樣可以有效確保數(shù)據(jù)的完整可靠安全。

2 基于云計算的艦艇編隊協(xié)同防空作戰(zhàn)體系

基于云計算的艦艇編隊協(xié)同防空作戰(zhàn)體系，就是以云計算系統(tǒng)為核心，構(gòu)建戰(zhàn)場信息云網(wǎng)絡(luò)，通過該網(wǎng)絡(luò)將各維戰(zhàn)場空間反導(dǎo)平臺的偵察探測系統(tǒng)、艦空武器系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)聯(lián)系在一起，與敵方進行對抗的一種作戰(zhàn)體系。通過該體系，可實現(xiàn)信息共享，各級指揮員可利用信息云網(wǎng)絡(luò)交換大量的圖文信息，掌握整個戰(zhàn)場態(tài)勢，并通過云網(wǎng)絡(luò)實時快速地交換指揮員的意圖、制定作戰(zhàn)計劃，縮短決策時間，提高協(xié)同作戰(zhàn)能力，以便對敵方實施快速、精確、連續(xù)的打擊。

2.1 體系結(jié)構(gòu)

為提高艦艇編隊協(xié)同防空作戰(zhàn)系統(tǒng)整體作戰(zhàn)效能，打破傳統(tǒng)作戰(zhàn)艦艇系統(tǒng)設(shè)置的界限，通過基于云計算的信息云網(wǎng)絡(luò)，共享艦艇編隊內(nèi)的作戰(zhàn)資源，將艦艇編隊協(xié)同防空作戰(zhàn)系統(tǒng)中每艘艦艇的作戰(zhàn)系統(tǒng)劃分為探測跟蹤、指揮控制、火力打擊等三類功能節(jié)點，分別將這些節(jié)點組網(wǎng)，形成三層邏輯體系網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 艦艇編隊協(xié)同防空作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)圖

2.2 三層邏輯體系網(wǎng)結(jié)構(gòu)和功能分析

艦艇編隊協(xié)同防空作戰(zhàn)體系由“無縫隙”連接的三個網(wǎng)絡(luò)組成：探測跟蹤網(wǎng)、指揮控制網(wǎng)和火力打擊網(wǎng)。各網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點之間關(guān)系如圖2所示。

圖2 艦艇編隊協(xié)同防空作戰(zhàn)體系各功能節(jié)點之間關(guān)系示意圖

1)探測跟蹤網(wǎng)

探測跟蹤網(wǎng)是整個協(xié)同防空作戰(zhàn)體系的基礎(chǔ)，是指揮控制網(wǎng)和火力打擊網(wǎng)運行的基石。它充分利用衛(wèi)星通信系統(tǒng)、機載通信系統(tǒng)、地面通信系統(tǒng)和海上通信系統(tǒng)等組成的通信云網(wǎng)絡(luò)，用云計算技術(shù)將大量多種速率、多種模式傳輸?shù)囊曨l、數(shù)據(jù)和音頻信息，以及各種不同平臺上的警戒傳感器和攻擊、火控防御武器系統(tǒng)連成一體，通過指揮控制程序?qū)崿F(xiàn)各反導(dǎo)作戰(zhàn)平臺擁有高速通道和信息實時共享的能力。

探測跟蹤網(wǎng)主要由探測、跟蹤等節(jié)點構(gòu)成。探測節(jié)點主要負責(zé)在指定的作戰(zhàn)海區(qū)內(nèi)搜索目標，截獲敵輻射源信號，并將搜索到的目標指示信息，包括目標頻率、方位信息、威脅告警信息等，傳送給作戰(zhàn)指揮節(jié)點和跟蹤節(jié)點；跟蹤節(jié)點主要負責(zé)對目標進行精確跟蹤，建立目標航跡，判定目標威脅程度，并將目標跟蹤數(shù)據(jù)傳輸給指揮控制網(wǎng)和火力打擊網(wǎng)。在整個艦艇編隊防空作戰(zhàn)體系中，探測跟蹤網(wǎng)要始終保持對目標監(jiān)視跟蹤的連續(xù)性，以便為艦艇編隊制定作戰(zhàn)指揮決策、下達作戰(zhàn)命令、發(fā)射艦空導(dǎo)彈，及對艦空導(dǎo)彈進行制導(dǎo)控制提供基礎(chǔ)。

2)指揮控制網(wǎng)

指揮控制網(wǎng)主要由編隊作戰(zhàn)指揮中心和作戰(zhàn)艦艇作戰(zhàn)指揮等節(jié)點構(gòu)成。將分布在作戰(zhàn)海區(qū)內(nèi)的各艦艇編隊平臺，以及平臺上的每一個傳感器、每一個艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)有機連接，形成一個作戰(zhàn)整體。其任務(wù)是完成警戒傳感器任務(wù)分配、對傳感器搜索到的雷達信息進行數(shù)據(jù)融合、在信息子網(wǎng)上有效地分發(fā)信息，迅速生成戰(zhàn)場綜合態(tài)勢，并對其進行評估。當戰(zhàn)場態(tài)勢發(fā)生動態(tài)變化時，能夠快速調(diào)整作戰(zhàn)決策或組網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行有效響應(yīng)，合理分配編隊防空作戰(zhàn)任務(wù)，支持靈活的作戰(zhàn)編制和配置，統(tǒng)一協(xié)調(diào)編隊內(nèi)各作戰(zhàn)艦艇協(xié)同作戰(zhàn)。通過云計算技術(shù)充分整合現(xiàn)有的數(shù)據(jù)信息和計算資源，建立艦艇編隊協(xié)同和互操作的信息云平臺，滿足指揮中心對信息與資源的高度集成與共享的需要。并輔助指揮員做出優(yōu)化決策，提高編隊防空作戰(zhàn)指揮控制效率，實現(xiàn)艦艇編隊協(xié)同防空作戰(zhàn)時的作戰(zhàn)決策指揮、作戰(zhàn)打擊效果評定、編隊防空網(wǎng)絡(luò)管理、任務(wù)交接等功能。

指揮控制網(wǎng)中優(yōu)先級高的一個指揮控制節(jié)點作為編隊指控中心，負責(zé)艦艇編隊作戰(zhàn)指揮，組織各作戰(zhàn)指揮節(jié)點接收編隊外海情、空情等預(yù)警信息，編隊外航空管制信息，作戰(zhàn)戰(zhàn)場情報信息，上級下達的作戰(zhàn)任務(wù)，并在與友鄰部隊互通情報和進行協(xié)同后，綜合處理分析各種戰(zhàn)場信息；各指揮控制節(jié)點均接收探測跟蹤網(wǎng)發(fā)送的目標數(shù)據(jù)，進行融合處理，同時接收編隊指控中心的戰(zhàn)場態(tài)勢信息、目標統(tǒng)一編號及其他信息，并在指揮控制網(wǎng)中形成統(tǒng)一戰(zhàn)場態(tài)勢。

編隊指控中心也可將部分功能分散到網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點，這些節(jié)點統(tǒng)一受編隊指控中心的指揮、協(xié)調(diào)，共同完成協(xié)同防空作戰(zhàn)任務(wù)。

3)火力打擊網(wǎng)

火力打擊網(wǎng)主要由編隊內(nèi)各戰(zhàn)斗艦艇平臺上的艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)組成。作戰(zhàn)指揮節(jié)點向火力打擊網(wǎng)中的武器控制節(jié)點下達作戰(zhàn)命令，組織對來襲目標進行攔截打擊。武器控制節(jié)點接收作戰(zhàn)命令后，進行攔截可行性計算、通道組織、發(fā)射決策、火控解算，制定飛行任務(wù)并輸入到艦空導(dǎo)彈武器等。隨后實施發(fā)射控制，完成導(dǎo)彈發(fā)射準備，下達發(fā)射命令，控制導(dǎo)彈發(fā)射等。火力打擊網(wǎng)通過對編隊內(nèi)防空武器系統(tǒng)的集中使用，形成最優(yōu)的火力配置和火力集中效果，達到最佳對抗敵方來襲目標的目的。

作戰(zhàn)打擊后，作戰(zhàn)指揮節(jié)點根據(jù)探測跟蹤網(wǎng)傳回的信息進行決策判斷，評價打擊效果，并將作戰(zhàn)效果匯總后傳送給編隊作戰(zhàn)指揮中心，向友鄰部隊通報作戰(zhàn)情報，發(fā)送協(xié)同信息，進行協(xié)同決策，確定是否再次進行攻擊。

3 結(jié)束語

艦艇編隊協(xié)同防空作戰(zhàn)體系涉及作戰(zhàn)指揮的各個環(huán)節(jié)，云計算技術(shù)可以為防空反導(dǎo)作戰(zhàn)搭建強有力的信息支撐平臺，提供對海量數(shù)據(jù)的存儲與管理以及戰(zhàn)時數(shù)據(jù)的高速并行計算。艦艇編隊應(yīng)用云計算技術(shù)搭建云數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，將極大地提升作戰(zhàn)信息化程度，對提升軍隊信息化水平有著較重要的意義。■

[1] 陳立新.防空導(dǎo)彈網(wǎng)絡(luò)化體系效能評估[M]．北京:國防工業(yè)出版社,2011．

[2] 劉鵬.云計算[M]．北京:電子工業(yè)出版社,2010．

[3] 蘇繼斌,張永麗,陳衛(wèi)東,等. 云計算在軍事作戰(zhàn)指揮中的應(yīng)用研究[J]．軟件導(dǎo)刊, 2013,12(1):15-17.

[4] 何佳洲.多平臺協(xié)同防空作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究[J]．艦船電子工程,2009,26(3):40-43．

[5] 沈杰,趙琛.軍事云計算的應(yīng)用及其發(fā)展策略[J]．學(xué)術(shù)交流,2012(2):105-111．

Research on the system in fleet collaborative anti-air warfare based on cloud computing

Chen Jiaoyang

(Unit 91404 of PLA,Qinhuangdao 066001,Hebei,China)

For promoting the application of cloud computing in military field, research on the system in fleet collaborative anti-air warfare based on cloud computing. The definition and features of cloud computing are introduced, the architecture of the system is designed.All the content makes the multiplatform cooperative engagement come true,and expresses the fighting capacity of the naval vessels sufficiently.

cloud computing;warship formation;coordinated anti-air

2014-12-10

陳驕陽(1983-)，男，工程師，主要研究方向為雷達對抗。

TP393;TN973

A