港岸無輻射編隊指揮自動化能力測試系統構建研究

張 峰，斯中毅，陳志航

（1.91404部隊，秦皇島 066001；2.武漢數字工程研究所，武漢 430074）

水面艦艇編隊，是一個國家為了在一定海洋區域遂行任務而組織的，包括2艘以上水面艦艇或2個以上水面艦艇戰術群的兵力編成。編隊指揮自動化能力是指現代海戰條件下，以單艦作戰能力為基礎，形成編隊內各艦艇作戰能力互補，借助岸基指揮控制中心的支持和空中兵力的掩護，形成更有利的攻防體系，在較大范圍內奪取與保持制空權和制海權的能力[1]。

在此，擬構設港岸無輻射的編隊指揮自動化能力測試系統，以艦載單艦和編隊指揮自動化系統為基礎，在港岸無輻射條件下，依靠通用計算機控制，通過專用接口設備與艦艇實際裝備連接，產生環境信息和目標信息，驅動艦艇實際裝備運行，從而組成一個完整的人機回路系統，提供與艦艇使用環境完全一致的模擬環境，支持艦艇編隊指揮自動化能力的測試。

1 系統需求

水面艦艇編隊由多艘艦艇的平臺和艦載作戰系統組成。艦載作戰系統包括傳感器系統、指揮自動化系統、武器系統、通信系統以及導航系統等。要實現編隊的模擬對抗和仿真測試，應該具備下列條件：①能夠依據測試內容和測試要求，生成編隊統一劇情，包括海洋環境和兵力；②能夠支持各艦艇實際裝備以一定兵力角色參與到仿真的虛擬戰場中；③能夠驅動艦載本艦和編隊自動化系統，包括產生目標信息和本艦導航信息等；④能夠實現艦艇操控仿真，按照設定的艦艇初始狀態和要求，仿真艦艇的各種機動過程；⑤操作人員對態勢做出的各種指揮操作和武器操作能夠實時反映到虛擬態勢中，實現對抗攻擊模擬。

2 系統構建總體設計

2.1 系統構成及其功能

在艦船停泊于港岸條件下，利用光纖網或以太網形式，把各艦作戰系統網絡互連，實現基于光纖網或以太網的模擬測試環境。在該仿真測試網絡中，實現控制系統、劇情系統、各艦艇指揮自動化系統、操控模擬系統等互聯互動，達到在艦載雷達關閉和數據鏈關閉等無任何輻射條件下實現對單艦、多艦協同作戰條件下的編隊協同性能的測試。港岸無輻射模擬測試環境由艦艇模擬測試系統以及艦載實裝設備共同組成，圖1給出了其仿真測試網的簡單示意。

圖1 港岸無輻射模擬測試環境組成Fig.1 Composition of harbor shore non radiation simulation test environment

在艦船停泊于港岸和無輻射條件下，實現該模擬測試系統，除了系統必須的控制系統、劇情系統、數據監測錄取系統和測試系統外，在參試的實際艦艇上還應部署艦艇操控模擬系統、傳感器及武器模擬器、通信模擬器、導航模擬器和記錄軟件。整個系統構成示意如圖2所示。

圖2 港岸無輻射模擬測試環境網絡拓撲圖Fig.2 Environment simulation network topology of harbor shore non radiation

控制系統、劇情系統、數據監測錄取系統和測試系統是整個仿真系統的基本構成。控制系統負責制定作戰想定，指定各實際艦艇的參演角色，指揮虛擬兵力參與作戰模擬，對戰場武器打擊效果和平臺毀傷程度進行評判；劇情系統負責接收實際兵力的虛擬導航信息和虛擬兵力的運動模擬、武器攻擊過程模擬等，為仿真系統提供虛擬的戰場態勢；數據監測錄取系統對劇情信息、傳感器信息、指控信息、目指信息等進行選擇過濾、錄取解析，為對抗背景下編隊協同能力的測試提供原始數據支撐；測試系統依據得到的測試數據，以及系統的技術指標要求，運用一定的測試準則和測試模型，對編隊指揮自動化能力進行測試[2]。

艦艇操控模擬系統、導航模擬器、傳感器及武器模擬器、通信模擬器和記錄軟件是參演艦艇部署系統的基本構成。艦艇操控模擬系統負責參試艦船的駕駛操控和運動模擬，模擬駕艙操控裝置和儀表，通過接收測試人員的操縱指令，利用艦船運動學模型解算平臺運動，形成虛擬位置、速度和姿態；導航模擬器接收艦船虛擬的運動信息，通過模擬GPS定位、羅經儀等測量設備，形成虛擬導航信息驅動艦船實際的指揮自動化系統；傳感器模擬器接收劇情系統的虛擬戰場態勢和導航模擬器的本艦導航信息，模擬艦載雷達、紅外、聲納等傳感設備的探測功能和性能，形成目標信息報文驅動艦船實際的指揮控制系統。

艦船指控在虛擬導航信息和傳感器目標信息的驅動下運作，測試人員在虛擬態勢下通過指揮自動化系統對本艦武器、編隊協同等進行指揮控制。武器模擬器接收指控輸出的本艦武器控制信息，模擬武器發射控制設備以及武器性能，實現武器發射，武器運動和對抗效果由劇情系統進行模擬解算。通信模擬器通過截獲、解析編隊輸出信息并轉換成數據鏈通信內容和格式，模擬艦載無線通信、衛通等數據鏈功能和性能，利用仿真測試網絡模擬數據鏈的信息傳輸，實現在實際數據鏈系統靜默條件下的編隊指揮和編隊協同作戰。艦上測試人員通過記錄軟件對指揮員的各類操作和指揮命令進行記錄，結束后在作戰過程重演的基礎上恢復當時態勢對指揮員的操作和指揮進行評價指導。

2.2 角色分配方案

圖2給出了港岸無輻射模擬測試系統的詳細構成和部署。圖中紅、藍兵力分配僅為示意，實際測試時由控制系統通過參演角色指定來完成具體的兵力分配。通過對實際艦船兵力的角色指定，可以實現以下3種分配方案：

（1）把實兵艦船全部指定為紅方兵力，藍方兵力由劇情系統模擬、控制系統指揮，實兵艦船以單編隊或多編隊方式參與。

（2）把實兵艦船分為2組（紅方和藍方），紅、藍雙方均由實兵艦船組成，兩組實兵艦船在虛擬戰場環境下進行。

（3）把實兵艦船分為2組（紅方和藍方），實兵艦船只是紅藍雙方的部分兵力，紅藍雙方的其余兵力由劇情系統模擬、控制系統指揮，2組實兵艦船在虛實兵力相結合的大規模兵力環境下進行。

3 系統應用情形分析

3.1 工作模式

依照角色分配方案，整個仿真測試系統具有以下3種工作模式：

（1）紅藍雙方實兵對抗。采用第2種角色分配方案，紅、藍雙方均由實兵艦船扮演，2組實兵艦船在虛擬戰場環境下進行。

（2）紅藍雙方虛擬對抗。采用第1種角色分配方案，把實兵艦船全部指定為紅方兵力，藍方兵力由劇情系統模擬、控制系統指揮，實兵艦船以單編隊或多編隊方式參與。

（3）紅藍雙方對抗背景下的測試。采用3種角色分配方案中的任一種，實兵艦船以編隊方式參與作戰模擬對抗，錄取相關數據，對抗背景下對多艦協同作戰能力、編隊指揮能力、目指性能等進行測試[3]。

3.2 整個仿真測試系統工作流程

（1）由控制臺設定仿真測試內容和作戰想定，包括測試項目、作戰海區、戰場兵力部署和初始態勢等；

（2）控制臺對參試實際艦船兵力進行角色指定，形成角色分配方案，角色指定信息和初始狀態信息分發到各參試艦船；

（3）開始時，各系統在仿真測試網絡中交互、同步；

（4）劇情模擬虛擬兵力、接收實際兵力的虛擬位置信息，依照戰場態勢、海洋環境、艦艇狀態等實時計算生成虛擬戰場態勢，周期性地向傳感器模擬器發送；

（5）傳感器模擬器接收劇情系統的虛擬戰場態勢和導航模擬器的本艦導航信息，模擬艦載雷達、紅外、聲納等傳感設備的探測功能和性能，形成目標信息報文驅動艦船實際的指揮控制系統；

（6）艦艇操控模擬系統負責艦船的駕駛操控和運動模擬，模擬駕艙操控裝置和儀表，通過接收測試人員的操縱指令，利用艦船運動學模型解算平臺運動，形成虛擬位置、速度和姿態；導航模擬器接收艦船虛擬的運動信息，通過模擬GPS定位、羅經儀等測量設備，形成虛擬導航信息驅動艦船實際的指揮控制系統；

（7）指揮自動化系統接收到目標信息和導航信息后，指揮員可以對目標進行攻防行動，包括接敵機動、導彈攻擊、魚雷攻擊、火炮攻擊和防御行動，直至發射武器。在此過程中，艦艇指揮員可以在模擬環境提供的實戰環境中進行操作；

（8）通信模擬器和武器模擬器配合實現編隊指揮、協同以及本艦武器的控制，共同實現艦船在虛擬戰場態勢下的作戰協同和對抗演練；

（9）測試過程中，劇情模擬武器的運動和毀傷效果計算，根據武器發射參數和雙方態勢，實時描繪各種武器的攻擊效果；

（10）控制臺指揮虛擬兵力參與測試的作戰仿真；

（11）數據監測錄取系統對劇情信息、傳感器信息、指控信息、目指信息等進行選擇過濾、錄取解析；

（12）測試系統依據得到的數據，以及被測系統的技術指標要求，運用一定的測試準則和測試模型，對編隊性能進行測試；

（13）測試過程中，通過記錄軟件對指揮員的各類操作和指揮命令進行記錄。測試結束后，可在作戰過程重演的基礎上恢復當時態勢，并進行對作戰過程的評價[3]。

4 結語

利用艦艇實裝設備進行綜合仿真測試，是一種新的編隊體系測試思想，其關鍵在于解決仿真設備與實裝設備的協同工作，同時提高作戰環境仿真的真實性。實現內場實驗室固定、艦艇駐泊港岸機動和艦艇實裝伴隨三級組合配置的編隊體系測試模式，保障了艦艇編隊指揮自動化能力測試需要的大場景、多平臺、多目標、多信息源，且具有一定戰術背景的復雜環境，提升綜合測試能力。

[1]繆旭東，王永春.水面艦艇防空體系的發展趨勢分析[M].北京：國防工業出版社，2013：1-4.

[2]李娟，嚴永鋒，王小軍.編隊作戰指揮信息系統半實物仿真測試平臺構建[J].四川兵工學報，2012，33（12）：94-96.

[3]林平，陳大勇，許友國，等.艦艇編隊作戰實裝模擬訓練系統設計[J].軍事運籌與系統工程，2006，20（2）：53-57.