基于美軍互操作作戰圖族的戰場態勢一致性研究

鄧連印，申志強

(中國航天科技集團公司錢學森空間技術實驗室，北京 100094)

0　引言

態勢是戰場空間中兵力分布和戰場環境的當前狀態以及發展變化趨勢的總稱。態勢圖是態勢的可視化形式，由底圖(電子地圖)及標繪在其上描述各態勢元素信息的一系列軍隊標號構成，并加注一些文字說明以便于理解。所謂戰場態勢一致，是指遂行同一作戰任務的各參戰單元，在協同計劃和協同行動中相關態勢信息能夠保持一致，包括態勢元素狀態的獲取、理解和預測的一致性。態勢一致是達成計劃一致和行動同步的基礎，在多軍兵種聯合作戰中尤其重要。

1　戰場態勢要素

戰場態勢要素一般大致可分為以下5類：兵力部署與作戰能力類；重要動態目標類； 戰場環境類；社會/政治/經濟環境類；對抗措施類，如圖1所示。其中，兵力部署要素主要包括敵、己、友(盟軍)方的兵力編成、武器裝備、戰場設施、固定部署、機動部署、士氣、訓練等要素。動態目標要素主要包括已在作戰空間中展開或運動的動態兵力與目標，如空中目標、海上目標、空間目標、地面運動目標的當前位置、屬性及對其意圖的估計信息等要素。戰場環境要素主要包括戰場空間的天候、氣象、地理信息、交通條件、河湖水系，以及電磁環境等要素。社會環境要素主要指國家/地區、宗教/黨派、地緣政治、經濟與文化狀況等要素。對抗措施要素主要包括戰場上面臨的威脅與沖突，包括戰略戰術意圖、作戰計劃方案、對抗行動等。

1.1　態勢一致性

戰場態勢一致性主要包含以下3個層面上的一致(社會域層面暫不考慮)：

1)在物理域和信息域層面上的一致性：主要指物理域的真實目標狀態與信息域處理的目標航跡唯一對應的程度，以及其位置、運動參數、屬性等主要特征符合的程度；

2)在信息域和指揮員認知域層面上的一致性：主要指聯合作戰中各參戰單元之間在任務范圍內所獲取的態勢信息相同的程度，以及信息域中的輔助態勢估計與指揮員自身對態勢估計相符合的程度；

圖1　戰場態勢要素的分類

3)認知和行動實際的統一：指揮員決策與部隊行動和效果的統一，或操作員對于圖像判讀、解釋與現場實體真實狀態的統一，屬于認知域與物理域層面上的一致性。

1.2　時空一致性

時空一致性是指聯合作戰戰場各作戰單元的時間基準與空間基準、時間傳遞與同步、空間轉換與配準，以及戰場參加各種作戰活動的作戰單元的關注信息的時間和空間的準確性，以及關聯、協調、匹配等滿足聯合作戰要求的程度。涉及從預警探測、戰場通信、態勢共享、指揮控制和精確打擊等整個戰場空間，包括各環節時空關聯與匹配問題。

2　互操作作戰圖族

作為一種全新的信息優勢驅動作戰概念，利用計算機、高速數據鏈和網絡軟件，將地理上分散的各種傳感器、決策者與武器發射手聯接成一個有機的作戰整體，以便實現戰場態勢和武器資源的網絡化共享、加快指揮速度和作戰節奏、增強部隊殺傷力和生存能力。

美軍網絡中心戰主要包括：聯合復合跟蹤網(JCTN)、聯合數據網(JDN)、聯合計劃網(JPN)3個網絡層級，分別對應火力控制、戰術指控和指揮決策3個層面的作戰應用。與之相對應的FIOP也包括單一綜合圖(SIP)、通用戰術圖(CTP)、通用作戰圖(COP)3個類別，如圖2所示。

圖2　三類圖的層次(縱向)結構

2.1　通用作戰圖

美軍所有需要戰場態勢感知功能的指揮控制系統都離不開COP，如美軍全球指揮控制系統、陸軍的21世紀旅及旅以下戰斗指揮系統FBCB2中皆應用COP。COP描述并強調當前的部署和態勢，同時也包含了幫助指揮員預測和影響未來局勢的信息。COP具有以下主要功能：

1) 態勢數據管理與處理。COP能夠收集、過濾、處理(關聯/融合)、分發態勢要素數據以及維護歷史態勢數據庫。

2) 態勢可視化。包括電子地圖顯示、更改、加載、刪除以及2D和3D顯示；對于不同應用系統(信息源)所提供的關于戰場的不同側面的態勢信息，用特定的符號以圖層方式顯示在地圖上。

3) 態勢數據交換。COP 可為指控系統提供信息輸入/輸出機制，以共享/接收其它系統的信息、訪問外部數據庫、與其它COP系統進行數據同步。

4) 戰術輔助決策。COP 能夠為戰術指揮官提供輔助決策工具，包括目標軌跡運動分析預測、最接近點計算、生成攔截方案等；還能在地圖上增加決策所需要的圖層，如重要區域、邊界、禁區、惡劣氣象區域等；通過發送和接收空中任務組織指令ATO，參與空中任務信息的計劃與監視；通過設置衛星數據庫，決定目標軌跡易受衛星觀測或受其它衛星信息影響的時限。

2.2　通用戰術圖CTP

CTP是相關戰術數據完整、準確的顯示，服務于戰術級指揮控制。CTP綜合來自多個戰術數據鏈網絡、復合跟蹤網絡、情報網絡和地面數據網絡的戰術信息，維持聯合作戰任務區域內的所有戰術態勢元素，以支持聯合部隊作戰的指揮控制、態勢感知和戰斗識別等功能。CTP是戰術層面的COP，主要功能分類與戰區COP類似，只是具體內容涉及的是單次作戰行動中指揮員職責區域范圍內戰場空間的當前描述，包括敵方、己方、中立方當前、預測、計劃的兵力部署，采集的戰術目標與兵力數據要求比COP更加精確與及時。CTP與來自JPN的信息一同生成戰區COP，是戰區COP實時態勢數據的主要來源。

2.3　單一綜合圖SIP

SIP 是面向某單一作戰空間作戰應用的多源探測/偵察信息融合圖，服務于武器/火力控制層面。SIP 提供的覆蓋全維作戰空間(包括地面、水面、水下、空中、空間以及信息空間)的及時、融合、精確、可靠的作戰對象信息，其中最主要的是經過數據融合處理并達到火控精度的目標狀態估計，包括位置、屬性、運動參數等。SIP本身是一個圖族，其主要成員及所含主要態勢元素和用戶如表1所示。

表1　單一綜合圖的種類和元素

2.4　戰區COP 的建立過程

以美軍戰區COP 的建立過程為例，其報告層級主要依據上下級指揮關系，如圖3所示。

圖3　COP 逐級報告層次結構

COP報告層級結構中的3個要素分別是數據源、COP融合中心CFC和COP關聯站點CCS。其中，數據源為關聯站點提供構建COP的各種態勢元素信息。數據源包括傳感器、基于全球定位系統GPS的跟蹤設備、GCCS數據庫或后勤/ 情報數據庫、態勢報告等。融合中心CFC則全面管理從下級CCS獲得的數據，加入必要的附加信息，并扮演網關的角色，承擔向NMCC、各軍兵種、機關部門、作戰支持司令部傳送戰區COP 的任務。關聯站點CCS負責航跡數據管理、生成作戰疊加圖層，并向戰區CCS 傳遞本地CTP/COP。關聯站點CCS由指揮員根據作戰指揮需求和節點處理能力指定，通常包括聯合任務部隊司令部、軍種司令部以及主要的情報節點。

3　亟待突破的幾項關鍵技術

3.1　面向服務的態勢體系構建技術

戰場態勢圖以滿足用戶的需求為目的，可劃分為3個層次：戰略層、戰役層(美軍稱為作戰層)和戰術層態勢圖，這只是一種分類的方法。在真實戰場上，指揮員看到的可能是這3種圖的混合體。戰場態勢處理系統總體采用面向服務的體系結構(SOA)，實現網絡中心的企業級服務(NCES)。NCES 具體包括兩類服務：核心企業級服務(CES)和利益群體(COI)服務。其中，戰略層、戰役層態勢圖處理及同步控制可采用純面向服務的體系結構技術實現。

3.2　元數據建模技術

戰場態勢元數據模型通常采用自頂向下建模方法，如圖4所示。

4層結構模型的最上層面向作戰需求，對應戰略/戰役/戰術需求，涉及作戰的原則、戰術、技術和規程等本體。第2層為戰場態勢層，由各類目標實體、事件、編群、目標意圖、作戰計劃等本體組成。第3層為數據質量層，分為度量數據質量和量測數據質量，兩者之間為一對多的關系，前者是滿足態勢建立需求，后者產生于基礎數據；只有符合要求的數據才能用來增強態勢感知，提升態勢的清晰度，

而當度量數據質量不符合要求時，

圖4　戰場態勢元數據層次模型

有必要重新從基礎數據中挖掘高質量的數據；該層主要由準確度、精確度/確定性、一致性/有效性、完整性/簡潔性、溯源性/轉換等本體組成。第4層為基礎數據層，來自于各種探測手段和信息源的實時、非實時、歷史信息和數據。

3.3　多傳感器數據互聯技術

3.3.1以目標為中心的分區處理

在傳統的單雷達數據互聯處理中，點跡時序與相鄰掃描時序同步，這在多雷達情況下已不復存在。比如三部雷達，對于不同瞬時，由于不同雷達波束的指向各不相同，此時觀測數據(點跡)可能出現在責任區域中的任意一個區域。所以，雷達量測點跡管理、數據互聯應按其檢測時間處理，某個時刻航跡的更新可能涉及責任區內的任何目標。為了尋找下次關聯的航跡，應計算同一個目標下次軌跡點被各個雷達探測到的時間。因此，以目標為中心的分區處理能力尤為重要。

3.3.2跨責任區目標編批

為了確保對目標跟蹤的連續性，通常在劃分責任區時，互相之間均有交叉，在交叉區域，不同責任區將給出不同批號的目標航跡。這樣當一個目標從一個責任區進入到另外一個責任區域時，常常會引起混亂。因此，跨越責任區的目標編批問題需要制定一些特殊的處理規則。

4　結束語

互操作作戰圖族概念是滾動發展的, 經歷了從“讓所有人(司令員、飛行員甚至步兵)看到相同的態勢圖”到“被一個以上指揮機構共享的相關信息的單一相同顯示”，進而發展到“可以討論和組合不同視角觀點的協作環境”。其終極目標是使戰略/戰術層面的參戰人員對戰場態勢達成一致的理解，僅有一致的態勢圖并不能達到這一目的。

在實現戰場態勢一致性的各個環節中，需要參與同一作戰任務的多個作戰單元通過互操作手段進行作戰協同，包含了對重要動態目標和戰場態勢理解與估計的協同研討, 才有可能最終達成在認知域中的一致。因此, 除了技術層面的問題外，還必須加強對軍隊組織機構、軍隊條令、人員編制和教育訓練等多個層面的綜合建設。■