一體化火力控制與指揮控制關(guān)鍵技術(shù)研究

范海洲 黃楷 魏兵卓 徐沛然 姚振楠

摘要：未來(lái)“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”的復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)下，能否取得戰(zhàn)場(chǎng)勝利一定程度上取決于對(duì)整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)的一體化火力控制與指揮控制。基于聯(lián)合火力控制與指揮控制的作戰(zhàn)思想、概念和技術(shù)，探討了一體化的火力控制與指揮控制，分析了火指控一體化發(fā)展趨勢(shì)，研究了火指控一體化關(guān)鍵技術(shù)，用于開(kāi)展火控系統(tǒng)和指控系統(tǒng)的融合設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足對(duì)現(xiàn)役防空武器火指控一體化升級(jí)改造、體系化協(xié)同作戰(zhàn)需求。

關(guān)鍵詞：火力控制;指揮控制;協(xié)同;一體化;融合設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）02-0159-04

0 引言

隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)發(fā)生了根本性變化。從近十年來(lái)世界范圍內(nèi)發(fā)生的較大規(guī)模戰(zhàn)爭(zhēng)可以看出，空襲作戰(zhàn)已實(shí)現(xiàn)了體系化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化。未來(lái)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)形式將由“平臺(tái)中心戰(zhàn)”向“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”[1]發(fā)展，為有效對(duì)抗當(dāng)前及未來(lái)的信息化空襲打擊體系，未來(lái)防空應(yīng)發(fā)展為網(wǎng)絡(luò)化、體系化作戰(zhàn)模式，實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)合指揮與火力控制，對(duì)作戰(zhàn)單元進(jìn)行一體化指揮控制，對(duì)作戰(zhàn)信息進(jìn)行一體化管理與分發(fā)[2]。防空武器的火控系統(tǒng)需要適應(yīng)這一發(fā)展變化，火控系統(tǒng)內(nèi)涵應(yīng)不斷拓展，并結(jié)合其他系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)[3]，主要表現(xiàn)為火控、指控一體化，火控系統(tǒng)和指控系統(tǒng)必須融合設(shè)計(jì)，開(kāi)展一體化火力控制與指揮控制研究，提升體系化防空作戰(zhàn)能力。

1 發(fā)展趨勢(shì)

實(shí)現(xiàn)防空武器系統(tǒng)扁平化、一體化的指揮控制，形成體系化作戰(zhàn)能力是火指控一體化設(shè)計(jì)與發(fā)展的趨勢(shì)。

1.1 扁平靈活的混編組網(wǎng)

為提升應(yīng)對(duì)多目標(biāo)威脅的作戰(zhàn)能力，具備多型號(hào)混編組網(wǎng)指揮控制能力已經(jīng)成為一項(xiàng)基本能力要求。采用扁平化的體系架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)防空武器系統(tǒng)的靈活混編組網(wǎng)，為形成多層次、立體化防空反導(dǎo)體系化作戰(zhàn)能力提供支撐。

1.2 深度緊密的信息交聯(lián)

為了發(fā)揮防空武器系統(tǒng)協(xié)同抗干擾、反隱身等作戰(zhàn)能力，采用戰(zhàn)術(shù)級(jí)指控系統(tǒng)與武器裝備火力單元級(jí)指控系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)、一體化研制、一體化集成的發(fā)展模式，擴(kuò)展武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)模式和作戰(zhàn)功能，提升其應(yīng)對(duì)復(fù)雜作戰(zhàn)環(huán)境的體系對(duì)抗能力。

1.3 全方位戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知[4]

實(shí)現(xiàn)火指控一體化的首要任務(wù)是構(gòu)建全方位戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知體系，融合陸、海、空、天、電等作戰(zhàn)單元的偵察、情報(bào)、監(jiān)視信息，以獲取更多的戰(zhàn)場(chǎng)信息，從而在未來(lái)復(fù)雜多變的現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中掌握更多的戰(zhàn)場(chǎng)主動(dòng)權(quán)。

1.4 智能高效的作戰(zhàn)指揮

在網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)需求下，構(gòu)建基于多兵種、多武器平臺(tái)的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，火指控一體化需實(shí)時(shí)處理全方位戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息，根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)高效地指揮控制武器平臺(tái)實(shí)施火力打擊。一體化作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)實(shí)時(shí)化的態(tài)勢(shì)感知、信息化的數(shù)據(jù)傳輸、智能化的指揮決策、高效互聯(lián)的作戰(zhàn)行動(dòng)要求火指控一體化作戰(zhàn)指揮必須是實(shí)時(shí)、智能、高效的。

1.5 高度協(xié)同的力量控制

基于網(wǎng)絡(luò)化的信息系統(tǒng)，火指控一體化的作戰(zhàn)力量包括了參戰(zhàn)的情報(bào)信息、指揮控制、火力控制、火力打擊和綜合保障等作戰(zhàn)單元。這些作戰(zhàn)力量可能從屬不同指揮單位和層級(jí)，按照作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)職能進(jìn)行組織協(xié)同，高度協(xié)同地對(duì)多兵種、多武器平臺(tái)參加作戰(zhàn)的各作戰(zhàn)力量進(jìn)行控制。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 一體化總體構(gòu)架技術(shù)

基于網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)思想，充分利用先進(jìn)技術(shù)，借鑒國(guó)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)裝備作戰(zhàn)使用需求，研究一體化火力控制與指揮控制總體構(gòu)架，統(tǒng)一考慮火力控制與指揮控制，進(jìn)行一體化頂層設(shè)計(jì)，提出系統(tǒng)指標(biāo)體系、組成架構(gòu)、作戰(zhàn)模式等，實(shí)現(xiàn)火力控制與指揮控制的深度融合。

2.1.1 一體化作戰(zhàn)指揮層次研究

開(kāi)展一體化作戰(zhàn)指揮層次研究，明確各級(jí)指揮控制的關(guān)系、指揮控制與火力控制的關(guān)系等，提高指揮容量，減少指揮層次，如圖1所示，構(gòu)建一體化火指控系統(tǒng)，使指揮控制體系結(jié)構(gòu)分布扁平化，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一指揮，分散控制。

2.1.2 一體化作戰(zhàn)樣式研究

采用一體化設(shè)計(jì)理念，研究指揮控制與火力控制的深度信息交聯(lián)，在網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)方式下，根據(jù)作戰(zhàn)場(chǎng)景和需求確定靈活運(yùn)用協(xié)同跟蹤/三角定位/信息支援/外部信息制導(dǎo)等一體化作戰(zhàn)樣式[5]，實(shí)現(xiàn)各種信息綜合利用，滿(mǎn)足戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境快速變化作戰(zhàn)需求，并實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)作戰(zhàn)能力集成和作戰(zhàn)效能提升。

2.1.3 一體化作戰(zhàn)流程與信息流設(shè)計(jì)技術(shù)研究

設(shè)計(jì)一體化作戰(zhàn)過(guò)程，發(fā)揮共享的態(tài)勢(shì)感知、傳感器相互協(xié)作與信息支援、多武器間協(xié)同計(jì)劃與一致性等特點(diǎn)，提煉出適應(yīng)于未來(lái)網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)需求的具體戰(zhàn)法，并對(duì)各類(lèi)信息進(jìn)行分類(lèi)，按需進(jìn)行集中、實(shí)時(shí)處理和解算等。

2.1.4 面向服務(wù)的火指控一體化架構(gòu)研究

研究面向服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)，構(gòu)建以網(wǎng)絡(luò)為中心的信息系統(tǒng)，以面向服務(wù)的設(shè)計(jì)思想，根據(jù)具體任務(wù)和作戰(zhàn)流程的演變，進(jìn)行不同組件的組合，形成不同的服務(wù)，相關(guān)服務(wù)能夠按需擴(kuò)展和使用，減少各個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)間消耗，提高決策質(zhì)量和指揮效率，如圖2所示，各層功能可概括為：

（1）基礎(chǔ)層：系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng);

（2）數(shù)據(jù)訪問(wèn)層：通用的數(shù)據(jù)接口封裝;

（3）組件層：各種功能模塊的封裝;

（4）服務(wù)層：通過(guò)對(duì)組件的不同組合提供可變的服務(wù);

（5）業(yè)務(wù)流程層：構(gòu)建各種事務(wù)的處理流程;

（6）表示層：提供指揮員的指揮控制人機(jī)交互接口;

（7）服務(wù)總線：提供集成環(huán)境支持上述層的運(yùn)行;

（8）附加功能層：安全、認(rèn)證等。

2.1.5 火指控一體化軟硬件平臺(tái)、操控界面等模塊化研究

對(duì)軟硬件平臺(tái)、操控界面等開(kāi)展模塊化研究，包括軟件功能、人機(jī)操作界面、硬件平臺(tái)、接口的模塊化和通用化，構(gòu)建作戰(zhàn)指揮與火力打擊相融合的通用化操作平臺(tái)，如圖3所示。

2.2 一體化網(wǎng)絡(luò)智能感知與構(gòu)建技術(shù)

在火指控一體化集成中，要求一體化系統(tǒng)能夠與預(yù)警、探測(cè)及武器平臺(tái)無(wú)縫連接，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)格式，從網(wǎng)絡(luò)獲取必要的信息支持。然而各預(yù)警、探測(cè)、通信及指火控系統(tǒng)，由于數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議及體系結(jié)構(gòu)可能存在差異，給一體化集成帶來(lái)困難，火指控網(wǎng)絡(luò)智能感知與構(gòu)建技術(shù)的研究是徹底、全面解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵。

2.2.1 作戰(zhàn)資源動(dòng)態(tài)快速靈活接入技術(shù)研究

在一體化作戰(zhàn)模式下，根據(jù)作戰(zhàn)需求，研究作戰(zhàn)資源各自入網(wǎng)方式和通信協(xié)議的通用化，實(shí)現(xiàn)快速靈活的系統(tǒng)重組。

廣泛開(kāi)展調(diào)研，對(duì)各種通信方式的通信能力、適用條件進(jìn)行全面梳理總結(jié)，使作為網(wǎng)絡(luò)化指揮中心節(jié)點(diǎn)的指控系統(tǒng)具備全覆蓋、全兼容的網(wǎng)絡(luò)接入能力;同時(shí)根據(jù)各自入網(wǎng)作戰(zhàn)需求確定少而合理的接入方式。

進(jìn)行通信協(xié)議的梳理與整合，遵循先整體規(guī)劃，后獨(dú)自設(shè)計(jì)，再整體融合的方式，使相關(guān)協(xié)議的內(nèi)容能夠完全覆蓋組網(wǎng)作戰(zhàn)過(guò)程中所需的信息樣式，而且還要通過(guò)相關(guān)協(xié)議與作戰(zhàn)過(guò)程的聯(lián)合設(shè)計(jì)，解決組網(wǎng)作戰(zhàn)時(shí)空統(tǒng)一。

2.2.2 作戰(zhàn)資源動(dòng)態(tài)管理技術(shù)研究

基于網(wǎng)格資源管理技術(shù)，結(jié)合火指控一體化資源具有動(dòng)態(tài)性與多樣性、自治性與管理的多重性、分布與共享等特點(diǎn)[6]，研究作戰(zhàn)資源動(dòng)態(tài)管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)配置、主動(dòng)發(fā)現(xiàn)其他資源信息節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)地發(fā)現(xiàn)和利用網(wǎng)絡(luò)上的其他裝備所提供的服務(wù)等。

作戰(zhàn)資源動(dòng)態(tài)管理技術(shù)，即作戰(zhàn)單元連接到系統(tǒng)后，無(wú)需預(yù)先獲悉作戰(zhàn)單元實(shí)體的位置，無(wú)需進(jìn)行接口程序的安裝，更不需要對(duì)作戰(zhàn)單元參數(shù)進(jìn)行復(fù)雜設(shè)置，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)到作戰(zhàn)單元的接入，通過(guò)判斷作戰(zhàn)單元發(fā)布的描述信息，即可決定是否接納該單元成為自身節(jié)點(diǎn)，其基本工作原理如圖4所示。

2.3 多源信息融合及分發(fā)技術(shù)

火指控一體化系統(tǒng)可實(shí)時(shí)接收各種預(yù)警探測(cè)信息，由于獲取信息的精度、數(shù)據(jù)率、時(shí)延等各不相同，為獲取準(zhǔn)確的目標(biāo)信息，開(kāi)展實(shí)時(shí)預(yù)警與火控空情融合及分發(fā)研究，對(duì)各路信息源的探測(cè)信息進(jìn)行融合處理，并利用融合處理后的航跡數(shù)據(jù)、識(shí)別信息對(duì)目標(biāo)進(jìn)行綜合識(shí)別和威脅排序，提取重點(diǎn)打擊目標(biāo)。

2.3.1 傳感器組網(wǎng)探測(cè)技術(shù)研究

針對(duì)各裝備對(duì)于多傳感器組網(wǎng)探測(cè)的不同需求，研究多傳感器組網(wǎng)探測(cè)方式以及相關(guān)探測(cè)資源優(yōu)化分配方法，構(gòu)建用于組網(wǎng)探測(cè)效果評(píng)估的指標(biāo)體系，對(duì)各種不同組網(wǎng)探測(cè)方法進(jìn)行定量評(píng)價(jià)和定性分析，充分發(fā)揮各類(lèi)傳感器在時(shí)域、空域和頻域上的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)作用，構(gòu)成一個(gè)協(xié)同及互補(bǔ)的體系，從而使整個(gè)多傳感器系統(tǒng)獲取信息的能力達(dá)到最優(yōu)化。

2.3.2 數(shù)據(jù)融合及態(tài)勢(shì)生成技術(shù)研究

開(kāi)展信息融合架構(gòu)、時(shí)空匹配性、多源異類(lèi)信息融合等方法研究，研究基于信息融合的多源態(tài)勢(shì)處理技術(shù)，對(duì)來(lái)自于各協(xié)同平臺(tái)的目標(biāo)探測(cè)器和跟蹤傳感器的信息進(jìn)行時(shí)空配準(zhǔn)、信息融合，進(jìn)行滿(mǎn)足不同裝備要求的高質(zhì)量航跡數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理，提升整個(gè)防空體系的空情態(tài)勢(shì)生成能力，為實(shí)現(xiàn)超視距作戰(zhàn)、抗干擾作戰(zhàn)、反隱身作戰(zhàn)等多種組網(wǎng)作戰(zhàn)樣式提供信息支撐[7]。

改變具體的航跡融合算法中現(xiàn)有的選主元或簡(jiǎn)單加權(quán)平均的工程應(yīng)用現(xiàn)狀，探索動(dòng)態(tài)多模融合方式、智能化融合方式的工程化方法，研究分布式融合濾波算法，不需要建立中心節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需要和相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，得到一致的濾波值[8]。多傳感器信息融合模型如圖5所示。

2.3.3 基于作戰(zhàn)任務(wù)的目標(biāo)威脅評(píng)估技術(shù)研究

目標(biāo)威脅程度取決于多種因素，在目標(biāo)威脅評(píng)估時(shí)，必須綜合考慮各方面因素，根據(jù)設(shè)定作戰(zhàn)背景下目標(biāo)可能的威脅，對(duì)威脅目標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)，目標(biāo)威脅評(píng)估步驟如下：

（1）威脅目標(biāo)類(lèi)型劃分。對(duì)于接近某個(gè)火力單元或其保衛(wèi)要地的空中威脅目標(biāo)和不明目標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)、排序，確定每一類(lèi)目標(biāo)的威脅程度。

（2）確定影響目標(biāo)威脅程度的主要因素，對(duì)其進(jìn)行排序。各個(gè)因素構(gòu)成因素集，通常用U來(lái)表示，即，式中，為各影響因素。

根據(jù)防空作戰(zhàn)的特點(diǎn)，對(duì)于某一確定威脅目標(biāo)來(lái)說(shuō)，影響其威脅程度的主要因素有：1）目標(biāo)與我方相對(duì)距離;2）目標(biāo)速度;3）目標(biāo)航向角;4）目標(biāo)的干擾能力;5）目標(biāo)的空襲樣式。

根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)的不同，涉及到目標(biāo)威脅評(píng)估準(zhǔn)則也應(yīng)是動(dòng)態(tài)可調(diào)整的;而且與單武器威脅評(píng)估方法相比，需考慮要地或陣地的不同樣式，將以點(diǎn)為中心進(jìn)行目標(biāo)威脅評(píng)估上升為根據(jù)防御區(qū)域的形狀進(jìn)行威脅評(píng)估，如圖6所示，研究基于作戰(zhàn)任務(wù)的目標(biāo)威脅評(píng)估技術(shù)，對(duì)目標(biāo)威脅評(píng)估準(zhǔn)則進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，對(duì)防御區(qū)域的目標(biāo)進(jìn)行威脅評(píng)估。

2.4 智能網(wǎng)絡(luò)化火控協(xié)同技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)化火控協(xié)同是指以“網(wǎng)絡(luò)”為中心，基于網(wǎng)絡(luò)通信鏈路，將預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和武器平臺(tái)火力控制系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫連接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間信息統(tǒng)一交換、平臺(tái)資源信息共享，構(gòu)建具備協(xié)同作戰(zhàn)能力的一體化火力控制與指揮體系。各作戰(zhàn)單元根據(jù)網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)體系實(shí)時(shí)掌握戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、共享作戰(zhàn)信息、制定作戰(zhàn)方案和實(shí)施火力打擊，完成從“發(fā)現(xiàn)目標(biāo)”到“打擊目標(biāo)”的火力控制與指揮任務(wù)。

（1）基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模糊作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃規(guī)則建模及仿真支持技術(shù)研究。

由于戰(zhàn)場(chǎng)信息本身具有的復(fù)雜性、不穩(wěn)定性和傳感器感知信息的不完全性，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息的采集、分析等過(guò)程中存在各種誤差，以及在作戰(zhàn)概念的定性與定量轉(zhuǎn)換過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致隨機(jī)、模糊、未確知等不確定性數(shù)據(jù)產(chǎn)生，作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃具備典型的模糊模型系統(tǒng)特征。

模糊規(guī)則的生成由模糊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)辨識(shí)和隸屬度函數(shù)的參數(shù)優(yōu)化組成。模糊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)辨識(shí)旨在為每個(gè)輸入變量定義適合的模糊分區(qū)以及確定對(duì)應(yīng)的模糊IF-THEN規(guī)則。結(jié)構(gòu)辨識(shí)的方法分為兩種：基于先驗(yàn)知識(shí)的方法和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法。基于先驗(yàn)知識(shí)的方法依據(jù)專(zhuān)業(yè)知識(shí)估計(jì)輸入輸出模糊集的數(shù)量，總結(jié)IF-THEN規(guī)則，但基于先驗(yàn)知識(shí)的方法十分耗時(shí)，需要進(jìn)行復(fù)雜的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)才能歸納出最終的模糊規(guī)則。而數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，能夠直接從數(shù)據(jù)中提取適合的模糊規(guī)則。