基于戰(zhàn)場(chǎng)仿真的智能指揮控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

劉 宇

(中國(guó)西南電子技術(shù)研究所,成都 610036)

1 引 言

隨著計(jì)算機(jī)和軟件技術(shù)的高速發(fā)展,以及信息技術(shù)和信息化武器裝備的飛速發(fā)展及使用,使得軍事領(lǐng)域的作戰(zhàn)體系、作戰(zhàn)思想、作戰(zhàn)方式等也發(fā)生了深刻的變化,多源情報(bào)的匯集和接入使得作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱指控系統(tǒng))需要具有對(duì)多源情報(bào)信息匯集融合處理的能力,指揮中心根據(jù)不同作戰(zhàn)部隊(duì)的業(yè)務(wù)需求做出快速、準(zhǔn)確的指揮協(xié)調(diào)決策。

戰(zhàn)場(chǎng)仿真是利用計(jì)算機(jī)軟件的強(qiáng)大模擬功能,基于先進(jìn)的仿真技術(shù)和開發(fā)環(huán)境,對(duì)軍事作戰(zhàn)領(lǐng)域內(nèi)的各種作戰(zhàn)條件、武器裝備、兵力部署等進(jìn)行逼真的模擬,形成一個(gè)虛擬的“數(shù)字化”戰(zhàn)場(chǎng),以便進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演練和作戰(zhàn)效能分析[1]。指控系統(tǒng)是現(xiàn)代作戰(zhàn)體系的“大腦”和“神經(jīng)中樞”,是分散的作戰(zhàn)系統(tǒng)的“粘合劑”,是作戰(zhàn)效能的“倍增器”[2]。指控系統(tǒng)的主要作用是在信息化戰(zhàn)場(chǎng)中,協(xié)調(diào)各體系完成協(xié)同作戰(zhàn),使得戰(zhàn)場(chǎng)各作戰(zhàn)單位緊密的結(jié)合在一起,通過信息分發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)各作戰(zhàn)單位的信息共享,從而提高單體作戰(zhàn)部隊(duì)的戰(zhàn)斗力,通過快速、準(zhǔn)確、合理的指揮控制來有效提升整體作戰(zhàn)的戰(zhàn)斗力。目前,美軍的指控系統(tǒng)技術(shù)在應(yīng)用和發(fā)展上都是最成熟的,對(duì)我國(guó)研究新型指控系統(tǒng)具有重要的借鑒意義。指控系統(tǒng)最早由美國(guó)防部在1977年提出并應(yīng)用,從一體化電子信息系統(tǒng)發(fā)展成用于戰(zhàn)略、戰(zhàn)役以及戰(zhàn)術(shù)等所有的指揮層次,來滿足指揮官的各種作戰(zhàn)指揮需求。2006年3月,美國(guó)國(guó)防部提出“向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)轉(zhuǎn)型”和“聯(lián)合作戰(zhàn)”概念,實(shí)現(xiàn)超越國(guó)家的、具有戰(zhàn)略性的、互操作的全球指揮控制水平,它標(biāo)志著美軍指揮控制系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)入“智能化”的技術(shù)發(fā)展階段。

為適應(yīng)未來信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的需要,本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展情況,重點(diǎn)研究了基于戰(zhàn)場(chǎng)仿真環(huán)境下的指控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),結(jié)合實(shí)際的作戰(zhàn)需求提出了新一代指控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成以及創(chuàng)新性功能。本文在實(shí)現(xiàn)協(xié)同辦公和文電傳輸?shù)入娮踊侄蔚幕A(chǔ)上,根據(jù)實(shí)戰(zhàn)需求對(duì)紅藍(lán)雙方偵察手段部署與分布、全球熱點(diǎn)態(tài)勢(shì)推演、偵察系統(tǒng)效能仿真評(píng)估以及紅藍(lán)雙方對(duì)抗演練等方面進(jìn)行細(xì)致深入的研究,從而為指揮員統(tǒng)一指揮、協(xié)調(diào)、部署偵察力量提供輔助決策支持。

2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

在參考美軍指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上,結(jié)合作戰(zhàn)實(shí)際需求,為更好地適應(yīng)未來情報(bào)偵察工作發(fā)展的需要,提出了新型指控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),其總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 戰(zhàn)場(chǎng)仿真與指揮協(xié)調(diào)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖Fig.1 The architecture of battlefield simulation and CCS

本系統(tǒng)采用分級(jí)分層的體系結(jié)構(gòu),由戰(zhàn)場(chǎng)仿真與指揮協(xié)調(diào)中心和區(qū)域(或方向)級(jí)戰(zhàn)場(chǎng)指揮控制中心組成,形成自頂向下、分區(qū)管轄而又相互支持的指揮協(xié)調(diào)與控制關(guān)系。指揮中心和各區(qū)域級(jí)單位均可根據(jù)各自的情報(bào)業(yè)務(wù)需求,形成偵察任務(wù)或計(jì)劃,下達(dá)下屬情報(bào)部門執(zhí)行,最終的偵察任務(wù)均被分解并分配到指定偵察監(jiān)視裝備,完成對(duì)偵察監(jiān)視對(duì)象的探測(cè)、發(fā)現(xiàn)、跟蹤與監(jiān)視。在整個(gè)偵察任務(wù)執(zhí)行過程中,各級(jí)情報(bào)部門還可完成對(duì)所轄偵察手段或偵察系統(tǒng)的全過程調(diào)度與監(jiān)視,完成對(duì)任務(wù)的實(shí)時(shí)跟蹤、引導(dǎo)與干預(yù)。

在戰(zhàn)場(chǎng)仿真與指揮協(xié)調(diào)中心一級(jí),本系統(tǒng)以戰(zhàn)場(chǎng)仿真環(huán)境為基礎(chǔ)提供對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)推演、對(duì)抗演練和偵察協(xié)同仿真的支持,構(gòu)建更全面、真實(shí)的作戰(zhàn)環(huán)境。在作戰(zhàn)環(huán)境的基礎(chǔ)上根據(jù)需求來結(jié)合現(xiàn)有的指控系統(tǒng)的功能,本文認(rèn)為可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全球或熱點(diǎn)區(qū)域戰(zhàn)場(chǎng)變化趨勢(shì)的推算與演練,實(shí)現(xiàn)對(duì)紅藍(lán)雙方在特定戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中可能采取的偵察和作戰(zhàn)行動(dòng)的分析與預(yù)判,實(shí)施我屬偵察資源偵察效能的仿真與評(píng)估,這些有效特色的應(yīng)用功能將為指揮人員制定更合理、更優(yōu)化的偵察任務(wù)或作戰(zhàn)計(jì)劃提供情報(bào)保障和智能輔助決策支持。

本系統(tǒng)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的區(qū)別有以下幾方面。

(1)基于戰(zhàn)場(chǎng)仿真環(huán)境

以戰(zhàn)場(chǎng)仿真環(huán)境為基礎(chǔ)構(gòu)建的指控系統(tǒng)提供了對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、對(duì)抗演練和偵察協(xié)調(diào)仿真等環(huán)境,通過戰(zhàn)場(chǎng)仿真將指控系統(tǒng)中的情報(bào)收集與情報(bào)處理有效地結(jié)合在一起,可以實(shí)現(xiàn)特定戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中偵察和作戰(zhàn)行動(dòng)的分析與預(yù)判,為指揮人員制定更合理、更優(yōu)化的偵察任務(wù)或作戰(zhàn)計(jì)劃提供情報(bào)保障和輔助決策支持。

(2)分級(jí)分層的信息系統(tǒng)

與傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)不同之處在于,信息的收集、傳遞,以及處理以自頂向下的、分區(qū)管理的方式來進(jìn)行分級(jí)分層構(gòu)建。不僅在整體架構(gòu)上形成一個(gè)樹狀網(wǎng)絡(luò)圖,在同級(jí)之間仍然保持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),為作戰(zhàn)時(shí)的戰(zhàn)略通信和戰(zhàn)術(shù)通信提供有效的保障措施;為各級(jí)情報(bào)單位在情報(bào)的搜索和處理上保持分而自治的處理能力,在指揮中心保持全調(diào)度、全監(jiān)視的指揮控制協(xié)調(diào)能力。

(3)智能決策監(jiān)控

與傳統(tǒng)的決策監(jiān)控不同之處在于,傳統(tǒng)的決策監(jiān)控主要是通過信息處理后的情報(bào)對(duì)武器打擊、電子干擾等進(jìn)行人工決策監(jiān)控。本系統(tǒng)結(jié)合戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息、對(duì)抗演練信息、作戰(zhàn)規(guī)則等情報(bào),綜合處理多源的情報(bào)信息,運(yùn)用人工智能技術(shù)來輔助指揮人員分析作戰(zhàn)預(yù)案,制定并檢驗(yàn)作戰(zhàn)計(jì)劃,評(píng)估敵方武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能。

3 系統(tǒng)構(gòu)成和功能

戰(zhàn)場(chǎng)仿真與指揮協(xié)調(diào)系統(tǒng)分為上下兩級(jí)組織機(jī)構(gòu),由戰(zhàn)場(chǎng)仿真與指揮協(xié)調(diào)中心、區(qū)域級(jí)指揮控制中心構(gòu)成。

根據(jù)指揮中心級(jí)別及所行使職能的差異,區(qū)域級(jí)指揮控制中心主要完成信息接入與分發(fā)、指揮調(diào)度、綜合態(tài)勢(shì)顯示和偵察力量顯示。在此基礎(chǔ)上,戰(zhàn)場(chǎng)仿真與指揮協(xié)調(diào)中心還需提供戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)推演、對(duì)抗演練和偵察協(xié)同仿真支持手段。

戰(zhàn)場(chǎng)仿真與指揮協(xié)調(diào)系統(tǒng)的組成如圖2所示。

圖2 戰(zhàn)場(chǎng)仿真與指揮協(xié)調(diào)系統(tǒng)構(gòu)成Fig.2 Component of battlefield simulation and CCS

(1)信息接入與分發(fā)

提供對(duì)廣義文本、圖片、圖像、聲像等各種類型數(shù)據(jù)的接收、預(yù)處理、存儲(chǔ)管理與分發(fā)能力,完成指控命令、引導(dǎo)信息、態(tài)勢(shì)情報(bào)、監(jiān)控信息等的統(tǒng)一接入?yún)R集及按照不同密級(jí)、優(yōu)先級(jí)、時(shí)效要求向上/下級(jí)用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)送,實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)互通。

(2)指揮調(diào)度

負(fù)責(zé)指揮和調(diào)配各種偵察資源進(jìn)行協(xié)同偵察,了解偵察資源部署情況及其任務(wù)方向,并對(duì)偵測(cè)系統(tǒng)提供信息支持和偵察引導(dǎo),完成情報(bào)搜集與處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)偵察資源重要設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障檢測(cè);同時(shí),能接收并協(xié)調(diào)內(nèi)外部用戶的情報(bào)需求,形成偵察任務(wù)并組織開展與實(shí)施,接收、下達(dá)任務(wù)指令,輔助生成偵察任務(wù)與生產(chǎn)計(jì)劃,并對(duì)任務(wù)執(zhí)行全過程進(jìn)行跟蹤和監(jiān)視,實(shí)現(xiàn)情報(bào)的切實(shí)保障。

(3)綜合態(tài)勢(shì)顯示

根據(jù)不同需要,對(duì)陸?？仗祀姼黝惸繕?biāo)(包括航跡、軌道或偵察范圍)、重要戰(zhàn)略目標(biāo)和作戰(zhàn)目標(biāo)進(jìn)行綜合或分類顯示,實(shí)現(xiàn)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和氣象水文信息的模擬展示,形成戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)分布圖,支持二維、三維兩種顯示模式。

(4)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)推演

利用紅藍(lán)雙方的作戰(zhàn)意圖、兵力部署、主要作戰(zhàn)任務(wù)、作戰(zhàn)強(qiáng)度及作戰(zhàn)規(guī)則等情報(bào),依據(jù)作戰(zhàn)計(jì)劃的執(zhí)行序列和進(jìn)程,提供對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和作戰(zhàn)行為的建模,完成對(duì)各個(gè)作戰(zhàn)階段中由作戰(zhàn)部署和作戰(zhàn)行動(dòng)所形成的狀態(tài)和形勢(shì)的逐步演練,實(shí)現(xiàn)對(duì)參戰(zhàn)各方作戰(zhàn)行動(dòng)和行動(dòng)效果的順序演示,輔助指揮人員分析作戰(zhàn)預(yù)案,制定并檢驗(yàn)作戰(zhàn)計(jì)劃,評(píng)估敵方武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能。

(5)對(duì)抗演練

支持仿真想定制作與規(guī)一化,完成對(duì)藍(lán)方的戰(zhàn)場(chǎng)感知、任務(wù)規(guī)劃和作戰(zhàn)行動(dòng)的想定與模擬,采用紅、藍(lán)雙方對(duì)抗模擬演練的方式,整個(gè)演習(xí)過程可實(shí)施人工干預(yù)與導(dǎo)調(diào)控制,實(shí)現(xiàn)由白方(導(dǎo)演方)誘導(dǎo)對(duì)抗雙方做出相應(yīng)反應(yīng),以便選取最優(yōu)的作戰(zhàn)部署與運(yùn)作方案[3]。

(6)偵察力量顯示

完成對(duì)我屬陸?？仗祀姷膫刹炝α坎渴?、調(diào)度、運(yùn)行、信息傳輸、路由選擇、通聯(lián)關(guān)系、網(wǎng)絡(luò)組成等情況的綜合顯示。

(7)偵察協(xié)同仿真

基于偵察資源知識(shí)庫,對(duì)被偵察目標(biāo)、偵察資源及其偵察活動(dòng)進(jìn)行仿真模擬,完成對(duì)偵察資源的協(xié)同偵察運(yùn)作演示與效能仿真,通過對(duì)單一偵察手段、系統(tǒng)或平臺(tái)以及不同種偵察手段、系統(tǒng)和平臺(tái)組合后對(duì)指定監(jiān)視區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的偵察性能分析評(píng)估,提供偵察資源的優(yōu)化配置建議,為指揮人員制定最優(yōu)的偵察任務(wù)提供輔助決策支持。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 指揮信息系統(tǒng)體系的總體設(shè)計(jì)技術(shù)

目前,情報(bào)指揮信息化建設(shè)還處于相對(duì)較低的水平,而現(xiàn)在無論是企業(yè)還是政府部門領(lǐng)域,無紙化協(xié)同辦公平臺(tái)和商務(wù)交互平臺(tái)都已被廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)旨在建設(shè)一個(gè)完整的自頂向下涵蓋多區(qū)域、多方向的一體化指揮協(xié)調(diào)系統(tǒng),因此在項(xiàng)目建設(shè)的前期,需從系統(tǒng)需求、工作模式、工作流程、指揮層次結(jié)構(gòu)等諸多因素著手,切實(shí)了解并把握情報(bào)指揮流向關(guān)系與具體業(yè)務(wù)需求,設(shè)計(jì)并開發(fā)高效、快捷、實(shí)用的仿真與指揮平臺(tái)。

4.2 指揮輔助決策技術(shù)

(1)指揮預(yù)案生成與校驗(yàn)技術(shù)

指揮預(yù)案生成技術(shù)是指揮自動(dòng)化系統(tǒng)輔助決策的一部分。傳統(tǒng)的指揮作戰(zhàn)指揮預(yù)案是指揮員根據(jù)過去的作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)而擬定的,但是由于它是根據(jù)指揮員以往的經(jīng)驗(yàn)而制定的,所以缺陷也是很明顯的。隨著現(xiàn)代作戰(zhàn)手段的不斷豐富,這種預(yù)案生成的方法的弊端也越來越明顯。因此,本系統(tǒng)主要研究根據(jù)大量的指揮預(yù)案方案,通過機(jī)器學(xué)習(xí)來生成指揮預(yù)案模板;在輔助決策時(shí),系統(tǒng)將自動(dòng)根據(jù)當(dāng)前情報(bào)信息,來智能地匹配相似度最高的預(yù)案模板。

(2)偵察效能仿真技術(shù)

偵察效能仿真技術(shù)的研究分為兩個(gè)方面,一是研究在多種偵察手段和偵察設(shè)備存在的情況下,能實(shí)現(xiàn)偵察范圍最大化的組網(wǎng)方式。組網(wǎng)方式包括各偵察設(shè)備的位置和關(guān)系;二是在指揮官定制的偵察范圍內(nèi),由系統(tǒng)自動(dòng)生成所需要的偵察手段、偵察設(shè)備位置和數(shù)量等信息。本系統(tǒng)擬采用的技術(shù)為構(gòu)建偵察效能模型庫、偵察設(shè)備知識(shí)庫,適當(dāng)運(yùn)用推理技術(shù)來完成演算功能。

(3)系統(tǒng)檢測(cè)和模擬演訓(xùn)技術(shù)

指控系統(tǒng)中的模擬演訓(xùn)技術(shù)是一個(gè)新興的需求,主要是為了讓受訓(xùn)人員在模擬環(huán)境中熟悉業(yè)務(wù)處理流程、提高作戰(zhàn)分析和處理能力而制定的演練系統(tǒng)。演練系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)包括模擬環(huán)境的搭建、模擬環(huán)境中情報(bào)源的模擬仿真等。

(4)人工判證與輔助決策專家知識(shí)庫技術(shù)

在綜合信息處理過程中,對(duì)情報(bào)收集和目標(biāo)判證尤為重要。指控系統(tǒng)中目標(biāo)信息來自各種偵察手段,為了準(zhǔn)確地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行判證,需要采用多源信息融合技術(shù)來對(duì)多種途徑獲取的信息進(jìn)行綜合、互補(bǔ)與印證。在研究指控系統(tǒng)的人工判證技術(shù)中,本文運(yùn)用專家知識(shí)庫技術(shù),通過建立目標(biāo)本體、目標(biāo)判證規(guī)則庫等知識(shí)庫技術(shù)與多源信息融合技術(shù)相結(jié)合的方式來提高目標(biāo)的判證準(zhǔn)確性和可靠性。

4.3 系統(tǒng)架構(gòu)的可重用/可重組技術(shù)

為了使本系統(tǒng)在應(yīng)用層面上能快捷、高效地自適應(yīng)不同指揮控制流程及其變更,而無需系統(tǒng)的二次改造與開發(fā),需研究系統(tǒng)架構(gòu)的可重用/可重組技術(shù),增強(qiáng)軟件的可重用性、可重組性和可擴(kuò)展性,提高軟件的質(zhì)量和可靠性,保證應(yīng)用軟件之間良好的互操作性。

5 結(jié) 論

戰(zhàn)場(chǎng)仿真與指揮協(xié)調(diào)系統(tǒng)是未來戰(zhàn)爭(zhēng)的中樞,也是國(guó)家信息基礎(chǔ)設(shè)施和國(guó)防信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,它以陸?？仗祀娨惑w化信息網(wǎng)絡(luò)為載體,將多手段、多來源的偵察系統(tǒng)連接在一起,綜合集成為陸?？仗祀娨惑w化的信息支撐體系,采用自頂向下、逐級(jí)分解、分層管理的思想,通過紅藍(lán)雙方偵察力量對(duì)比、全球熱點(diǎn)態(tài)勢(shì)推演、偵察系統(tǒng)效能仿真以及紅藍(lán)雙方對(duì)抗演練等技術(shù)手段,合理組織,及時(shí)協(xié)調(diào),有效調(diào)度,使之有序、高效、最優(yōu)地運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)決策前評(píng)估、實(shí)施中監(jiān)控、行動(dòng)后分析[4]。本文提出的戰(zhàn)場(chǎng)仿真與指揮協(xié)調(diào)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和功能構(gòu)成,對(duì)規(guī)劃我國(guó)一體化指揮控制系統(tǒng)建設(shè),促進(jìn)一體化指揮控制技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。下一代指控系統(tǒng)需要緊密結(jié)合戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,具有融合協(xié)調(diào)多源情報(bào)信息的能力、智能輔助決策的能力等。

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