新一代海軍指揮信息系統(tǒng)體系架構(gòu)

王武民,劉俊杰,秦 喆 ,劉 忠

(1.海軍指揮所,北京; 2.國(guó)防科技大學(xué) 信息系統(tǒng)與管理學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410073)

1 需求及現(xiàn)狀分析

未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的取得主要靠信息優(yōu)勢(shì),而以C4ISR為核心要素的指揮信息系統(tǒng)是獲得戰(zhàn)場(chǎng)信息優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ),海軍信息化建設(shè)決定了海上力量建設(shè)、是打贏信息化條件下海上局部戰(zhàn)爭(zhēng)的關(guān)鍵性內(nèi)容,是海軍現(xiàn)代化建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。加強(qiáng)在信息化條件下海軍指揮信息系統(tǒng)的建設(shè)與集成是提高體系作戰(zhàn)能力的重要措施,是目前各國(guó)海軍優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。

海軍綜合電子信息系統(tǒng)是一個(gè)超大的系統(tǒng),包括戰(zhàn)區(qū)、岸基、機(jī)載、編隊(duì)等多個(gè)層次,系統(tǒng)的任務(wù)可以根據(jù)完成的功能、指揮控制和協(xié)同的范圍、信息獲取的來(lái)源和信息獲取的傳感器平臺(tái)等方面來(lái)區(qū)分。海軍綜合電子信息系統(tǒng)的功能以各子系統(tǒng)的功能為基礎(chǔ),并通過指揮通信、數(shù)據(jù)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn),其涉及的領(lǐng)域之廣、信息內(nèi)容之復(fù)雜、完成功能之多、控制范圍之大是任何一個(gè)工業(yè)和民用系統(tǒng)不能比擬的。

1.1 需求分析

從海軍裝備的特點(diǎn)看,海軍能自身形成獨(dú)立的多維作戰(zhàn)空間體系,包括海、陸、空、天、電的多維作戰(zhàn)空間體系,是一個(gè)綜合型軍種,海軍裝備以平臺(tái)和多種多類大小型武器設(shè)備的集合體為特征。不同艦艇(或飛機(jī))的作戰(zhàn)能力相互配合,融為一個(gè)具有全方位作戰(zhàn)能力的整體。因此,從作戰(zhàn)的角度看,海軍武器裝備體系只有在多平臺(tái)的聯(lián)合與協(xié)同下才能發(fā)揮出最大的作戰(zhàn)效能;從海軍作戰(zhàn)的特點(diǎn)看,海軍部隊(duì)具有較高的機(jī)動(dòng)性和自我保障能力兩個(gè)基本特征。這兩個(gè)特點(diǎn)決定了海軍部隊(duì)可以預(yù)先部署、隨時(shí)展開、靈活編成。因此,海軍部隊(duì)充分發(fā)戰(zhàn)斗力的一個(gè)前提保障是具備一體化集成能力、動(dòng)態(tài)協(xié)同能力的指揮信息系統(tǒng)。在目前發(fā)展的基礎(chǔ)上,未來(lái)海軍指揮信息的發(fā)展需求[1]包括以下五方面。

1)以通信為主體的強(qiáng)大的信息基礎(chǔ)設(shè)施 該信息基礎(chǔ)設(shè)施具有穩(wěn)定可靠的通信能力,是一個(gè)充分集成、具有自動(dòng)修復(fù)能力和自行組織能力的系統(tǒng)或通信基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),能夠連接海軍所有作戰(zhàn)部隊(duì),且將這些部隊(duì)同海軍支援保障機(jī)構(gòu)、其他軍兵種和盟軍相整合。

2)面向多種任務(wù)需求的協(xié)同體系作戰(zhàn)能力 實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地通報(bào)友軍信息,提供戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、中立方和敵對(duì)方信息,形成綜合戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì),以任務(wù)為驅(qū)動(dòng),快速組織作戰(zhàn)資源,靈活制定作戰(zhàn)計(jì)劃,建立指揮控制組織,動(dòng)態(tài)監(jiān)控和預(yù)警戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)及系統(tǒng)間的信息交換,能為各作戰(zhàn)平臺(tái)提供相應(yīng)權(quán)限的作戰(zhàn)信息,實(shí)現(xiàn)了各作戰(zhàn)平臺(tái)間的信息共享和充分的互操作。

3)基于人機(jī)一體的實(shí)時(shí)快速?zèng)Q策能力 新一代指揮信息系統(tǒng)要支持人機(jī)一體的決策模式,采用科學(xué)決策模型、數(shù)據(jù)和知識(shí),根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化,快速地為指揮員提供經(jīng)過加工和檢驗(yàn)過的共享的信息和作戰(zhàn)計(jì)劃,而不是大量的情報(bào)數(shù)據(jù)。

4)面向抗毀性和信息安全的網(wǎng)絡(luò)化特征 系統(tǒng)要采用分布式結(jié)構(gòu)、沒有明確的中心節(jié)點(diǎn),因此任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)被摧毀不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的信息中斷與癱瘓。系統(tǒng)包括先發(fā)制人和積極反應(yīng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)防御系統(tǒng),能夠應(yīng)對(duì)欺騙、利用或其它攻擊手段,具備保護(hù)指揮控制機(jī)構(gòu)的能力。

5)面向動(dòng)態(tài)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的敏捷適應(yīng)能力 信息處理靈活性強(qiáng),采用多種方式和組合來(lái)處理信息,能夠快速而有效地進(jìn)行資源再分配,并且能自動(dòng)配置系統(tǒng)參數(shù)以適應(yīng)潛在因素的變化。

1.2 現(xiàn)狀分析

《聯(lián)合作戰(zhàn)科學(xué)技術(shù)計(jì)劃》[2]認(rèn)為,在按“煙囪式結(jié)構(gòu)”模式組織的軍用信息系統(tǒng)中,根據(jù)類型、指揮結(jié)構(gòu)、任務(wù)和頻譜分配的不同系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行、相互隔離的端到端的信息流難以在各個(gè)聯(lián)合部隊(duì)之間獲取、處理以及分發(fā)重要信息,信息容量和復(fù)雜度驚人,不可能提供通用的戰(zhàn)場(chǎng)圖像,無(wú)法保證跨共享異類系統(tǒng)收集到的信息的安全性。在未來(lái)的戰(zhàn)爭(zhēng)空間中,通過更好、更快的決策過程發(fā)揮所有聯(lián)合作戰(zhàn)能力是至關(guān)重要的,信息優(yōu)勢(shì)將幫助士兵更好地主宰和控制戰(zhàn)場(chǎng)空間。為此,各兵種和保障部門都尋求獲取信息優(yōu)勢(shì)的理論與技術(shù),并開展相關(guān)的概念演示驗(yàn)證。

GIG(Global Information Grid,全球信息柵格)[3]是20世紀(jì)90年代末正式提出的戰(zhàn)略性決策,是綜合化指揮信息系統(tǒng)建設(shè)的又一重大舉措。目前已開始實(shí)施GIG計(jì)劃,預(yù)計(jì)在2020年完成。陸、海、空三軍以及各大戰(zhàn)區(qū)司令部根據(jù)任務(wù)需要進(jìn)行了積極的開發(fā)、研制,以盡快適應(yīng)GIG的發(fā)展需求。海軍提出了很多重要的GIG建設(shè)初始方案,如“21世紀(jì)信息技術(shù)”、“部隊(duì)網(wǎng)”等。目前海軍正在加大力度建設(shè)“部隊(duì)網(wǎng)”,使海軍及海軍陸戰(zhàn)隊(duì)各單元與聯(lián)合、聯(lián)盟及合成部隊(duì)之間實(shí)現(xiàn)互通、互連。“部隊(duì)網(wǎng)”建設(shè)的第一步就是要構(gòu)建一體化的主干通信網(wǎng)絡(luò),以確保部隊(duì)在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收發(fā)。目前,海軍“部隊(duì)網(wǎng)”的基礎(chǔ)設(shè)施主要包括:“IT-21”網(wǎng)絡(luò)、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)(NMCI)、情報(bào)、偵察、監(jiān)視和信息戰(zhàn)(ISR/IO)系統(tǒng)、海下作戰(zhàn)系統(tǒng)、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈以及一些聯(lián)合/協(xié)同的互操作能力?！安筷?duì)網(wǎng)”的下一步工作是重新設(shè)計(jì)應(yīng)用環(huán)境,最大化發(fā)揮主干網(wǎng)絡(luò)的效能,利用多重環(huán)境取代原來(lái)的本地處理,通過特遣部隊(duì)環(huán)球網(wǎng)、海軍火力網(wǎng)和一體化的C4ISR柵格系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳送。同時(shí),將加快新技術(shù)的快速嵌入應(yīng)用,突破帶寬、人員配備、指揮控制、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)管理、無(wú)線視距通信、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、決策支持和與盟軍互操作性等新技術(shù),縮短從作戰(zhàn)單元提出需求到裝備投入使用的時(shí)間。

在未來(lái)的C4ISR建設(shè)中,海軍將加強(qiáng)信息網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)建設(shè),改進(jìn)偵察手段,增強(qiáng)戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)感知能力;優(yōu)先發(fā)展無(wú)人飛行器和無(wú)人潛水器,大大擴(kuò)大戰(zhàn)斗空間;開發(fā)網(wǎng)絡(luò)入侵和攻擊技術(shù),加強(qiáng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全;改進(jìn)電子戰(zhàn)裝備,提高電子對(duì)抗能力;增強(qiáng)系統(tǒng)的互通性和兼容性,提高協(xié)同作戰(zhàn)能力。考慮到海軍指揮信息系統(tǒng)的規(guī)模與復(fù)雜性,其總體設(shè)計(jì)必須從實(shí)際出發(fā),根據(jù)其自身特點(diǎn),采取新的途徑。

2 建設(shè)構(gòu)想

新一代海軍指揮信息系統(tǒng)的建設(shè)要著眼于未來(lái)海軍作戰(zhàn)的使命需求,弄清實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的途徑,弄清未來(lái)的信息化戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中作戰(zhàn)方式、作戰(zhàn)方法的變化,打贏未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)需要什么樣的能力,需要多大的能力。并據(jù)此來(lái)明確海軍指揮信息系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo),確立系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、模式、集成建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)等。本文主要從未來(lái)海軍指揮信息系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)具備的主要能力出發(fā)提出發(fā)展構(gòu)想。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

新一代海軍指揮信息系統(tǒng)是典型的以網(wǎng)絡(luò)為中心的系統(tǒng)[4-6]。以網(wǎng)絡(luò)為中心的系統(tǒng)模式是層次化指揮模式與分布式協(xié)同指揮模式的混合[7]。強(qiáng)調(diào)未來(lái)的聯(lián)合指揮控制能力,是一種以網(wǎng)絡(luò)為中心的、一體化的、連貫并跨越所有指揮層次的能力,能夠適應(yīng)每一指揮層次和聯(lián)合作戰(zhàn)指揮官作戰(zhàn)任務(wù)的需求[8]。新一代海軍指揮信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為中心的四層架構(gòu)。

1)信息通信層

以網(wǎng)絡(luò)為中心的海軍指揮信息系統(tǒng)依賴于基礎(chǔ)的通信傳輸服務(wù)如骨干通信網(wǎng)絡(luò)、戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)等,具體由傳輸系統(tǒng)、分發(fā)/切換系統(tǒng)、VTC、信息包以及其它支持基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)所組成。

2)基礎(chǔ)服務(wù)層

基礎(chǔ)服務(wù)層將提供適用于各級(jí)作戰(zhàn)指揮部門管理各種作戰(zhàn)信息資源,對(duì)需要管理的各種作戰(zhàn)數(shù)據(jù)資源、模型資源、知識(shí)資源等進(jìn)行定義,通過統(tǒng)一的信息資源接口實(shí)現(xiàn)各級(jí)指揮信息系統(tǒng)和信息資源系統(tǒng)之間信息的調(diào)用和同步。

3)指控能力層

指控能力層是在一體化信息基礎(chǔ)設(shè)施基礎(chǔ)服務(wù)、基礎(chǔ)服務(wù)和海軍作戰(zhàn)指揮使命的基礎(chǔ)上,根據(jù)任務(wù)需求和指控活動(dòng)的特點(diǎn)而構(gòu)建的,支持各種海軍作戰(zhàn)指揮控制。指控能力層必須具備一定的指揮控制功能,能為某個(gè)指揮機(jī)構(gòu)或業(yè)務(wù)部門的指揮控制活動(dòng)提供服務(wù),并且是在一體化信息基礎(chǔ)設(shè)施所提供的各種服務(wù)基礎(chǔ)之上構(gòu)建的。

4)應(yīng)用層

應(yīng)用層按照動(dòng)態(tài)部署、按需集成的模式為各級(jí)指揮所提供可定制的指揮信息系統(tǒng),通過有機(jī)集成服務(wù)、能力和資源,支持各級(jí)指揮所之間的互聯(lián)、互通和互操作。

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)分析

2.2.1 動(dòng)態(tài)構(gòu)建

海軍指揮信息系統(tǒng)動(dòng)態(tài)構(gòu)建框架主要是基于“服務(wù)-資源-能力”來(lái)實(shí)現(xiàn)的:首先通過分析海軍指揮信息系統(tǒng)對(duì)指控能力的需求,建立海軍指揮信息系統(tǒng)功能模型和組織模型,基于海軍指揮信息系統(tǒng)動(dòng)態(tài)構(gòu)建的方法、策略和過程。在指控功能、資源及流程的配置方法的基礎(chǔ)上,支持海軍指揮信息系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)構(gòu)建與定制。其基礎(chǔ)是海軍指揮信息系統(tǒng)動(dòng)態(tài)構(gòu)建的各種接口規(guī)范、流程規(guī)范、信息交換規(guī)范和信息模型規(guī)范等(即指控系統(tǒng)集成建設(shè)規(guī)范),對(duì)海軍指揮信息系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)構(gòu)建進(jìn)行約束。

海軍指揮信息系統(tǒng)動(dòng)態(tài)構(gòu)建框架及各部分的主要研究?jī)?nèi)容如圖1所示。

圖1 新一代海軍指揮信息系統(tǒng)動(dòng)態(tài)構(gòu)建框架

海軍指揮信息系統(tǒng)動(dòng)態(tài)構(gòu)建框架主要集中建設(shè)系統(tǒng)資源組織管理系統(tǒng)、指控流程建模與優(yōu)化系統(tǒng)、系統(tǒng)構(gòu)建與動(dòng)態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)以及指控系統(tǒng)集成建設(shè)規(guī)范。

2.2.2 人機(jī)一體的快速輔助決策

人機(jī)一體快速輔助決策模式是新一代海軍指揮信息系統(tǒng)發(fā)展的重點(diǎn),增加以人機(jī)協(xié)同認(rèn)知為基礎(chǔ)的指揮控制輔助決策功能。要實(shí)現(xiàn)人機(jī)一體快速輔助決策模式,必須加強(qiáng)對(duì)以下四類系統(tǒng)的建設(shè)。

1)人機(jī)一體的作戰(zhàn)任務(wù)管理系統(tǒng) 建立聯(lián)合作戰(zhàn)使命分解的經(jīng)驗(yàn)表示方法,通過分層任務(wù)網(wǎng)絡(luò)和定性軍事知識(shí)推理技術(shù)對(duì)高層作戰(zhàn)意圖和使命進(jìn)行量化分解,建立聯(lián)合作戰(zhàn)任務(wù)管理系統(tǒng),建立面向聯(lián)合作戰(zhàn)使命需求的任務(wù)過程分解和任務(wù)兵力分配模型。

2)人機(jī)一體的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)評(píng)估系統(tǒng) 基于網(wǎng)絡(luò)化的知識(shí)共享環(huán)境,綜合整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)空間的火力、情報(bào)、偵察、監(jiān)視、后勤、機(jī)動(dòng)等信息,研究聯(lián)合作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)的組成與規(guī)范描述方法、聯(lián)合作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)匯聚模型以及聯(lián)合作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)評(píng)估模型。

3)人機(jī)一體的作戰(zhàn)計(jì)劃系統(tǒng) 聯(lián)合作戰(zhàn)籌劃決策是在聯(lián)合作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)評(píng)估的基礎(chǔ)上,動(dòng)態(tài)籌劃兵力運(yùn)用和行動(dòng)設(shè)計(jì),響應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)變化。研究聯(lián)合作戰(zhàn)方案的形式化描述、作戰(zhàn)資源調(diào)度模型、行動(dòng)計(jì)劃模型和保障計(jì)劃模型等。

4)人機(jī)一體的兵力控制系統(tǒng) 聯(lián)合作戰(zhàn)兵力控制在聯(lián)合作戰(zhàn)計(jì)劃執(zhí)行過程中,監(jiān)視戰(zhàn)場(chǎng)變化,動(dòng)態(tài)實(shí)施兵力及行動(dòng)調(diào)整。研究聯(lián)合作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)異常檢測(cè)模型,分支計(jì)劃搜索模型等。

2.2.3 戰(zhàn)訓(xùn)一體的平行指揮控制

平行管理理論是面向復(fù)雜系統(tǒng)的管理、控制和決策的一種新方向,融合了控制科學(xué)、復(fù)雜性科學(xué)、智能科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、信息科學(xué)、社會(huì)學(xué)等多種方法,在復(fù)雜系統(tǒng)研究方法的多元化和集成化上又向前推進(jìn)了一步[9-10]。其基本思想是采用計(jì)算實(shí)驗(yàn)、平行控制等手段對(duì)復(fù)雜的被控對(duì)象構(gòu)建一個(gè)復(fù)雜平行系統(tǒng)(也稱人工系統(tǒng)),通過對(duì)復(fù)雜平行系統(tǒng)與實(shí)際復(fù)雜系統(tǒng)的平行執(zhí)行結(jié)果的對(duì)比分析,把人的智能融合到復(fù)雜系統(tǒng)的行為之中,進(jìn)而有效地控制實(shí)際復(fù)雜系統(tǒng)。

海軍指揮信息系統(tǒng)涉及要素多,使命動(dòng)態(tài)多樣,是典型的復(fù)雜系統(tǒng)。為滿足海軍指揮信息系統(tǒng)驗(yàn)證、評(píng)估與試驗(yàn)的需要,滿足集成戰(zhàn)時(shí)、訓(xùn)練和演習(xí)等多種模式的應(yīng)用需求,新一代海軍指揮信息系統(tǒng)必須采用有效科學(xué)的復(fù)雜系統(tǒng)控制策略。

圖2 面向一體化戰(zhàn)訓(xùn)演的平行管理和驗(yàn)證

利用 ACP方法,以多智能體和人工社會(huì)建模為思路對(duì)海軍指揮信息系統(tǒng)建立可操作的形式化表述機(jī)制;以計(jì)算實(shí)驗(yàn)為手段對(duì)機(jī)制和策略進(jìn)行量化標(biāo)定,制定定性模糊和定量計(jì)算的評(píng)估體系;基于平行執(zhí)行的理念,通過反饋和優(yōu)化對(duì)指揮信息系統(tǒng)及相關(guān)模型加以驗(yàn)證,利用量化分析和可視化技術(shù)輔助決策支持。

3 結(jié)束語(yǔ)

信息化條件下新一代海軍指揮信息系統(tǒng)的建設(shè)是當(dāng)前各國(guó)海軍優(yōu)先發(fā)展的領(lǐng)域。針對(duì)海軍指揮信息系統(tǒng)的使命,論文梳理了海軍指揮信息系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),明確了新一代海軍指揮信息系統(tǒng)的建設(shè)需求。以網(wǎng)絡(luò)為中心的海軍指揮信息系統(tǒng)是新一代海軍指揮信息系統(tǒng)建設(shè)的重要趨勢(shì),論文建立了以網(wǎng)絡(luò)為中心的四層體系架構(gòu),研究了系統(tǒng)的三個(gè)突出特點(diǎn),即動(dòng)態(tài)構(gòu)建、人機(jī)一體以及平行指控。論文研究為未來(lái)海軍指揮信息系統(tǒng)的建設(shè)和發(fā)展指明一個(gè)可行的方向。

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