雷達(dá)系統(tǒng)的任務(wù)推演技術(shù)

明 亮

(南京電子技術(shù)研究所， 南京210039)

0 引言

任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)(Mission Planning Systems，MPS)最初起源于空間探索，在海灣戰(zhàn)爭中首次使用，為多國部隊(duì)的勝利作出了巨大貢獻(xiàn)。MPS作為舉世矚目的高科技，已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注。任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)即利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)采集、存儲(chǔ)的各種情報(bào)，進(jìn)行大規(guī)模分析，輔助制定任務(wù)計(jì)劃的系統(tǒng)。任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)主要由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩大部分組成，軟件系統(tǒng)又可分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大部分，主要有輸入輸出、數(shù)據(jù)庫、人機(jī)交換界面、輔助決策、任務(wù)推演和回放系統(tǒng)等組成。任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用當(dāng)今社會(huì)，諸如太空飛船、衛(wèi)星、無人駕駛飛機(jī)、機(jī)器人等［1-5］。目前，對于雷達(dá)系統(tǒng)的任務(wù)規(guī)劃研究還較少［6-7］。

任務(wù)推演是任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的重要功能之一?！巴ㄟ^對預(yù)定行動(dòng)環(huán)境逼真的交互式的表現(xiàn)，完成計(jì)劃任務(wù)和功能的演練，而且這些演練對于任務(wù)成功有重大意義”。這是目前美軍對于任務(wù)推演的定義［8］。

本文研究了雷達(dá)系統(tǒng)的任務(wù)推演技術(shù)，主要包括技術(shù)概念、技術(shù)原理、功能組成、技術(shù)流程等內(nèi)容，并總結(jié)了任務(wù)推演技術(shù)優(yōu)勢和實(shí)際應(yīng)用。

1 任務(wù)規(guī)劃及任務(wù)推演概念及功能

1.1 雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃概念

雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)采集、存儲(chǔ)各種雷達(dá)系統(tǒng)所需情報(bào)，進(jìn)行大規(guī)模分析，輔助制定雷達(dá)任務(wù)計(jì)劃的系統(tǒng)。

雷達(dá)任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的主要功能包括:

1)實(shí)現(xiàn)對探測任務(wù)的評估分析，完成任務(wù)規(guī)劃前的預(yù)先評估;

2)完成任務(wù)計(jì)劃的制定、調(diào)整，合理、高效地利用雷達(dá)資源;

3)完成任務(wù)預(yù)案的制定、調(diào)整，為任務(wù)的順利執(zhí)行提供預(yù)案;

4)通過任務(wù)推演技術(shù)，提供計(jì)劃任務(wù)全景、動(dòng)態(tài)、直觀的演示，為任務(wù)預(yù)案的優(yōu)化調(diào)整提供幫助。

1.2 任務(wù)推演概念

任務(wù)推演是任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)的主要功能之一，它是銜接任務(wù)規(guī)劃和任務(wù)執(zhí)行的重要一個(gè)環(huán)節(jié)，如圖1所示。當(dāng)完成任務(wù)計(jì)劃的分配、任務(wù)預(yù)案的制定后，通過任務(wù)推演環(huán)節(jié)，對即將執(zhí)行的任務(wù)計(jì)劃、預(yù)案進(jìn)行動(dòng)態(tài)、連續(xù)、全景的預(yù)先演示。在一種逼真的探測背景下，對預(yù)先的任務(wù)計(jì)劃、不同的任務(wù)預(yù)案、影響任務(wù)成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行反復(fù)演練、論證、調(diào)整，并為相關(guān)指揮和操作人員全面掌握任務(wù)預(yù)案提供支持，直到滿足任務(wù)執(zhí)行的條件。

圖1 任務(wù)推演概念示意圖

2 雷達(dá)任務(wù)推演技術(shù)

2.1 技術(shù)概述

雷達(dá)的任務(wù)推演是指在分配好雷達(dá)探測任務(wù)計(jì)劃之后，在探測任務(wù)執(zhí)行之前，根據(jù)預(yù)先規(guī)劃的任務(wù)預(yù)案以及收集的情報(bào)和環(huán)境信息，進(jìn)行快速的動(dòng)態(tài)探測場景生成，針對任務(wù)計(jì)劃中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真演練，針對不同的預(yù)案進(jìn)行比對分析，模擬和展示雷達(dá)任務(wù)計(jì)劃的預(yù)期動(dòng)態(tài)效果，使操作人員和相關(guān)保障單位在逼真的虛擬環(huán)境中協(xié)同任務(wù)執(zhí)行，最終達(dá)到熟悉，理解任務(wù)計(jì)劃的目的，并利用任務(wù)推演的結(jié)果與數(shù)據(jù)分析，對任務(wù)計(jì)劃進(jìn)行相應(yīng)的論證，修改與補(bǔ)充。在具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，任務(wù)推演系統(tǒng)可以采用推演仿真的方法，以可視化的形式將推演的過程和結(jié)果展現(xiàn)給任務(wù)規(guī)劃員和指揮人員。同時(shí)，任務(wù)推演環(huán)節(jié)為合理充分利用雷達(dá)資源、高效完成雷達(dá)探測任務(wù)提供技術(shù)支撐。

2.2 技術(shù)原理

雷達(dá)的任務(wù)推演技術(shù)是將雷達(dá)任務(wù)計(jì)劃列表與任務(wù)預(yù)案進(jìn)行連續(xù)、組合推演的技術(shù)。

針對一項(xiàng)探測任務(wù)，任務(wù)計(jì)劃列表有3個(gè)階段完成，任務(wù)階段1、2、3，任務(wù)階段1有4個(gè)任務(wù)預(yù)案，任務(wù)階段2有3個(gè)任務(wù)預(yù)案，任務(wù)階段3有2個(gè)任務(wù)預(yù)案。

那么對應(yīng)的任務(wù)推演序列可能個(gè)數(shù)一共有4×3×2=24個(gè)(預(yù)案之間沒有相關(guān)性)。

任務(wù)推演技術(shù)可將任一預(yù)案組合進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示，如圖2所示中的推演序列。

圖2 雷達(dá)任務(wù)推演技術(shù)原理圖

任務(wù)推演1:選擇將任務(wù)階段1的預(yù)案1、任務(wù)階段2的預(yù)案1、任務(wù)階段3的預(yù)案1進(jìn)行組合;

任務(wù)推演2:選擇將任務(wù)階段1的預(yù)案2、任務(wù)階段2的預(yù)案2、任務(wù)階段3的預(yù)案1進(jìn)行組合;

任務(wù)推演3:選擇將任務(wù)階段1的預(yù)案3、任務(wù)階段2的預(yù)案3、任務(wù)階段3的預(yù)案2進(jìn)行組合。

2.3 功能組成

雷達(dá)任務(wù)推演技術(shù)主要包括加載雷達(dá)任務(wù)計(jì)劃、加載雷達(dá)任務(wù)預(yù)案、生成推演序列、推演控制等功能。

1)加載任務(wù)計(jì)劃

將制定的任務(wù)計(jì)劃列表加載，按照時(shí)間順序進(jìn)行排列，相應(yīng)的設(shè)置推演階段。

2)加載任務(wù)預(yù)案

針對每個(gè)任務(wù)計(jì)劃，加載任務(wù)預(yù)案，根據(jù)預(yù)案編號進(jìn)行排序。

將加載的任務(wù)計(jì)劃和序列，按照時(shí)間等約束條件生成推演序列。

4)推演控制

加載完成后，進(jìn)行推演開始、暫停、停止、推演速度選擇等控制。

2.4 技術(shù)流程

雷達(dá)的任務(wù)推演技術(shù)流程如圖3所示，步驟大致如下。

圖3 任務(wù)規(guī)劃推演技術(shù)流程圖

步驟1:加載分配好的任務(wù)計(jì)劃列表，包括雷達(dá)探測任務(wù)階段、階段的執(zhí)行時(shí)間等;

步驟2:加載與上述任務(wù)列表對應(yīng)的任務(wù)預(yù)案，某探測階段可包括多個(gè)預(yù)案;

步驟3:根據(jù)加載的計(jì)劃和預(yù)案，任務(wù)推演的序列自動(dòng)生成，對序列可進(jìn)行人工編輯;

步驟4:對人機(jī)結(jié)合生成的任務(wù)推演序列，選擇推演的序號;

通識教育的必要性已成為教育者的共識，如何借力新媒體解決高職院校通識教育面臨的困境，通過通識教育打造視野開拓、職業(yè)素質(zhì)高的完整的人，可以從以下幾方面進(jìn)行。

步驟5:選擇任務(wù)推演的速度，以達(dá)到推演的期望效果;

步驟6:開始選擇序號的任務(wù)推演，可以暫停任務(wù)推演或修改推演速度;

步驟7:滿足停止任務(wù)推演的條件，則停止推演，否則轉(zhuǎn)步4，繼續(xù)任務(wù)推演。

3 技術(shù)應(yīng)用

雷達(dá)的任務(wù)推演技術(shù)應(yīng)用到雷達(dá)中，對于任務(wù)規(guī)劃的效率明顯提高，并且促進(jìn)雷達(dá)部隊(duì)的作戰(zhàn)效能。

1)雷達(dá)任務(wù)推演技術(shù)應(yīng)用前

(1)主觀性強(qiáng)。任務(wù)規(guī)劃時(shí)，只能靠規(guī)劃員主觀評估，或在紙張上簡單推演，任務(wù)完成的效果因人而異。

(2)規(guī)劃周期長。對于數(shù)量較少任務(wù)預(yù)案的探測任務(wù)，可以一一枚舉，但對于數(shù)量較多的任務(wù)預(yù)案，規(guī)劃的時(shí)間大大增加，影響規(guī)劃效率。

(3)規(guī)劃效果差。推演沒有綜合的電子地圖背景、預(yù)案的各個(gè)參數(shù)等全面、連續(xù)演示，效果差。

2)雷達(dá)任務(wù)推演技術(shù)應(yīng)用后

(1)客觀性強(qiáng)。任務(wù)規(guī)劃時(shí)，通過任務(wù)推演，系統(tǒng)自動(dòng)唯一的任務(wù)預(yù)演展示。

(2)規(guī)劃周期短。依靠性能強(qiáng)的計(jì)算機(jī)，加上推演技術(shù)，可對數(shù)量較多的預(yù)案反復(fù)推演，推演速度可以自由選擇，節(jié)省任務(wù)規(guī)劃的周期。

(3)規(guī)劃效果好。任務(wù)推演技術(shù)結(jié)合電子地圖背景、環(huán)境參數(shù)、預(yù)案的各個(gè)參數(shù)等全面、連續(xù)演示，任務(wù)預(yù)案的展示效果好。

圖4給出某雷達(dá)任務(wù)推演效果圖。

圖4 雷達(dá)任務(wù)推演效果圖

總之，雷達(dá)任務(wù)推演技術(shù)的應(yīng)用前后的優(yōu)勢對比如表1所示。

表1 雷達(dá)任務(wù)推演技術(shù)應(yīng)用前后優(yōu)勢對比

4 結(jié)束語

雷達(dá)任務(wù)推演技術(shù)對于雷達(dá)系統(tǒng)具備較大作用，能夠輔助操作員全局掌握任務(wù)計(jì)劃，并通過任務(wù)推演可直觀地比較多個(gè)預(yù)案，為優(yōu)化調(diào)整任務(wù)預(yù)案提供技術(shù)支撐，從而為更好地完成探測任務(wù)提供幫助。同時(shí)該技術(shù)適用于一般的雷達(dá)系統(tǒng)。

［1］Chien S，Knight R，Stechert A.Integrated planning and execution for autonomous spacecraft［C］//IEEE Aerospace Conference on IAC.Aspen，CO:IEEE Press，1999.

［2］Martin M，Stallard M J.Distributed satellite missions and technologies-the techsat 21 program［C］//AIAA Space Technology Conference and Exposition.Albuquerque，NM:AIAA，1999.

［3］赫會(huì)成，姜 維，李一軍，等.基于Multi-Agent敏捷衛(wèi)星動(dòng)態(tài)任務(wù)規(guī)劃問題［J］.國防科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35(1):53-59.Hao Huicheng，Jiang Wei，Li Yijun，et al.Research on agile satellite dynamic mission planning based on multi-agent［J］.Journal of National University of Defense Technology，2013，35(1):53-59.

［4］Liu Changan，Wang Lei，Liu Chunyang.Mission planning of the flying robot for powerline inspection［J］.Progress in Natural Science，2009(10):1357-1363.

［5］陳炳峰.外軍任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)分析與啟示［J］.艦船電子工程，2013，33(9):24-27.Cheng Bingfeng.An approach to mission planning system of foreign forces［J］.Ship Electronic Engineering，2013，33(9):24-27.

［6］盧建斌，胡衛(wèi)東，郁文賢.空間探測相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)中的任務(wù)規(guī)劃算法［J］.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2007，29(10):1631-1634.Lu Jianbin，Hu Weidong，Yu Wenxian.Observation mission planning algorithm for space surveillance phased array radar systems［J］.Systems Engineering and Electronics，2007，29(10):1631-1634.

［7］李旭東.陸軍防空雷達(dá)組網(wǎng)與指揮控制系統(tǒng)集成研究［J］.現(xiàn)代雷達(dá)，2009，31(5):7-10.Li Xudong.A study on integration of air defence radar network and command control system［J］.Modern Radar，2009，31(5):7-10.

［8］劉海峰，陳 璟，林 波.面向戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)任務(wù)推演的威脅空間分析［J］.計(jì)算機(jī)仿真，2007，24(11):38-41.Liu Haifeng，Chen Jing，Lin Bo.Analysis of threat space for mission rehearsal of tactical aircrafts［J］.Computer Simulation，2007，24(11):38-41.