基于云計(jì)算的艦艇編隊(duì)協(xié)同防空作戰(zhàn)體系研究

陳驕陽

(中國(guó)人民解放軍91404部隊(duì)，河北 秦皇島 066001)

基于云計(jì)算的艦艇編隊(duì)協(xié)同防空作戰(zhàn)體系研究

陳驕陽

(中國(guó)人民解放軍91404部隊(duì)，河北 秦皇島 066001)

為推進(jìn)云計(jì)算在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用，對(duì)基于云計(jì)算的艦艇編隊(duì)協(xié)同防空作戰(zhàn)體系進(jìn)行研究。介紹了云計(jì)算的定義和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于云計(jì)算技術(shù)的協(xié)同防空作戰(zhàn)體系架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了編隊(duì)協(xié)同防空反導(dǎo)，最大限度地發(fā)揮了艦艇編隊(duì)的整體防空作戰(zhàn)能力。

云計(jì)算；艦艇編隊(duì)；協(xié)同防空

0 引言

信息化海戰(zhàn)中，制信息權(quán)成為戰(zhàn)場(chǎng)決勝的重要因素之一，這對(duì)信息的處理能力提出了更高的要求。本文針對(duì)海上艦艇編隊(duì)防空反導(dǎo)問題，提出基于云計(jì)算架構(gòu)的艦艇編隊(duì)協(xié)同防空作戰(zhàn)體系設(shè)想，利用云計(jì)算強(qiáng)大的計(jì)算能力對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)海量信息進(jìn)行高速處理，迅速生成戰(zhàn)場(chǎng)綜合態(tài)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)快速的戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)評(píng)估，縮短作戰(zhàn)方案的計(jì)算推演過程，選擇最優(yōu)方案，提高信息系統(tǒng)輔助決策能力，進(jìn)而將信息優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為決策優(yōu)勢(shì)。

1 云計(jì)算在軍事應(yīng)用中的意義1.1 云計(jì)算的概念

云計(jì)算是一種分布式計(jì)算，以虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)將處理程序拆分成多個(gè)子程序，在大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上分配計(jì)算，然后將處理結(jié)果返回給用戶。計(jì)算資源存在于網(wǎng)絡(luò)上，統(tǒng)稱為“云”，“云”是各種資源的抽象。云計(jì)算是一種通過整合大規(guī)模動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展的計(jì)算、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)、應(yīng)用等分布式計(jì)算資源進(jìn)行協(xié)同工作的超級(jí)計(jì)算模式。本質(zhì)上，云計(jì)算通過計(jì)算資源的虛擬化組織、分配和使用，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的合理配置，避免計(jì)算過程的重復(fù)和浪費(fèi)，使用戶能按需獲取計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間和信息服務(wù)，提高計(jì)算資源的利用率。

1.2 云計(jì)算在軍事應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)

1)虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是云計(jì)算系統(tǒng)的核心組成部分之一，是為各種計(jì)算及存儲(chǔ)資源的充分整合、抽象和高效利用提供技術(shù)層面支持的關(guān)鍵技術(shù)。虛擬化是一種用于共享資源，使單一的物理資源劃分為多個(gè)獨(dú)立的資源的技術(shù)手段。虛擬化的優(yōu)點(diǎn)是能以最小的成本，創(chuàng)造更靈活的系統(tǒng)，輕松地提供靈活的部署，具有自動(dòng)化、安全和易于管理的優(yōu)勢(shì)。

2)快速處理大量情報(bào)數(shù)據(jù)

云計(jì)算采用分布式存儲(chǔ)方式來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，采用冗余存儲(chǔ)方式來保證存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性，以高可靠軟件來彌補(bǔ)硬件的不足。云計(jì)算提供了一種協(xié)作模式來確保遠(yuǎn)距離的信息數(shù)據(jù)共享，可透明地獲取數(shù)據(jù)情報(bào)和計(jì)算與存儲(chǔ)能力，用戶可以像在處理本地?cái)?shù)據(jù)一樣方便快捷。云計(jì)算提供的強(qiáng)大計(jì)算和存儲(chǔ)能力，使處理龐雜的大量情報(bào)數(shù)據(jù)的效率大大提高，各個(gè)層次的用戶都可以通過專用軍事網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)接入云中進(jìn)行情報(bào)融合或直接依托數(shù)據(jù)中心強(qiáng)大的計(jì)算能力快速檢索，分析數(shù)據(jù)，獲取有價(jià)值的信息。

3)資源配置靈活

云計(jì)算提供一種動(dòng)態(tài)接入的情報(bào)資源池，將當(dāng)前可用的設(shè)備資源都納入到資源池中。這樣情報(bào)系統(tǒng)有很強(qiáng)的任務(wù)調(diào)度能力，在戰(zhàn)時(shí)系統(tǒng)負(fù)載迅速增高時(shí)，可以快速申請(qǐng)擴(kuò)展資源，而當(dāng)資源需求不高時(shí)則減少系統(tǒng)資源。分布式的資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬甚至信息流都可以根據(jù)客戶端的需求進(jìn)行分配，使資源可以在同一時(shí)間支持更多的用戶使用。這樣就跨越了硬件的局限。虛擬化技術(shù)使硬件計(jì)算資源可以獲得更高的利用率，在戰(zhàn)時(shí)可以提高資源利用效率以滿足各層次用戶的不同需求。

4)系統(tǒng)軟件統(tǒng)一管理配置

由于云計(jì)算所有的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在云中，各用戶從云中獲取數(shù)據(jù)，所以軟件的維護(hù)和開發(fā)都在云中同步。用戶可以隨時(shí)得到最新的軟件升級(jí)并且不用擔(dān)心數(shù)據(jù)丟失。軟件提供者只需更新云中的軟件數(shù)據(jù)庫就可以方便地為用戶提供更好的軟件服務(wù)。通過這些技術(shù)能夠使大量的服務(wù)器協(xié)同工作，在多節(jié)點(diǎn)之間同步系統(tǒng)狀態(tài)，通過鎖機(jī)制協(xié)調(diào)多任務(wù)對(duì)于資源的使用，從而保證數(shù)據(jù)操作的一致性，快速發(fā)現(xiàn)故障和恢復(fù)系統(tǒng)，通過自動(dòng)化、智能化的手段實(shí)現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)的可維護(hù)、可管理。

5)安全性高

云計(jì)算的安全框架設(shè)計(jì)可以有效地保證軍事情報(bào)的安全。由于情報(bào)數(shù)據(jù)在云中集中加密存儲(chǔ)，任何用戶獲取或者上傳的情報(bào)必須經(jīng)過云的安全框架認(rèn)證，這樣可以有效確保數(shù)據(jù)的完整可靠安全。

2 基于云計(jì)算的艦艇編隊(duì)協(xié)同防空作戰(zhàn)體系

基于云計(jì)算的艦艇編隊(duì)協(xié)同防空作戰(zhàn)體系，就是以云計(jì)算系統(tǒng)為核心，構(gòu)建戰(zhàn)場(chǎng)信息云網(wǎng)絡(luò)，通過該網(wǎng)絡(luò)將各維戰(zhàn)場(chǎng)空間反導(dǎo)平臺(tái)的偵察探測(cè)系統(tǒng)、艦空武器系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)聯(lián)系在一起，與敵方進(jìn)行對(duì)抗的一種作戰(zhàn)體系。通過該體系，可實(shí)現(xiàn)信息共享，各級(jí)指揮員可利用信息云網(wǎng)絡(luò)交換大量的圖文信息，掌握整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，并通過云網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)快速地交換指揮員的意圖、制定作戰(zhàn)計(jì)劃，縮短決策時(shí)間，提高協(xié)同作戰(zhàn)能力，以便對(duì)敵方實(shí)施快速、精確、連續(xù)的打擊。

2.1 體系結(jié)構(gòu)

為提高艦艇編隊(duì)協(xié)同防空作戰(zhàn)系統(tǒng)整體作戰(zhàn)效能，打破傳統(tǒng)作戰(zhàn)艦艇系統(tǒng)設(shè)置的界限，通過基于云計(jì)算的信息云網(wǎng)絡(luò)，共享艦艇編隊(duì)內(nèi)的作戰(zhàn)資源，將艦艇編隊(duì)協(xié)同防空作戰(zhàn)系統(tǒng)中每艘艦艇的作戰(zhàn)系統(tǒng)劃分為探測(cè)跟蹤、指揮控制、火力打擊等三類功能節(jié)點(diǎn)，分別將這些節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)，形成三層邏輯體系網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 艦艇編隊(duì)協(xié)同防空作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)圖

2.2 三層邏輯體系網(wǎng)結(jié)構(gòu)和功能分析

艦艇編隊(duì)協(xié)同防空作戰(zhàn)體系由“無縫隙”連接的三個(gè)網(wǎng)絡(luò)組成：探測(cè)跟蹤網(wǎng)、指揮控制網(wǎng)和火力打擊網(wǎng)。各網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點(diǎn)之間關(guān)系如圖2所示。

圖2 艦艇編隊(duì)協(xié)同防空作戰(zhàn)體系各功能節(jié)點(diǎn)之間關(guān)系示意圖

1)探測(cè)跟蹤網(wǎng)

探測(cè)跟蹤網(wǎng)是整個(gè)協(xié)同防空作戰(zhàn)體系的基礎(chǔ)，是指揮控制網(wǎng)和火力打擊網(wǎng)運(yùn)行的基石。它充分利用衛(wèi)星通信系統(tǒng)、機(jī)載通信系統(tǒng)、地面通信系統(tǒng)和海上通信系統(tǒng)等組成的通信云網(wǎng)絡(luò)，用云計(jì)算技術(shù)將大量多種速率、多種模式傳輸?shù)囊曨l、數(shù)據(jù)和音頻信息，以及各種不同平臺(tái)上的警戒傳感器和攻擊、火控防御武器系統(tǒng)連成一體，通過指揮控制程序?qū)崿F(xiàn)各反導(dǎo)作戰(zhàn)平臺(tái)擁有高速通道和信息實(shí)時(shí)共享的能力。

探測(cè)跟蹤網(wǎng)主要由探測(cè)、跟蹤等節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。探測(cè)節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)在指定的作戰(zhàn)海區(qū)內(nèi)搜索目標(biāo)，截獲敵輻射源信號(hào)，并將搜索到的目標(biāo)指示信息，包括目標(biāo)頻率、方位信息、威脅告警信息等，傳送給作戰(zhàn)指揮節(jié)點(diǎn)和跟蹤節(jié)點(diǎn)；跟蹤節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精確跟蹤，建立目標(biāo)航跡，判定目標(biāo)威脅程度，并將目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)傳輸給指揮控制網(wǎng)和火力打擊網(wǎng)。在整個(gè)艦艇編隊(duì)防空作戰(zhàn)體系中，探測(cè)跟蹤網(wǎng)要始終保持對(duì)目標(biāo)監(jiān)視跟蹤的連續(xù)性，以便為艦艇編隊(duì)制定作戰(zhàn)指揮決策、下達(dá)作戰(zhàn)命令、發(fā)射艦空導(dǎo)彈，及對(duì)艦空導(dǎo)彈進(jìn)行制導(dǎo)控制提供基礎(chǔ)。

2)指揮控制網(wǎng)

指揮控制網(wǎng)主要由編隊(duì)作戰(zhàn)指揮中心和作戰(zhàn)艦艇作戰(zhàn)指揮等節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。將分布在作戰(zhàn)海區(qū)內(nèi)的各艦艇編隊(duì)平臺(tái)，以及平臺(tái)上的每一個(gè)傳感器、每一個(gè)艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)有機(jī)連接，形成一個(gè)作戰(zhàn)整體。其任務(wù)是完成警戒傳感器任務(wù)分配、對(duì)傳感器搜索到的雷達(dá)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、在信息子網(wǎng)上有效地分發(fā)信息，迅速生成戰(zhàn)場(chǎng)綜合態(tài)勢(shì)，并對(duì)其進(jìn)行評(píng)估。當(dāng)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)發(fā)生動(dòng)態(tài)變化時(shí)，能夠快速調(diào)整作戰(zhàn)決策或組網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效響應(yīng)，合理分配編隊(duì)防空作戰(zhàn)任務(wù)，支持靈活的作戰(zhàn)編制和配置，統(tǒng)一協(xié)調(diào)編隊(duì)內(nèi)各作戰(zhàn)艦艇協(xié)同作戰(zhàn)。通過云計(jì)算技術(shù)充分整合現(xiàn)有的數(shù)據(jù)信息和計(jì)算資源，建立艦艇編隊(duì)協(xié)同和互操作的信息云平臺(tái)，滿足指揮中心對(duì)信息與資源的高度集成與共享的需要。并輔助指揮員做出優(yōu)化決策，提高編隊(duì)防空作戰(zhàn)指揮控制效率，實(shí)現(xiàn)艦艇編隊(duì)協(xié)同防空作戰(zhàn)時(shí)的作戰(zhàn)決策指揮、作戰(zhàn)打擊效果評(píng)定、編隊(duì)防空網(wǎng)絡(luò)管理、任務(wù)交接等功能。

指揮控制網(wǎng)中優(yōu)先級(jí)高的一個(gè)指揮控制節(jié)點(diǎn)作為編隊(duì)指控中心，負(fù)責(zé)艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)指揮，組織各作戰(zhàn)指揮節(jié)點(diǎn)接收編隊(duì)外海情、空情等預(yù)警信息，編隊(duì)外航空管制信息，作戰(zhàn)戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)信息，上級(jí)下達(dá)的作戰(zhàn)任務(wù)，并在與友鄰部隊(duì)互通情報(bào)和進(jìn)行協(xié)同后，綜合處理分析各種戰(zhàn)場(chǎng)信息；各指揮控制節(jié)點(diǎn)均接收探測(cè)跟蹤網(wǎng)發(fā)送的目標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行融合處理，同時(shí)接收編隊(duì)指控中心的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息、目標(biāo)統(tǒng)一編號(hào)及其他信息，并在指揮控制網(wǎng)中形成統(tǒng)一戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)。

編隊(duì)指控中心也可將部分功能分散到網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一受編隊(duì)指控中心的指揮、協(xié)調(diào)，共同完成協(xié)同防空作戰(zhàn)任務(wù)。

3)火力打擊網(wǎng)

火力打擊網(wǎng)主要由編隊(duì)內(nèi)各戰(zhàn)斗艦艇平臺(tái)上的艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)組成。作戰(zhàn)指揮節(jié)點(diǎn)向火力打擊網(wǎng)中的武器控制節(jié)點(diǎn)下達(dá)作戰(zhàn)命令，組織對(duì)來襲目標(biāo)進(jìn)行攔截打擊。武器控制節(jié)點(diǎn)接收作戰(zhàn)命令后，進(jìn)行攔截可行性計(jì)算、通道組織、發(fā)射決策、火控解算，制定飛行任務(wù)并輸入到艦空導(dǎo)彈武器等。隨后實(shí)施發(fā)射控制，完成導(dǎo)彈發(fā)射準(zhǔn)備，下達(dá)發(fā)射命令，控制導(dǎo)彈發(fā)射等。火力打擊網(wǎng)通過對(duì)編隊(duì)內(nèi)防空武器系統(tǒng)的集中使用，形成最優(yōu)的火力配置和火力集中效果，達(dá)到最佳對(duì)抗敵方來襲目標(biāo)的目的。

作戰(zhàn)打擊后，作戰(zhàn)指揮節(jié)點(diǎn)根據(jù)探測(cè)跟蹤網(wǎng)傳回的信息進(jìn)行決策判斷，評(píng)價(jià)打擊效果，并將作戰(zhàn)效果匯總后傳送給編隊(duì)作戰(zhàn)指揮中心，向友鄰部隊(duì)通報(bào)作戰(zhàn)情報(bào)，發(fā)送協(xié)同信息，進(jìn)行協(xié)同決策，確定是否再次進(jìn)行攻擊。

3 結(jié)束語

艦艇編隊(duì)協(xié)同防空作戰(zhàn)體系涉及作戰(zhàn)指揮的各個(gè)環(huán)節(jié)，云計(jì)算技術(shù)可以為防空反導(dǎo)作戰(zhàn)搭建強(qiáng)有力的信息支撐平臺(tái)，提供對(duì)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理以及戰(zhàn)時(shí)數(shù)據(jù)的高速并行計(jì)算。艦艇編隊(duì)?wèi)?yīng)用云計(jì)算技術(shù)搭建云數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，將極大地提升作戰(zhàn)信息化程度，對(duì)提升軍隊(duì)信息化水平有著較重要的意義?！?/p>

[1] 陳立新.防空導(dǎo)彈網(wǎng)絡(luò)化體系效能評(píng)估[M]．北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2011．

[2] 劉鵬.云計(jì)算[M]．北京:電子工業(yè)出版社,2010．

[3] 蘇繼斌,張永麗,陳衛(wèi)東,等. 云計(jì)算在軍事作戰(zhàn)指揮中的應(yīng)用研究[J]．軟件導(dǎo)刊, 2013,12(1):15-17.

[4] 何佳洲.多平臺(tái)協(xié)同防空作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究[J]．艦船電子工程,2009,26(3):40-43．

[5] 沈杰,趙琛.軍事云計(jì)算的應(yīng)用及其發(fā)展策略[J]．學(xué)術(shù)交流,2012(2):105-111．

Research on the system in fleet collaborative anti-air warfare based on cloud computing

Chen Jiaoyang

(Unit 91404 of PLA,Qinhuangdao 066001,Hebei,China)

For promoting the application of cloud computing in military field, research on the system in fleet collaborative anti-air warfare based on cloud computing. The definition and features of cloud computing are introduced, the architecture of the system is designed.All the content makes the multiplatform cooperative engagement come true,and expresses the fighting capacity of the naval vessels sufficiently.

cloud computing;warship formation;coordinated anti-air

2014-12-10

陳驕陽(1983-)，男，工程師，主要研究方向?yàn)槔走_(dá)對(duì)抗。

TP393;TN973

A