面向作戰(zhàn)仿真的指控系統(tǒng)建模技術(shù)研究*

李 濤，任義廣，姜青山

（1.海軍航空工程學院，山東 煙臺 264001；2.海軍裝備研究院，北京 100073）

面向作戰(zhàn)仿真的指控系統(tǒng)建模技術(shù)研究*

李 濤1，2，任義廣2，姜青山1

（1.海軍航空工程學院，山東 煙臺 264001；2.海軍裝備研究院，北京 100073）

重點研究指控系統(tǒng)的建模技術(shù)，建立了群指揮所、方面作戰(zhàn)指揮所和平臺指揮所三級指控系統(tǒng)的模型，并確立了三者之間的層次和控制的邏輯關(guān)系。從作戰(zhàn)方案和戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)兩方面對指控系統(tǒng)進行“靜態(tài)的”和“動態(tài)的”建模，實現(xiàn)了作戰(zhàn)雙方基于感知態(tài)勢的閉環(huán)仿真。這些模型在海軍某作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)中得到了應(yīng)用，仿真實驗表明該指控系統(tǒng)模型滿足作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的作戰(zhàn)需求，能夠提高作戰(zhàn)仿真的真實性和合理性。

指控系統(tǒng)，建模與仿真，作戰(zhàn)方案，態(tài)勢圖

0 引言

隨著我軍信息化水平的不斷提高，基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)能力的仿真與評估已成為我國作戰(zhàn)仿真領(lǐng)域研究的熱點、重點和難點問題。如圖1所示，作戰(zhàn)仿真過程中，一般采用OODA（Observe、Orient、Decide、Act）的方式進行情報收集，數(shù)據(jù)融合處理，任務(wù)決策和行動，實現(xiàn)各仿真實體從真實態(tài)勢獲取信息，通過通信、融合等手段完成信息的關(guān)聯(lián)并形成感知態(tài)勢，再通過基于感知態(tài)勢的決策產(chǎn)生指揮控制指令，并通過通信等手段作用于執(zhí)行機構(gòu)，最終由執(zhí)行機構(gòu)的運動、交戰(zhàn)等行動作用于真實態(tài)勢的全過程［1］。

圖1 OODA的決策過程

其中，指揮決策是軍事行動中的勝敗決定性因素之一。軍事仿真特別是實時交互式軍事仿真應(yīng)用中，指控系統(tǒng)及指揮關(guān)系的建模與仿真具有重要意義。一般而言，指揮所被視作單一通信與指揮節(jié)點，無須考慮其內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)與互動關(guān)系，對于由多個指揮節(jié)點構(gòu)成的聯(lián)合指揮部，往往視為不同的指揮節(jié)點構(gòu)成的指揮所網(wǎng)絡(luò)，通過一定指揮關(guān)系建模實現(xiàn)關(guān)聯(lián)。群指揮所的各個方面作戰(zhàn)指揮所和平臺指揮所，一定程度上是群指揮的幕僚和執(zhí)行機構(gòu)。

本文主要針對具有各自感知態(tài)勢的群指揮所、方面作戰(zhàn)指揮所和平臺指揮所的建模與仿真方法展開討論［2-4］。通過對各類指揮所指揮控制系統(tǒng)的建模方法研究，設(shè)計群指揮所、方面作戰(zhàn)指揮所和平臺指揮所模型，建立符合某海軍作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)作戰(zhàn)需求的多級指控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)實體基于感知態(tài)勢的實時決策，提高作戰(zhàn)仿真的真實性和合理性。

1 指揮所層次結(jié)構(gòu)與指揮關(guān)系

1.1 定義與描述

對于各級指揮所來說，建模的三大要素都是作戰(zhàn)方案、戰(zhàn)術(shù)規(guī)則和態(tài)勢圖。為了更好地對本文描述的三類指揮所及其要素進行說明，本節(jié)對文中用到的主要術(shù)語進行了定義域描述。

群指揮所：可以描述多軍種聯(lián)合作戰(zhàn)或軍種內(nèi)多兵種作戰(zhàn)中的各級指揮所，如航母戰(zhàn)斗群指揮所，能夠用來組織兵力指揮層次，每個群指揮所可以包含一個或多個下級群指揮所。

方面作戰(zhàn)指揮所：負責特定任務(wù)類型的指揮，如空戰(zhàn)、打擊戰(zhàn)、水面戰(zhàn)、反潛作戰(zhàn)等，方面作戰(zhàn)指揮所作為群指揮所的幕僚或執(zhí)行機構(gòu)，應(yīng)該隸屬于某個特定的群指揮所。方面作戰(zhàn)指揮所只能指揮其所屬的群指揮所包含的作戰(zhàn)兵力來實施其作戰(zhàn)計劃和戰(zhàn)術(shù)方案。

平臺指揮所：平臺指揮所與作戰(zhàn)平臺一一對應(yīng)，即每個作戰(zhàn)平臺都會有一個位于其上的平臺指揮所，外部對作戰(zhàn)平臺或作戰(zhàn)平臺內(nèi)部子系統(tǒng)的控制，都是通過平臺指揮所實現(xiàn)。同樣，平臺指揮所作為群指揮所的幕僚或執(zhí)行機構(gòu)，應(yīng)該隸屬于某個特定的群指揮所。

作戰(zhàn)方案：司令部根據(jù)首長決心擬制的對作戰(zhàn)進程和戰(zhàn)法的設(shè)想。通常包括情況判斷結(jié)論、上級企圖和本部隊任務(wù)、友鄰任務(wù)及作戰(zhàn)分界線。各部隊的編成、配置和任務(wù)。作戰(zhàn)階段劃分。各階段情況預(yù)想及處置方案，保障措施、指揮的組織等。是制定作戰(zhàn)計劃的基礎(chǔ)。一次作戰(zhàn)行動可有一個或數(shù)個作戰(zhàn)方案［5］。作戰(zhàn)方案側(cè)重于對指揮官行為“靜態(tài)的”的描述，即預(yù)定的行為。

戰(zhàn)術(shù)：選擇觸發(fā)器、觸發(fā)條件和作出戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)。選擇觸發(fā)器和觸發(fā)條件主要是指戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢應(yīng)具備的條件，以及針對一個戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢需要動態(tài)執(zhí)行的戰(zhàn)術(shù)。戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)是指一個進行響應(yīng)的平臺對敵方的當前態(tài)勢應(yīng)該執(zhí)行什么樣的戰(zhàn)術(shù)行動，戰(zhàn)術(shù)規(guī)則側(cè)重于對指揮所行為“動態(tài)的”描述，即“滿足何種條件時采取何種應(yīng)對方法”。

態(tài)勢圖：態(tài)勢圖是敵對雙方作戰(zhàn)力量部署、行動所形成的狀態(tài)和形勢。態(tài)勢圖由每個平臺攜帶的信息融合系統(tǒng)生成［6-8］，而且每個指揮所只有一個態(tài)勢圖，關(guān)于態(tài)勢圖的生成在文獻［9］進行了詳細介紹，本文不再累述。

1.2 指揮所層次結(jié)構(gòu)與指控關(guān)系模型

在多軍種聯(lián)合作戰(zhàn)或軍種內(nèi)多兵種作戰(zhàn)中，高級指揮所具有復雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和協(xié)調(diào)機制。聯(lián)合指揮所內(nèi)部各層級指揮所之間指揮關(guān)系具有固定的模式，群指揮所擁有全局指揮決策權(quán)責，方面作戰(zhàn)指揮所擁有方面指揮決策權(quán)責，而平臺指揮所則對于專業(yè)兵種擁有指揮管理權(quán)責，各級指揮所根據(jù)各自融合的態(tài)勢進行指揮決策。

仿真系統(tǒng)應(yīng)該允許用戶定義交戰(zhàn)雙方對應(yīng)的指揮結(jié)構(gòu)。其指揮結(jié)構(gòu)是從聯(lián)合作戰(zhàn)級、軍兵種級到兵力單元級的層次性指揮組織結(jié)構(gòu)。本文設(shè)計的各級指揮所的層次關(guān)系如圖2所示，每個群指揮所可包括多個子群指揮所、方面作戰(zhàn)指揮所、平臺及其平臺指揮所。方面作戰(zhàn)指揮所只能直接隸屬于某一個群指揮所，而每個群指揮所可以有多個下級方面作戰(zhàn)指揮所，這些方面作戰(zhàn)指揮所向群指揮所請求以獲取作戰(zhàn)平臺的使用權(quán)。在用于執(zhí)行任務(wù)的作戰(zhàn)平臺出現(xiàn)不足時，由群指揮所按預(yù)先設(shè)置的方面作戰(zhàn)指揮所優(yōu)先級進行協(xié)調(diào)。平臺指揮所與平臺一一對應(yīng)，即每一個平臺或設(shè)施上都有一個作戰(zhàn)平臺指揮所。

圖2 指揮所層次關(guān)系圖

2 群指揮所建模

根據(jù)不同的作戰(zhàn)類型，群指揮所可分為編隊指揮所和后勤群指揮所。編隊指揮所類用于表示通用的海軍編隊指揮所，如航母編隊指揮所，水面艦艇編隊指揮所，兩棲作戰(zhàn)指揮所等等。后勤群指揮所類用于表示海軍地區(qū)性后勤群指揮所。對于群指揮所而言，沒有戰(zhàn)術(shù)規(guī)則，主要制定大的作戰(zhàn)方案，作戰(zhàn)方案用于表示預(yù)先計劃的作戰(zhàn)行動。本文重點對編隊指揮所類的作戰(zhàn)方案的群運動方案、方面作戰(zhàn)優(yōu)先級和群傳感器調(diào)度計劃進行介紹。

2.1 編隊運動計劃模型

群運動計劃用編隊運動、編隊和行動點屬性來描述。從總體上看，群運動是由點及該點上的開始行動構(gòu)成的。

編隊運動計劃適用于水面艦艇、潛艇和車輛。在這種運動計劃下，一組平臺會沿著某條航線前進，每個平臺都與基準平臺保持一定方向和位置的偏離。按編隊運動的平臺將隨編隊一直行進，除非接收到指揮所安排需要轉(zhuǎn)向的任務(wù)，否則將直到仿真結(jié)束。如果接收到指揮所安排需要轉(zhuǎn)向的任務(wù)，一旦任務(wù)完成，平臺將恢復編隊運動模式。

2.2 方面作戰(zhàn)優(yōu)先級模型

方面作戰(zhàn)優(yōu)先級計劃用方面作戰(zhàn)優(yōu)先級和行動點屬性來描述。方面作戰(zhàn)優(yōu)先級屬性是一個關(guān)于任務(wù)區(qū)域（防空、反潛、水面戰(zhàn)、打擊戰(zhàn)、信息戰(zhàn)等）優(yōu)先級的排序表。這個排序表用于確定在平臺數(shù)量受限時以何種順序優(yōu)先執(zhí)行哪一個任務(wù)計劃。行動點則準確說明了方面作戰(zhàn)優(yōu)先級發(fā)生改變的時間序列點。因此，行動點屬性最終描述了一個時間序列以及在這個序列的每個時間點上編隊執(zhí)行的新的方面作戰(zhàn)優(yōu)先級。

2.3 編隊傳感器開關(guān)計劃模型

編隊傳感器調(diào)度計劃用編隊傳感器調(diào)度屬性來描述。編隊傳感器調(diào)度用編隊內(nèi)所有傳感器與調(diào)度的配對表形式來表示。調(diào)度有6個基本的類型：常開，常閉，限定間隔，定期開關(guān)，隨機間隔時間，定期事件驅(qū)動。群指揮所傳感器調(diào)度可被平臺的傳感器調(diào)度改變，同樣，平臺的傳感器調(diào)度也可被群指揮所傳感器調(diào)度改變。傳感器的狀態(tài)主要看最近時間點的群指揮所和平臺指揮所的調(diào)度計劃。

3 方面作戰(zhàn)指揮所建模

方面作戰(zhàn)指揮控制，反映了海軍組織、訓練、作戰(zhàn)方式的基本方式。美軍通用聯(lián)合任務(wù)清單（UJTL）和通用海軍任務(wù)清單（UNTL）［10］提供了美國海軍平時或戰(zhàn)時聯(lián)合部隊或海軍部隊執(zhí)行的主要任務(wù)。根據(jù)我海軍的作戰(zhàn)使命，方面作戰(zhàn)指揮所可以用于空戰(zhàn)、水面戰(zhàn)、水下戰(zhàn)、打擊戰(zhàn)、水雷戰(zhàn)、兩棲作戰(zhàn)、信息戰(zhàn)和特種作戰(zhàn)等。每個方面作戰(zhàn)指揮所均有其作戰(zhàn)方案和動態(tài)戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)組成。

3.1 方面作戰(zhàn)指揮所作戰(zhàn)方案模型

根據(jù)作戰(zhàn)條令，每一種作戰(zhàn)方案都應(yīng)該具備相應(yīng)的作戰(zhàn)方案，作戰(zhàn)方案由一定的指控要素組成。方面作戰(zhàn)指揮所作戰(zhàn)方案模型就是對每個作戰(zhàn)方案的指控要素進行建模。如表1所示，對海打擊作戰(zhàn)方案模型主要包括出動兵力要素、作戰(zhàn)任務(wù)要素和攻擊數(shù)據(jù)要素組成。其他的作戰(zhàn)方案模型不再一一贅述。

表1 對海打擊方案模型

3.2 方面作戰(zhàn)指揮所戰(zhàn)術(shù)模型

方面作戰(zhàn)指揮所戰(zhàn)術(shù)模型用一系列觸發(fā)條件和戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)來定義，與戰(zhàn)術(shù)對應(yīng)的觸發(fā)條件和觸發(fā)信號定義了當前態(tài)勢圖應(yīng)具備的條件。方面作戰(zhàn)指揮所戰(zhàn)術(shù)模型就是觸發(fā)條件和相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)之間的關(guān)系。

首先定義方面作戰(zhàn)指揮所應(yīng)該做出的戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)，本文列舉了引導戰(zhàn)術(shù)、監(jiān)視戰(zhàn)術(shù)、規(guī)避戰(zhàn)術(shù)和打擊戰(zhàn)術(shù)四類，然后根據(jù)作戰(zhàn)條令、作戰(zhàn)經(jīng)驗或具體的作戰(zhàn)想定，列出這四類戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)時，戰(zhàn)場態(tài)勢應(yīng)該滿足的條件。如下頁表2所示，本文列出了方面作戰(zhàn)指揮所級戰(zhàn)術(shù)觸發(fā)的13類情況，包括優(yōu)先級、目標、時間、區(qū)域、毀傷等限制條件，當這13類條件滿足某一戰(zhàn)術(shù)的觸發(fā)條件時，方面作戰(zhàn)指揮所則執(zhí)行這一戰(zhàn)術(shù)。所有的方面作戰(zhàn)指揮所的戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)都是按當前態(tài)勢情況與這13種觸發(fā)條件的排列組合進行匹配而使其觸發(fā)的。

4 平臺指揮所建模

每個作戰(zhàn)平臺均有平臺級的戰(zhàn)術(shù)以及來自于上級指揮所（群指揮所或方面作戰(zhàn)指揮所）的作戰(zhàn)計劃。平臺指揮所主要用來控制本平臺的運動系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、探測系統(tǒng)等子系統(tǒng)來完成上級的作戰(zhàn)計劃，并按一定的作戰(zhàn)規(guī)則進行戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)，因此，平臺指揮所模型主要是指平臺級的戰(zhàn)術(shù)模型。與方面作戰(zhàn)指揮所戰(zhàn)術(shù)模型類似，平臺級的戰(zhàn)術(shù)模型就是觸發(fā)條件和相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)之間的關(guān)系。如表3所示，本文以本臺自主戰(zhàn)術(shù)、飛機返航戰(zhàn)術(shù)和潛艇下潛戰(zhàn)術(shù)為例列出了這3個戰(zhàn)術(shù)的觸發(fā)條件。

表2 觸發(fā)條件與戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)之間的關(guān)系

作戰(zhàn)平臺在群指揮所、方面作戰(zhàn)指揮所和平臺指揮所的共同作用下執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)。通過觸發(fā)條件和作戰(zhàn)計劃的設(shè)置可以實現(xiàn)群指揮所對下屬方面作戰(zhàn)指揮所、下屬平臺指揮所，甚至下屬平臺子系統(tǒng)的控制。

表3 觸發(fā)條件與戰(zhàn)術(shù)響應(yīng)之間的關(guān)系

5 仿真案例驗證

為了對文中所描述的指控系統(tǒng)建模方法進行仿真驗證，本文設(shè)計了一個仿真案例，仿真案例詳細內(nèi)容和建模過程描述如表4所示。

表4 仿真案例描述

通過上述對紅藍雙方的兵力指揮控制的建模，實現(xiàn)了雙方兵力的對抗仿真。其中紅方對藍方水面艦艇突擊仿真態(tài)勢如圖3所示，藍方水面艦艇協(xié)同防空仿真態(tài)勢如圖4所示。

圖3 紅方飛機對藍方水面艦艇突擊

圖4 藍方水面艦艇編隊防空

6 結(jié)束語

指控系統(tǒng)建模與仿真是武器裝備體系對抗仿真需要突破的關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)過科研人員的不斷探索與拓展，指控系統(tǒng)建模目前已成為海軍某重點實驗室的重要研究領(lǐng)域之一。本文根據(jù)海軍的使命任務(wù)建立了群指揮所、方面作戰(zhàn)指揮所和平臺指揮所三級指揮控制系統(tǒng)的模型，并確立了三者之間的層次和相互控制的邏輯關(guān)系。通過作戰(zhàn)方案模型和戰(zhàn)術(shù)模型分別對指揮控制系統(tǒng)進行“靜態(tài)的”和“動態(tài)的”建模，這種建模方法不僅建立了海軍各級指控系統(tǒng)與作戰(zhàn)任務(wù)的匹配關(guān)系［11］，而且建立了海軍作戰(zhàn)行動中基于態(tài)勢的具體作戰(zhàn)規(guī)則，實現(xiàn)了作戰(zhàn)雙方基于感知態(tài)勢的閉環(huán)仿真。這些模型在海軍某仿真系統(tǒng)中進行了仿真驗證，仿真試驗表明該指控系統(tǒng)模型能夠滿足海軍某作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的作戰(zhàn)需求，提高了作戰(zhàn)仿真的真實性和合理性。

指控系統(tǒng)建模與仿真對于大規(guī)模多分辨率仿真應(yīng)用意義重大，本文所做的研究與討論與具體業(yè)務(wù)流程結(jié)合尚有一定改進空間。比如，在實際軍事應(yīng)用中，聯(lián)合指揮部內(nèi)各指揮所的分布可能不同的地點或載體上，進行仿真時需要考慮其復雜的組合關(guān)系。

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Research on C2 System Modeling Technologies Oriented to Military Simulation

LI Tao1，2，REN Yi-guang2，JIANG Qing-shan1
（1.Naval Aeronautical Engineering Institute，Yantai 264001，China；2.Navy Academy of Armament，Beijing 100073，China）

The modelingtechnologies of command and control（C2） systems are primarily investigated and three levels C2 models includinggroup command post，aspect operation command post and platform command post are built in the paper.The logical relationship of level and control between the three models is established.Both static and dynamic C2 models are built from both operation plan and tactics responseaspects thatrealized the closed loop simulation based situation awareness of both operation sides.The models have been applied in one naval military simulation system.Simulation testing showed that the models of C2 system satisfied the operational requirements of the navy military simulation system，improved the authenticity and rationality of military simulation.

C2system，modeling and simulation，operation plan，situationpicture

TP391.9

A

1002-0640（2015）07-0100-05

2014-05-15

2014-07-07

軍隊預(yù)研基金資助項目（9140C910302120C91310）

李 濤（1982- ），男，山東泰安人，工程師，博士研究生。研究方向：兵種戰(zhàn)術(shù)、軍事建模與仿真。