基于分布式網(wǎng)絡(luò)化指控體系的協(xié)同跟蹤設(shè)計(jì)

史秉政

(上海機(jī)電工程研究所,上海　201109)

基于分布式網(wǎng)絡(luò)化指控體系的協(xié)同跟蹤設(shè)計(jì)

史秉政

(上海機(jī)電工程研究所,上海201109)

摘要:針對(duì)當(dāng)前干擾防空環(huán)境下的作戰(zhàn)特點(diǎn),通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)需求的分析,建立了一種分布式的網(wǎng)絡(luò)化指揮控制體系架構(gòu),并結(jié)合協(xié)同跟蹤的具體作戰(zhàn)運(yùn)用,設(shè)計(jì)了基于此分布式體系的協(xié)同跟蹤作戰(zhàn)流程,并建立了效能驗(yàn)證模型。對(duì)比一般的集中式指揮控制體系,基于分布式的體系具有生存性強(qiáng)、作戰(zhàn)使用效能高的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn);分布式;指揮控制體系;協(xié)同跟蹤;效能評(píng)估

網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)是未來防空作戰(zhàn)的重要發(fā)展方向。通過設(shè)計(jì)符合具體作戰(zhàn)使用需求的網(wǎng)絡(luò)化指揮控制中心,并對(duì)網(wǎng)絡(luò)化組網(wǎng)作戰(zhàn)流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),可以大幅提高各火力單元的協(xié)同作戰(zhàn)效能。本文構(gòu)建了一種分布式的網(wǎng)絡(luò)化指揮控制體系,設(shè)計(jì)了基于此架構(gòu)的協(xié)同跟蹤作戰(zhàn)流程,并建立了作戰(zhàn)效能驗(yàn)證模型,形成了一套完整的網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)架構(gòu)。

1概述

1.1網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)需求分析

通過近年來的幾場(chǎng)典型戰(zhàn)爭,可以大致觀察出現(xiàn)代戰(zhàn)爭的基本模式:進(jìn)攻方首先進(jìn)行大規(guī)模的信息干擾、電磁壓制,或進(jìn)行防區(qū)外、視野外飽和投彈攻擊,使防御方的探測(cè)設(shè)施功能癱瘓,取得制電磁權(quán);其次,進(jìn)行電磁干擾下的空襲,摧毀防空設(shè)施、取得制空權(quán),為后續(xù)軍事行動(dòng)提供空中支援;最后才開展地面軍事行動(dòng)?？梢?電磁干擾下的體系化防空對(duì)抗作戰(zhàn)將成為未來常態(tài),作為應(yīng)對(duì),防空武器系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同作戰(zhàn)能力尤為重要。

網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn),是將多武器系統(tǒng)的多種探測(cè)器、多個(gè)指控節(jié)點(diǎn)和多個(gè)火力資源進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接,以達(dá)到互聯(lián)互通互操作,大幅提高武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能的目的。協(xié)同跟蹤是指綜合利用多個(gè)探測(cè)源的目標(biāo)跟蹤信息,以提升對(duì)目標(biāo)的跟蹤質(zhì)量,是網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)的一種具體應(yīng)用形式。

1.2國內(nèi)外發(fā)展情況

目前在網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)理論研究及實(shí)際應(yīng)用中處于前列的美國,其推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)的具體成果為[1]:

1)美海軍的“協(xié)同作戰(zhàn)能力系統(tǒng)”(CEC),用于艦艇間協(xié)同作戰(zhàn)。CEC可將多艘艦艇間的探測(cè)信息融合成高精度且一致的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì),并實(shí)現(xiàn)各艦艇間的態(tài)勢(shì)共享;對(duì)于某批目標(biāo),可由位置最佳的火力單元進(jìn)行攔截,從而大大提高整個(gè)艦艇編隊(duì)的作戰(zhàn)效能。目前該系統(tǒng)已達(dá)到實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用狀態(tài)。

2)美陸軍提出的“一體化防空反導(dǎo)作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)”IBCS項(xiàng)目,旨在為美陸軍的防空反導(dǎo)體系構(gòu)建一個(gè)集探測(cè)、指揮控制、情報(bào)、發(fā)射的網(wǎng)絡(luò)中心系統(tǒng)解決方案,使任何探測(cè)資源、火力資源都能夠納入的一體化指揮控制網(wǎng)絡(luò)。目前所提出的方案是將PAC-3、THAAD系統(tǒng)以及陸基先進(jìn)中程導(dǎo)彈系統(tǒng)等武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)資源連為一體,進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)。

目前國內(nèi)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)也正在進(jìn)行積極的探索和研究,如文獻(xiàn)[2-3]等所述。

1.3集中式網(wǎng)絡(luò)化指控體系

網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn),通常是在網(wǎng)絡(luò)化指揮控制系統(tǒng)的指揮下進(jìn)行的。一般的網(wǎng)絡(luò)化指控系統(tǒng)架構(gòu)通?？稍O(shè)計(jì)為集中式,由單一的指控中心節(jié)點(diǎn)對(duì)下屬的各作戰(zhàn)火力單元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行作戰(zhàn)指揮控制,包括下達(dá)指揮命令、發(fā)送目標(biāo)數(shù)據(jù)信息等,下屬各火力單元節(jié)點(diǎn)間無信息交互。作戰(zhàn)時(shí),各火力單元向指控中心上報(bào)局部空情,由指控中心進(jìn)行融合得到全局空情,并進(jìn)行指揮控制命令的下達(dá)。指控中心節(jié)點(diǎn)是整個(gè)系統(tǒng)的指揮控制中心、信息中心和計(jì)算中心,驅(qū)動(dòng)整個(gè)防空體系網(wǎng)絡(luò)各火力單元執(zhí)行各項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù),在指控中心故障后,整個(gè)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)將無法繼續(xù)工作。集中式網(wǎng)絡(luò)化指控體系具體如圖1所示。

圖1　集中式網(wǎng)絡(luò)化指控體系

集中式網(wǎng)絡(luò)化指控體系的優(yōu)點(diǎn)在于其組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單,指揮關(guān)系明晰,作戰(zhàn)流程規(guī)劃實(shí)現(xiàn)方便等,但由于其單中心的體系架構(gòu),系統(tǒng)存在單點(diǎn)失效情況;所有信息必須由指控中心進(jìn)行統(tǒng)一解算處理,存在信息處理延時(shí)長的缺點(diǎn);且指控中心解算負(fù)擔(dān)重,其計(jì)算能力限制了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模,不利于節(jié)點(diǎn)的任意接入。綜上,集中式網(wǎng)絡(luò)化控制體系無法滿足作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)生存性、負(fù)載均衡性和可擴(kuò)展性的要求。

2分布式系統(tǒng)簡介

2.1分布式系統(tǒng)原理

分布式系統(tǒng),主要是指系統(tǒng)的硬件或軟件組件分布在聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上,組件間通過傳遞消息進(jìn)行通信和動(dòng)作協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。分布式系統(tǒng)通過在互聯(lián)的多個(gè)計(jì)算資源上進(jìn)行工作量的分配,并通過網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行消息的傳遞,以共同協(xié)調(diào)完成工作。多節(jié)點(diǎn)的分布式系統(tǒng)可大大提高系統(tǒng)整體的生存性、負(fù)載均衡性和可擴(kuò)展性。

2.2分布式系統(tǒng)特點(diǎn)

分布式系統(tǒng)具有3個(gè)特點(diǎn):并發(fā)性、時(shí)鐘異步性和故障獨(dú)立性。

1)并發(fā)性

系統(tǒng)中可同時(shí)有多個(gè)任務(wù)并發(fā)執(zhí)行,任務(wù)間可共享系統(tǒng)資源。并發(fā)執(zhí)行的任務(wù)由不同節(jié)點(diǎn)承擔(dān)完成,不必等待唯一的中心節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)一處理。中心節(jié)點(diǎn)往往只需要進(jìn)行任務(wù)的分配調(diào)度即可,任務(wù)分配完畢,各節(jié)點(diǎn)即可開展各自的工作。分布式將中心節(jié)點(diǎn)從繁重的具體的解算任務(wù)中釋放出來,從而聚焦于整個(gè)系統(tǒng)的控制,包括任務(wù)調(diào)度和資源管理等,可平衡節(jié)點(diǎn)間的工作負(fù)荷,提高整個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)處理能力。

2)時(shí)鐘異步性

每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有各自獨(dú)立的時(shí)鐘,而整個(gè)系統(tǒng)中無需做到各節(jié)點(diǎn)間的時(shí)鐘統(tǒng)一,任務(wù)間的協(xié)調(diào)同步靠消息交互機(jī)制來保證。系統(tǒng)中需節(jié)點(diǎn)間協(xié)同的任務(wù)異步完成,降低節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)的成本,提高各節(jié)點(diǎn)處理任務(wù)的效率,使得節(jié)點(diǎn)在處理任務(wù)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)“死等”的現(xiàn)象。

3)故障獨(dú)立性

個(gè)別節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障,不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。分布式系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)間的弱耦合,避免了某一節(jié)點(diǎn)故障的傳遞,而由于各節(jié)點(diǎn)具有相似的功能,可以為節(jié)點(diǎn)設(shè)置備份,在有備份節(jié)點(diǎn)的情況下,甚至不會(huì)影響系統(tǒng)中當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行,系統(tǒng)健壯性大幅提高。

以上特點(diǎn)使得分布式架構(gòu)成為適合于網(wǎng)絡(luò)化指揮控制體系的一種設(shè)計(jì)范式。

3分布式網(wǎng)絡(luò)化指控體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1體系構(gòu)建分析

在對(duì)分布式系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行分析后,還需分析實(shí)際的作戰(zhàn)使用需求,以指導(dǎo)分布式網(wǎng)絡(luò)化指揮控制體系架構(gòu)的設(shè)計(jì),優(yōu)化整個(gè)作戰(zhàn)指揮網(wǎng)絡(luò)。通過對(duì)需求進(jìn)行分析,網(wǎng)絡(luò)化指控體系還需滿足以下幾點(diǎn)要求。

1)集中式指揮

根據(jù)部隊(duì)在作戰(zhàn)中的指揮習(xí)慣,網(wǎng)絡(luò)化指控體系的指揮結(jié)構(gòu)需設(shè)計(jì)為集中式。網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)中必須僅有唯一的指揮中心,以保證命令信息的一致和對(duì)各火力單元的統(tǒng)一指揮。

2)分布式解算

網(wǎng)絡(luò)化指揮控制體系中,對(duì)于某目標(biāo)的具體參數(shù)信息解算,應(yīng)由負(fù)責(zé)該目標(biāo)所在區(qū)域的火力單元完成,而不是由指控中心完成。這樣可以減輕指控中心的計(jì)算量,將工作重心放在對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的指揮上,同時(shí)還可減少指揮中心轉(zhuǎn)發(fā)的目標(biāo)數(shù)據(jù)的信息量,降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

3)生存性

指揮控制體系中只存在單一的指揮控制中心,雖可滿足集中式指揮的需求,但整個(gè)體系卻存在單點(diǎn)失效的問題,指控中心故障將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓,因而指控中心將成為整個(gè)系統(tǒng)的弱點(diǎn)以及敵方攻擊重點(diǎn)。對(duì)于執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化指揮控制體系,作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的生存性至關(guān)重要。

4)理解一致性

網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)體系,核心在于各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)解析協(xié)議的一致,即各節(jié)點(diǎn)對(duì)收到的命令信息、目標(biāo)數(shù)據(jù)信息的處理動(dòng)作是一致的,這樣才能保證網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn)可協(xié)同工作以及相互間可備份。

構(gòu)建可應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)的網(wǎng)絡(luò)化指揮控制體系,必須滿足上述各點(diǎn)需求,作為設(shè)計(jì)約束。

3.2體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)上述分析,對(duì)分布式的網(wǎng)絡(luò)化指揮控制體系進(jìn)行設(shè)計(jì):

1) 在整個(gè)系統(tǒng)中,某一時(shí)刻只有一個(gè)指控中心,負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)指揮命令的下達(dá),保證集中式指揮;

2) 網(wǎng)絡(luò)中可設(shè)置備份指揮中心,一旦指揮中心故障,可從備份網(wǎng)指中依據(jù)事先約定的順序選出新的指控中心,承擔(dān)指揮任務(wù),保證作戰(zhàn)流程的順利進(jìn)行。備份指控中心可設(shè)置多個(gè),實(shí)現(xiàn)多輪的接替;同時(shí)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)間有多條路徑連接,冗余的通信路線可提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的健壯性;

3) 指控中心主要負(fù)責(zé)命令的統(tǒng)一下達(dá),以及協(xié)同的調(diào)度,具體的目標(biāo)數(shù)據(jù)信息將直接在指定的火力單元間交互,由火力單元完成對(duì)目標(biāo)信息的融合等解算,以實(shí)現(xiàn)分布式解算;

4) 各火力單元對(duì)命令信息、目標(biāo)信息數(shù)據(jù)的解析和處理采用相同的算法,即各火力單元在收到相同的輸入信息后,將產(chǎn)生相同的輸出結(jié)果,保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)理解和行動(dòng)的一致性。

基于以上條件,可設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)化指控設(shè)備作為實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)化指揮控制體系的具體載體。各火力單元只要加裝了該設(shè)備,即納入了分布式網(wǎng)絡(luò)化指揮控制網(wǎng)絡(luò),并可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)。

網(wǎng)絡(luò)化指控設(shè)備連接本地火力單元,并進(jìn)行組網(wǎng)連接,代表火力單元進(jìn)行信息交互。設(shè)備組成主要包括網(wǎng)絡(luò)化指控中心與協(xié)同跟蹤處理器。網(wǎng)絡(luò)化指控中心是整個(gè)作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的指揮中心,負(fù)責(zé)指揮控制,在某一時(shí)刻只有一個(gè)網(wǎng)指可承擔(dān)指控中心的作用,其它為可接替的備份網(wǎng)指。協(xié)同跟蹤處理器負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中各火力單元接收的目標(biāo)數(shù)據(jù)的一致性及可用性。由于其采用相同的算法,即可保證協(xié)同的火力單元對(duì)某批目標(biāo)有相同的理解,使目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)保持一致,以便于后續(xù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、協(xié)同跟蹤等應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)化指揮控制體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　網(wǎng)絡(luò)化指揮控制體系結(jié)構(gòu)圖

4協(xié)同跟蹤作戰(zhàn)設(shè)計(jì)

在納入分布式網(wǎng)絡(luò)化指揮控制網(wǎng)絡(luò)后,各火力單元間已基本具備了網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)的能力,包括空情的共享、指揮信息的交互,以及跟蹤數(shù)據(jù)的一致。同時(shí)基于此平臺(tái)可進(jìn)行具體協(xié)同跟蹤作戰(zhàn)流程的設(shè)計(jì),以進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)的能力。

4.1協(xié)同跟蹤原理分析

在復(fù)雜電磁環(huán)境的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)下,當(dāng)火力單元1受到目標(biāo)的干擾時(shí),往往只有該目標(biāo)的方位信息,沒有距離信息,導(dǎo)致無法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行攔截,此時(shí)需要其它探測(cè)器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行協(xié)同跟蹤,提供支援信息,以完成攔截任務(wù)。由于目標(biāo)的干擾往往具有一定的方向性或處于一定頻段內(nèi),因此位于較遠(yuǎn)距離或處于其它頻段的探測(cè)器可以得到該目標(biāo)的距離信息。這樣其它火力單元將該目標(biāo)的距離信息發(fā)送到火力單元1,火力單元1利用支援的跟蹤信息,經(jīng)過解算得到需要的目標(biāo)信息,完成對(duì)目標(biāo)的攔截,此為協(xié)同跟蹤的基本原理。

4.2分布式協(xié)同算法

根據(jù)協(xié)同跟蹤作戰(zhàn)的基本原理,以及各火力單元間的地位關(guān)系,本文對(duì)分布式火力單元間的協(xié)同跟蹤流程設(shè)計(jì)采用基于對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的索引算法。對(duì)等網(wǎng)絡(luò),即對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò),如果網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)在功能上是對(duì)等、相同的,則可認(rèn)為該網(wǎng)絡(luò)是對(duì)等網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)中的通信即為對(duì)等通信。對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的特征包括:去中心化、自組織、節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)接入、可擴(kuò)展性和容錯(cuò)性。索引算法,即在網(wǎng)絡(luò)中有索引服務(wù)器,保存著各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)索引信息(簡略信息),某節(jié)點(diǎn)在請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí),首先在索引服務(wù)器中進(jìn)行查找,若找到具有匹配信息的節(jié)點(diǎn),再向該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)請(qǐng)求。數(shù)據(jù)(詳細(xì)信息)傳輸在請(qǐng)求節(jié)點(diǎn)與發(fā)送節(jié)點(diǎn)間直接進(jìn)行。

在分布式的網(wǎng)絡(luò)化指揮控制體系中,網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)主要為具備目標(biāo)跟蹤與攔截能力的各火力單元,可認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)是對(duì)等網(wǎng)絡(luò);而網(wǎng)絡(luò)化指控中心具有各節(jié)點(diǎn)上報(bào)的目標(biāo)的簡略信息,可認(rèn)為是索引服務(wù)器,符合算法的設(shè)定。

4.3協(xié)同跟蹤流程設(shè)計(jì)

基于對(duì)等網(wǎng)絡(luò)索引算法的協(xié)同跟蹤作戰(zhàn)流程,步驟主要包括協(xié)同請(qǐng)求及應(yīng)答,協(xié)同火力單元的選擇調(diào)度,協(xié)同跟蹤控制,目標(biāo)信息傳送,協(xié)同目標(biāo)信息解算以及完成攔截等環(huán)節(jié)。

典型的火力單元間協(xié)同跟蹤具體步驟如下:

1) 火力單元1在受到干擾而無法得到目標(biāo)的距離信息時(shí),向指控中心發(fā)送協(xié)同跟蹤請(qǐng)求令,包括請(qǐng)求目標(biāo)的批號(hào)、方位等信息;

2) 指控中心根據(jù)干擾目標(biāo)的批號(hào)、方位等信息,在全局目標(biāo)庫中進(jìn)行匹配,若匹配成功,則返回跟蹤該目標(biāo)的火力單元2;否則根據(jù)目標(biāo)的角度信息、火力單元1的責(zé)任扇區(qū)以及其它火力單元的布陣位置和責(zé)任扇區(qū)等信息,返回適合跟蹤的火力單元2;

3) 指控中心選擇好協(xié)同的火力單元2后,向火力單元1發(fā)送協(xié)同跟蹤響應(yīng),包括協(xié)同的火力單元2 的身份信息及其位置、指向信息;向火力單元2發(fā)送協(xié)同跟蹤令,包括火力單元1的身份信息、位置、指向信息,以及目標(biāo)批號(hào)、目標(biāo)所在方位信息,指示火力單元2進(jìn)行跟蹤;

4) 經(jīng)指控中心調(diào)度的火力單元間直接進(jìn)行目標(biāo)數(shù)據(jù)信息的傳輸。由火力單元2將目標(biāo)跟蹤信息發(fā)送到火力單元1,進(jìn)行協(xié)同跟蹤,火力單元1再經(jīng)過時(shí)空對(duì)準(zhǔn),得到可利用的目標(biāo)信息,完成協(xié)同跟蹤;

5) 若火力單元2也受到了干擾,同樣只有方位信息而沒有距離信息,則發(fā)送到火力單元1的也只有方位信息,需要火力單元1進(jìn)行交叉定位解算,才能得出目標(biāo)的距離信息,從而完成協(xié)同跟蹤。

協(xié)同跟蹤流程如圖3所示。

圖3　協(xié)同跟蹤流程圖

上述流程中,以網(wǎng)絡(luò)化指控中心作為協(xié)同跟蹤的調(diào)度指揮中心,以協(xié)同跟蹤處理器作為各火力單元的信息解算接口,實(shí)現(xiàn)了分布式指揮控制體系協(xié)同跟蹤作戰(zhàn)。

5效能驗(yàn)證模型

對(duì)于分布式指揮控制體系的效能分析可采用ADC效能分析法。效能分析的主要途徑是對(duì)火力單元加裝網(wǎng)絡(luò)化指控設(shè)備前后的系統(tǒng)使用效能進(jìn)行對(duì)比,以驗(yàn)證效能的提升。

5.1效能分析模型定義

根據(jù)美國工業(yè)界武器系統(tǒng)效能咨詢委員會(huì)(WSEIAC)所給出的定義:“系統(tǒng)效能是預(yù)期一個(gè)系統(tǒng)能滿足特點(diǎn)任務(wù)要求程度的度量,是系統(tǒng)的有效性、可信賴性和能力的函數(shù)”,即效能公式可表示為

E=A·D·C

(1)

此模型中,“A”是指有效性,是系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)所處的狀態(tài)的量度,也稱可用度;“D”是指可信度,是已知系統(tǒng)在開始工作時(shí)所處的狀態(tài)前提下,系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)過程中所處狀態(tài)的量度;“C”是指固有能力,已知系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)過程中所處的狀態(tài),表示系統(tǒng)完成規(guī)定任務(wù)之能力的量度。

5.2指標(biāo)體系

根據(jù)ADC模型提出的效能定義,可建立網(wǎng)絡(luò)化指揮控制體系的效能評(píng)估指標(biāo)體系,如表1所示。

表1　效能評(píng)估體系

5.3效能評(píng)估

5.3.1可用性評(píng)估

可用性是在開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)的度量,可用系統(tǒng)在開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)的狀態(tài)概率來表示。其概率可表示如下:

(2)

式中，MTBF為系統(tǒng)平均故障間隔時(shí)間,指可修復(fù)的系統(tǒng)在相鄰兩次故障間的平均工作時(shí)間。MTTR為系統(tǒng)平均故障修復(fù)時(shí)間,指系統(tǒng)從出現(xiàn)故障到恢復(fù)正常所需時(shí)間的平均值。MLDT為系統(tǒng)平均保障延誤時(shí)間,在計(jì)算時(shí)可將MLDT取零值。

5.3.2可信性評(píng)估

可信性是在已知系統(tǒng)開始執(zhí)行任務(wù)時(shí)所處狀態(tài)的條件下,在執(zhí)行任務(wù)過程中某個(gè)瞬間或多個(gè)瞬間的系統(tǒng)狀態(tài)的度量,其向量為一個(gè)n階方陣向量,可表示為

(3)

在具體計(jì)算中,可用任務(wù)可靠度代替。

5.3.3固有能力評(píng)估

固有能力是在已知系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)過程中所處狀態(tài)條件下達(dá)到任務(wù)目標(biāo)的能力度量。在指標(biāo)體系建立和指標(biāo)值給出的基礎(chǔ)上,采用層次分析法(AHP法)和專家決策法相結(jié)合的方式來確定各指標(biāo)的權(quán)重,并根據(jù)一種評(píng)估指標(biāo)的評(píng)分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出各武器系統(tǒng)的相應(yīng)效能值,進(jìn)行對(duì)比評(píng)估。具體步驟包括:建立指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)、確定指標(biāo)權(quán)重、第二層次綜合評(píng)判、第一層次總體評(píng)估。

5.3.4計(jì)算總效能

根據(jù)上述效能評(píng)估方法以及實(shí)際火力單元的具體指標(biāo)值,可分別對(duì)火力單元的“ADC”進(jìn)行評(píng)估計(jì)算,再由公式E=A·D·C得出總的效能評(píng)估值。

5.4評(píng)估結(jié)論

根據(jù)指標(biāo)體系中的各項(xiàng)具體指標(biāo)項(xiàng),可對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)化指揮控制體系的效能進(jìn)行定性評(píng)估。在火力單元加裝網(wǎng)絡(luò)化指控設(shè)備后,對(duì)火力單元的性能均有提升或保持,同時(shí)火力單元的功能有了擴(kuò)展,體現(xiàn)在效能評(píng)估中即為分值的提高,因此采用分布式設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)化指揮控制體系具有更高的作戰(zhàn)使用效能。

定量的評(píng)估可依托實(shí)際裝備的網(wǎng)絡(luò)化改造項(xiàng)目進(jìn)行。針對(duì)具體裝備確定各項(xiàng)指標(biāo)的具體值,根據(jù)上述方法對(duì)效能值進(jìn)行計(jì)算。

6結(jié)束語

干擾環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同作戰(zhàn)是未來防空的重要發(fā)展方向。通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)化指控體系的構(gòu)建因素分析,對(duì)比集中式網(wǎng)絡(luò)化指控體系,設(shè)計(jì)了分布式網(wǎng)絡(luò)化指揮控制體系架構(gòu),并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了協(xié)同跟蹤作戰(zhàn)流程的設(shè)計(jì)以及效能驗(yàn)證方法的建立。本網(wǎng)絡(luò)化指揮控制架構(gòu)和協(xié)同跟蹤流程,可以提高現(xiàn)有火力單元作戰(zhàn)效能,為后續(xù)進(jìn)一步的網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)研究提供基礎(chǔ)架構(gòu)和思路。

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Cooperative Track Procedure DesignBased on Distributed Network Command & Control System

SHI Bing-zheng

(Shanghai Electro-Mechanical Engineering Institute, Shanghai 201109, China)

Abstract:Accords to the battle traits under the interfere air-defense environment, via the analysis of network centric warfare(NCW) demands, found a distributed network Command & Control system, and combine with the cooperative track apply, designed the cooperative track procedure based on the distributed system. Compared with the concentrative system, the distributed system is better in subsistence performance and effectiveness.

Key words:network centric warfare(NCW); distributed; Command & Control system; cooperative track; efficacy assessment

文章編號(hào)：1673-3819(2016)03-0102-06

收稿日期：2016-01-04

作者簡介：史秉政(1984-),男,山西太原人,碩士,工程師,研究方向?yàn)橹笓]控制系統(tǒng)。

中圖分類號(hào):E94

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.03.020

修回日期： 2016-02-29