防空分隊(duì)作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陸林

摘 要：針對(duì)未來(lái)信息化防空作戰(zhàn)的需要，文中設(shè)計(jì)了一種分隊(duì)作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一輛指揮車(chē)和多套數(shù)字化單兵目標(biāo)指示終端組成。指揮車(chē)通過(guò)雷達(dá)搜索，跟蹤多批次來(lái)襲目標(biāo)，進(jìn)行目標(biāo)威脅程度判別，統(tǒng)一指揮和分配目標(biāo)至單兵作戰(zhàn)單元，在單兵目標(biāo)指示終端上生成目標(biāo)導(dǎo)引信息，引導(dǎo)單兵射手操作防空導(dǎo)彈，搜索、捕獲目標(biāo)并實(shí)施攻擊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠較好地引導(dǎo)射手捕獲目標(biāo)，引導(dǎo)精度可達(dá)到預(yù)定要求。

關(guān)鍵詞：防空；分隊(duì)作戰(zhàn)；指揮系統(tǒng)；捕獲目標(biāo)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP39；E917 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）09-00-03

0 引 言

在未來(lái)的信息化防空作戰(zhàn)中，作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)作為通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)，發(fā)揮的作用愈加重要，尤其在復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境及區(qū)域作戰(zhàn)部署中，單兵之間、單兵與上級(jí)指揮中心之間的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息和其他信息的互連互通都離不開(kāi)作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)。

目前我國(guó)的作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)多用于地面突擊部隊(duì)或反恐部隊(duì)，而現(xiàn)有的便攜式防空導(dǎo)彈作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)存在針對(duì)性不強(qiáng)、系統(tǒng)性能不穩(wěn)定等問(wèn)題，因此，設(shè)計(jì)一種針對(duì)便攜式防空導(dǎo)彈的分隊(duì)作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)以適應(yīng)未來(lái)防空作戰(zhàn)的需要很有必要。

本系統(tǒng)借助指揮車(chē)上裝載的雷達(dá)來(lái)搜索、跟蹤來(lái)襲目標(biāo)，進(jìn)行目標(biāo)威脅程度判別后，統(tǒng)一指揮和分配目標(biāo)，由電臺(tái)傳輸至單兵目標(biāo)指示終端，生成目標(biāo)導(dǎo)引信息，引導(dǎo)射手操作防空導(dǎo)彈，搜索、捕獲目標(biāo)并實(shí)施攻擊。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由搜索指揮車(chē)和單兵終端組成。搜索指揮車(chē)包括目標(biāo)搜索雷達(dá)、指揮控制設(shè)備、車(chē)載通信電臺(tái)、定位定向設(shè)備；單兵終端包括手持通信電臺(tái)、數(shù)據(jù)交互終端及瞄準(zhǔn)指示器。系統(tǒng)組成如圖1所示。

2 功能設(shè)計(jì)

2.1 搜索指揮車(chē)

搜索指揮車(chē)用于戰(zhàn)斗分隊(duì)作戰(zhàn)時(shí)實(shí)施作戰(zhàn)組織和指揮，完成空情監(jiān)視、目標(biāo)搜索和跟蹤、威脅判斷、目標(biāo)分配和作戰(zhàn)指揮等。

雷達(dá)：采用有源相控陣、三坐標(biāo)L波段雷達(dá)，搜索距離可達(dá)30 km，用于搜索跟蹤空中目標(biāo)并進(jìn)行敵我識(shí)別，輸出非己方目標(biāo)俯仰、水平方位角、距離、目標(biāo)航跡等信息；

指揮控制設(shè)備：由加固型計(jì)算機(jī)及作戰(zhàn)管理軟件組成，用于解算、顯示作戰(zhàn)單元和目標(biāo)信息，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)顯示，目標(biāo)分配及相關(guān)信息發(fā)布等；

車(chē)載通信電臺(tái)：采用車(chē)載超短波電臺(tái)，用于與單兵終端進(jìn)行數(shù)據(jù)或語(yǔ)音通信；

定位定向設(shè)備：采用雙天線定位定向設(shè)備，用于指揮車(chē)定位定向。

2.2 單兵終端

單兵終端用于單兵作戰(zhàn)單元戰(zhàn)場(chǎng)定位和導(dǎo)彈定向，接收指揮車(chē)分配的目標(biāo)信息和作戰(zhàn)命令，解算并顯示目標(biāo)方位導(dǎo)引信息、攻擊區(qū)提示信息，縮短單兵射手捕獲、瞄準(zhǔn)空中目標(biāo)的時(shí)間，并提示發(fā)射導(dǎo)彈的適當(dāng)時(shí)機(jī)。

手持通信電臺(tái)：用于實(shí)現(xiàn)與指揮車(chē)的數(shù)據(jù)或語(yǔ)音通信。

數(shù)據(jù)交互終端：用于單兵定位，處理與指揮車(chē)間的交互數(shù)據(jù)信息，解算目標(biāo)相對(duì)位置、攻擊區(qū)范圍等數(shù)據(jù)，在界面顯示目標(biāo)粗略方位和俯仰，并將解算后的數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙模塊傳送到瞄準(zhǔn)指示器。

瞄準(zhǔn)指示器：安裝在裝筒導(dǎo)彈上，且與導(dǎo)彈機(jī)械瞄準(zhǔn)具軸線平行，通過(guò)藍(lán)牙模塊接收數(shù)據(jù)交互終端傳來(lái)的數(shù)據(jù)，經(jīng)解算后顯示目標(biāo)導(dǎo)引信息及攻擊區(qū)提示信息。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 搜索指揮車(chē)設(shè)計(jì)

雷達(dá)、定位定向設(shè)備、車(chē)載通信電臺(tái)采用定型產(chǎn)品，指揮控制設(shè)備采用加固計(jì)算機(jī)。指揮控制設(shè)備硬件組成如圖2所示。

3.2 單兵終端

單兵終端系統(tǒng)通過(guò)手持通信電臺(tái)接收指揮車(chē)發(fā)出的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息經(jīng)數(shù)據(jù)交互終端處理發(fā)送到瞄準(zhǔn)指示器。手持通信電臺(tái)采用定型產(chǎn)品，數(shù)據(jù)交換終端采用STM32F103芯片作為處理器，連接雙GPS、OLED液晶屏和操控按鍵；瞄準(zhǔn)指示器同樣采用STM32F103芯片作為處理器，連接高精度電子羅盤(pán)、OLED透明屏和操控按鍵。單兵終端系統(tǒng)硬件組成如圖3所示。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 指揮系統(tǒng)

指揮系統(tǒng)軟件采用VC開(kāi)發(fā)平臺(tái)和NI控件實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面設(shè)計(jì)，指揮系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì)如圖4所示。

系統(tǒng)完成初始化后顯示初始界面，然后依次循環(huán)處理雷達(dá)數(shù)據(jù)、定位定向數(shù)據(jù)、操作事件、目標(biāo)信息分配、電臺(tái)數(shù)據(jù)收發(fā)事件流程，事件處理完成后將修改對(duì)應(yīng)的顯示元素參數(shù)；界面顯示刷新頻率為24 Hz，根據(jù)顯示元素的參數(shù)狀態(tài)對(duì)界面進(jìn)行刷新。

雷達(dá)數(shù)據(jù)處理負(fù)責(zé)接收雷達(dá)發(fā)送的目標(biāo)數(shù)據(jù)報(bào)文，對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行解析、絕對(duì)坐標(biāo)解算，更新目標(biāo)坐標(biāo)和顯示元素參數(shù)。

定位定向數(shù)據(jù)處理負(fù)責(zé)讀取定位定向數(shù)據(jù)報(bào)文、對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行解析，更新車(chē)體指向坐標(biāo)，并發(fā)送坐標(biāo)數(shù)據(jù)到雷達(dá)設(shè)備。

操作事件處理負(fù)責(zé)處理鼠標(biāo)或按鍵所產(chǎn)生的各個(gè)事件，完成事件處理后更新圖像或文字顯示狀態(tài)。

目標(biāo)信息分配可自動(dòng)分配目標(biāo)數(shù)據(jù)到射手，自動(dòng)分配原則為威脅最大的目標(biāo)優(yōu)先分配離目標(biāo)最近的射手，或通過(guò)手動(dòng)分配方式進(jìn)行操作，分配完成后更改目標(biāo)匹配狀態(tài)。

數(shù)據(jù)收發(fā)處理負(fù)責(zé)收發(fā)車(chē)載電臺(tái)數(shù)據(jù)報(bào)文，若為數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，則將數(shù)據(jù)分配到指定的單兵終端，當(dāng)收到允許發(fā)送的信號(hào)后，數(shù)據(jù)報(bào)文被寫(xiě)入發(fā)送緩存區(qū)，等待發(fā)送，發(fā)送完成后則清除發(fā)送請(qǐng)求。若為數(shù)據(jù)接收狀態(tài)，則對(duì)接收數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行解析，并更新顯示元素參數(shù)。

4.2 單兵終端

數(shù)據(jù)交互終端和瞄準(zhǔn)指示器采用Keil4開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)交互終端和瞄準(zhǔn)指示器軟件流程如圖5、圖6所示。

數(shù)據(jù)交互終端系統(tǒng)完成初始化后，顯示初始界面，然后進(jìn)入等待數(shù)據(jù)報(bào)文狀態(tài)。當(dāng)有新的數(shù)據(jù)接收，則解析數(shù)據(jù)報(bào)文，得出目標(biāo)空間坐標(biāo)，讀取單兵終端GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)，經(jīng)空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換將原目標(biāo)空間坐標(biāo)移植到單兵終端坐標(biāo)體系，然后更新顯示界面，生成單兵終端坐標(biāo)體系下的數(shù)據(jù)報(bào)文，發(fā)送到瞄準(zhǔn)指示器。endprint

瞄準(zhǔn)指示器完成初始化，進(jìn)入等待數(shù)據(jù)報(bào)文狀態(tài)，當(dāng)有新的目標(biāo)時(shí)，接收數(shù)據(jù)，解析數(shù)據(jù)報(bào)文，計(jì)算指示方位、俯仰與瞄準(zhǔn)指示器方位、俯仰偏差值，并根據(jù)偏差值的大小和方向給出目標(biāo)指向提示。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

啟動(dòng)指揮控制設(shè)備后，系統(tǒng)進(jìn)入指揮系統(tǒng)界面，如圖7所示。

單兵終端系統(tǒng)界面包括數(shù)據(jù)交換終端界面和瞄準(zhǔn)指示器界面，數(shù)據(jù)交換終端系統(tǒng)啟動(dòng)后，進(jìn)入數(shù)據(jù)交換終端顯示界面，如圖8所示。界面顯示區(qū)包括目標(biāo)位置、北向角度通信狀態(tài)、方位俯仰角度等信息。

瞄準(zhǔn)指示器啟動(dòng)后，進(jìn)入瞄準(zhǔn)指示器顯示界面，示意圖如圖9所示。當(dāng)收到目標(biāo)解算信息后，瞄準(zhǔn)指示器會(huì)給出指向提示，單兵射手根據(jù)指向提示操作導(dǎo)彈向目標(biāo)方向瞄準(zhǔn)，直到將目標(biāo)導(dǎo)引至捕獲區(qū)域內(nèi)。

為測(cè)試目標(biāo)指示精度，采用大疆4旋翼無(wú)人機(jī)模擬目標(biāo)飛行，針對(duì)不同飛行區(qū)域，用瞄準(zhǔn)指示器進(jìn)行目標(biāo)指示跟蹤，指示跟蹤結(jié)果可滿足使用要求。指示跟蹤結(jié)果見(jiàn)表1所列。

6 結(jié) 語(yǔ)

文中介紹的便攜式防空導(dǎo)彈分隊(duì)作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)可很好的將雷達(dá)大范圍目標(biāo)搜索跟蹤能力與防空單兵火力的靈活機(jī)動(dòng)能力相結(jié)合，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作容易、數(shù)據(jù)容錯(cuò)處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)，可應(yīng)用于不同種類(lèi)的便攜防空武器系統(tǒng)，具有良好的通用性。

參考文獻(xiàn)

[1]孫康.陸軍航空兵在信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中的應(yīng)用研究[D].鄭州：中國(guó)人民解放軍信息工程大學(xué)，2005.

[2] 付煒.短距離無(wú)線通訊中傳播特性理論研究及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)[D].成都：電子科技大學(xué)，2009.

[3]蔡鵬.基于無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮Ｉ隙嗥脚_(tái)井眼防碰技術(shù)研究[D].青島：中國(guó)石油大學(xué)（華東），2013.

[4]潘積遠(yuǎn)，高亮.戰(zhàn)場(chǎng)信息組織管理現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015，5（6）：81-83.

[5]胡應(yīng)平.陸軍分隊(duì)作戰(zhàn)指揮訓(xùn)練模擬系統(tǒng)及相關(guān)問(wèn)題探討[J].軍事運(yùn)籌與系統(tǒng)工程，2005，19（1）：43-47.

[6]孔金德，陳立云，王帥，等.基于HLA的防空導(dǎo)彈營(yíng)火力仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程，2011，37（15）：252-255.

[7]王少波，王偉.軍事物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)地裝備安全監(jiān)管體系及其應(yīng)用構(gòu)建[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2016，6（10）：47-51.

[8]齊和平.空降兵防空分隊(duì)作戰(zhàn)反應(yīng)時(shí)間[J].火力與指揮控制，2013，38（9）：175-176.endprint