基于美軍互操作作戰(zhàn)圖族的戰(zhàn)場態(tài)勢一致性研究

鄧連印，申志強

(中國航天科技集團公司錢學森空間技術實驗室，北京 100094)

0　引言

態(tài)勢是戰(zhàn)場空間中兵力分布和戰(zhàn)場環(huán)境的當前狀態(tài)以及發(fā)展變化趨勢的總稱。態(tài)勢圖是態(tài)勢的可視化形式，由底圖(電子地圖)及標繪在其上描述各態(tài)勢元素信息的一系列軍隊標號構成，并加注一些文字說明以便于理解。所謂戰(zhàn)場態(tài)勢一致，是指遂行同一作戰(zhàn)任務的各參戰(zhàn)單元，在協(xié)同計劃和協(xié)同行動中相關態(tài)勢信息能夠保持一致，包括態(tài)勢元素狀態(tài)的獲取、理解和預測的一致性。態(tài)勢一致是達成計劃一致和行動同步的基礎，在多軍兵種聯(lián)合作戰(zhàn)中尤其重要。

1　戰(zhàn)場態(tài)勢要素

戰(zhàn)場態(tài)勢要素一般大致可分為以下5類：兵力部署與作戰(zhàn)能力類；重要動態(tài)目標類； 戰(zhàn)場環(huán)境類；社會/政治/經濟環(huán)境類；對抗措施類，如圖1所示。其中，兵力部署要素主要包括敵、己、友(盟軍)方的兵力編成、武器裝備、戰(zhàn)場設施、固定部署、機動部署、士氣、訓練等要素。動態(tài)目標要素主要包括已在作戰(zhàn)空間中展開或運動的動態(tài)兵力與目標，如空中目標、海上目標、空間目標、地面運動目標的當前位置、屬性及對其意圖的估計信息等要素。戰(zhàn)場環(huán)境要素主要包括戰(zhàn)場空間的天候、氣象、地理信息、交通條件、河湖水系，以及電磁環(huán)境等要素。社會環(huán)境要素主要指國家/地區(qū)、宗教/黨派、地緣政治、經濟與文化狀況等要素。對抗措施要素主要包括戰(zhàn)場上面臨的威脅與沖突，包括戰(zhàn)略戰(zhàn)術意圖、作戰(zhàn)計劃方案、對抗行動等。

1.1　態(tài)勢一致性

戰(zhàn)場態(tài)勢一致性主要包含以下3個層面上的一致(社會域層面暫不考慮)：

1)在物理域和信息域層面上的一致性：主要指物理域的真實目標狀態(tài)與信息域處理的目標航跡唯一對應的程度，以及其位置、運動參數(shù)、屬性等主要特征符合的程度；

2)在信息域和指揮員認知域層面上的一致性：主要指聯(lián)合作戰(zhàn)中各參戰(zhàn)單元之間在任務范圍內所獲取的態(tài)勢信息相同的程度，以及信息域中的輔助態(tài)勢估計與指揮員自身對態(tài)勢估計相符合的程度；

圖1　戰(zhàn)場態(tài)勢要素的分類

3)認知和行動實際的統(tǒng)一：指揮員決策與部隊行動和效果的統(tǒng)一，或操作員對于圖像判讀、解釋與現(xiàn)場實體真實狀態(tài)的統(tǒng)一，屬于認知域與物理域層面上的一致性。

1.2　時空一致性

時空一致性是指聯(lián)合作戰(zhàn)戰(zhàn)場各作戰(zhàn)單元的時間基準與空間基準、時間傳遞與同步、空間轉換與配準，以及戰(zhàn)場參加各種作戰(zhàn)活動的作戰(zhàn)單元的關注信息的時間和空間的準確性，以及關聯(lián)、協(xié)調、匹配等滿足聯(lián)合作戰(zhàn)要求的程度。涉及從預警探測、戰(zhàn)場通信、態(tài)勢共享、指揮控制和精確打擊等整個戰(zhàn)場空間，包括各環(huán)節(jié)時空關聯(lián)與匹配問題。

2　互操作作戰(zhàn)圖族

作為一種全新的信息優(yōu)勢驅動作戰(zhàn)概念，利用計算機、高速數(shù)據(jù)鏈和網絡軟件，將地理上分散的各種傳感器、決策者與武器發(fā)射手聯(lián)接成一個有機的作戰(zhàn)整體，以便實現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢和武器資源的網絡化共享、加快指揮速度和作戰(zhàn)節(jié)奏、增強部隊殺傷力和生存能力。

美軍網絡中心戰(zhàn)主要包括：聯(lián)合復合跟蹤網(JCTN)、聯(lián)合數(shù)據(jù)網(JDN)、聯(lián)合計劃網(JPN)3個網絡層級，分別對應火力控制、戰(zhàn)術指控和指揮決策3個層面的作戰(zhàn)應用。與之相對應的FIOP也包括單一綜合圖(SIP)、通用戰(zhàn)術圖(CTP)、通用作戰(zhàn)圖(COP)3個類別，如圖2所示。

圖2　三類圖的層次(縱向)結構

2.1　通用作戰(zhàn)圖

美軍所有需要戰(zhàn)場態(tài)勢感知功能的指揮控制系統(tǒng)都離不開COP，如美軍全球指揮控制系統(tǒng)、陸軍的21世紀旅及旅以下戰(zhàn)斗指揮系統(tǒng)FBCB2中皆應用COP。COP描述并強調當前的部署和態(tài)勢，同時也包含了幫助指揮員預測和影響未來局勢的信息。COP具有以下主要功能：

1) 態(tài)勢數(shù)據(jù)管理與處理。COP能夠收集、過濾、處理(關聯(lián)/融合)、分發(fā)態(tài)勢要素數(shù)據(jù)以及維護歷史態(tài)勢數(shù)據(jù)庫。

2) 態(tài)勢可視化。包括電子地圖顯示、更改、加載、刪除以及2D和3D顯示；對于不同應用系統(tǒng)(信息源)所提供的關于戰(zhàn)場的不同側面的態(tài)勢信息，用特定的符號以圖層方式顯示在地圖上。

3) 態(tài)勢數(shù)據(jù)交換。COP 可為指控系統(tǒng)提供信息輸入/輸出機制，以共享/接收其它系統(tǒng)的信息、訪問外部數(shù)據(jù)庫、與其它COP系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)同步。

4) 戰(zhàn)術輔助決策。COP 能夠為戰(zhàn)術指揮官提供輔助決策工具，包括目標軌跡運動分析預測、最接近點計算、生成攔截方案等；還能在地圖上增加決策所需要的圖層，如重要區(qū)域、邊界、禁區(qū)、惡劣氣象區(qū)域等；通過發(fā)送和接收空中任務組織指令ATO，參與空中任務信息的計劃與監(jiān)視；通過設置衛(wèi)星數(shù)據(jù)庫，決定目標軌跡易受衛(wèi)星觀測或受其它衛(wèi)星信息影響的時限。

2.2　通用戰(zhàn)術圖CTP

CTP是相關戰(zhàn)術數(shù)據(jù)完整、準確的顯示，服務于戰(zhàn)術級指揮控制。CTP綜合來自多個戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈網絡、復合跟蹤網絡、情報網絡和地面數(shù)據(jù)網絡的戰(zhàn)術信息，維持聯(lián)合作戰(zhàn)任務區(qū)域內的所有戰(zhàn)術態(tài)勢元素，以支持聯(lián)合部隊作戰(zhàn)的指揮控制、態(tài)勢感知和戰(zhàn)斗識別等功能。CTP是戰(zhàn)術層面的COP，主要功能分類與戰(zhàn)區(qū)COP類似，只是具體內容涉及的是單次作戰(zhàn)行動中指揮員職責區(qū)域范圍內戰(zhàn)場空間的當前描述，包括敵方、己方、中立方當前、預測、計劃的兵力部署，采集的戰(zhàn)術目標與兵力數(shù)據(jù)要求比COP更加精確與及時。CTP與來自JPN的信息一同生成戰(zhàn)區(qū)COP，是戰(zhàn)區(qū)COP實時態(tài)勢數(shù)據(jù)的主要來源。

2.3　單一綜合圖SIP

SIP 是面向某單一作戰(zhàn)空間作戰(zhàn)應用的多源探測/偵察信息融合圖，服務于武器/火力控制層面。SIP 提供的覆蓋全維作戰(zhàn)空間(包括地面、水面、水下、空中、空間以及信息空間)的及時、融合、精確、可靠的作戰(zhàn)對象信息，其中最主要的是經過數(shù)據(jù)融合處理并達到火控精度的目標狀態(tài)估計，包括位置、屬性、運動參數(shù)等。SIP本身是一個圖族，其主要成員及所含主要態(tài)勢元素和用戶如表1所示。

表1　單一綜合圖的種類和元素

2.4　戰(zhàn)區(qū)COP 的建立過程

以美軍戰(zhàn)區(qū)COP 的建立過程為例，其報告層級主要依據(jù)上下級指揮關系，如圖3所示。

圖3　COP 逐級報告層次結構

COP報告層級結構中的3個要素分別是數(shù)據(jù)源、COP融合中心CFC和COP關聯(lián)站點CCS。其中，數(shù)據(jù)源為關聯(lián)站點提供構建COP的各種態(tài)勢元素信息。數(shù)據(jù)源包括傳感器、基于全球定位系統(tǒng)GPS的跟蹤設備、GCCS數(shù)據(jù)庫或后勤/ 情報數(shù)據(jù)庫、態(tài)勢報告等。融合中心CFC則全面管理從下級CCS獲得的數(shù)據(jù)，加入必要的附加信息，并扮演網關的角色，承擔向NMCC、各軍兵種、機關部門、作戰(zhàn)支持司令部傳送戰(zhàn)區(qū)COP 的任務。關聯(lián)站點CCS負責航跡數(shù)據(jù)管理、生成作戰(zhàn)疊加圖層，并向戰(zhàn)區(qū)CCS 傳遞本地CTP/COP。關聯(lián)站點CCS由指揮員根據(jù)作戰(zhàn)指揮需求和節(jié)點處理能力指定，通常包括聯(lián)合任務部隊司令部、軍種司令部以及主要的情報節(jié)點。

3　亟待突破的幾項關鍵技術

3.1　面向服務的態(tài)勢體系構建技術

戰(zhàn)場態(tài)勢圖以滿足用戶的需求為目的，可劃分為3個層次：戰(zhàn)略層、戰(zhàn)役層(美軍稱為作戰(zhàn)層)和戰(zhàn)術層態(tài)勢圖，這只是一種分類的方法。在真實戰(zhàn)場上，指揮員看到的可能是這3種圖的混合體。戰(zhàn)場態(tài)勢處理系統(tǒng)總體采用面向服務的體系結構(SOA)，實現(xiàn)網絡中心的企業(yè)級服務(NCES)。NCES 具體包括兩類服務：核心企業(yè)級服務(CES)和利益群體(COI)服務。其中，戰(zhàn)略層、戰(zhàn)役層態(tài)勢圖處理及同步控制可采用純面向服務的體系結構技術實現(xiàn)。

3.2　元數(shù)據(jù)建模技術

戰(zhàn)場態(tài)勢元數(shù)據(jù)模型通常采用自頂向下建模方法，如圖4所示。

4層結構模型的最上層面向作戰(zhàn)需求，對應戰(zhàn)略/戰(zhàn)役/戰(zhàn)術需求，涉及作戰(zhàn)的原則、戰(zhàn)術、技術和規(guī)程等本體。第2層為戰(zhàn)場態(tài)勢層，由各類目標實體、事件、編群、目標意圖、作戰(zhàn)計劃等本體組成。第3層為數(shù)據(jù)質量層，分為度量數(shù)據(jù)質量和量測數(shù)據(jù)質量，兩者之間為一對多的關系，前者是滿足態(tài)勢建立需求，后者產生于基礎數(shù)據(jù)；只有符合要求的數(shù)據(jù)才能用來增強態(tài)勢感知，提升態(tài)勢的清晰度，

而當度量數(shù)據(jù)質量不符合要求時，

圖4　戰(zhàn)場態(tài)勢元數(shù)據(jù)層次模型

有必要重新從基礎數(shù)據(jù)中挖掘高質量的數(shù)據(jù)；該層主要由準確度、精確度/確定性、一致性/有效性、完整性/簡潔性、溯源性/轉換等本體組成。第4層為基礎數(shù)據(jù)層，來自于各種探測手段和信息源的實時、非實時、歷史信息和數(shù)據(jù)。

3.3　多傳感器數(shù)據(jù)互聯(lián)技術

3.3.1以目標為中心的分區(qū)處理

在傳統(tǒng)的單雷達數(shù)據(jù)互聯(lián)處理中，點跡時序與相鄰掃描時序同步，這在多雷達情況下已不復存在。比如三部雷達，對于不同瞬時，由于不同雷達波束的指向各不相同，此時觀測數(shù)據(jù)(點跡)可能出現(xiàn)在責任區(qū)域中的任意一個區(qū)域。所以，雷達量測點跡管理、數(shù)據(jù)互聯(lián)應按其檢測時間處理，某個時刻航跡的更新可能涉及責任區(qū)內的任何目標。為了尋找下次關聯(lián)的航跡，應計算同一個目標下次軌跡點被各個雷達探測到的時間。因此，以目標為中心的分區(qū)處理能力尤為重要。

3.3.2跨責任區(qū)目標編批

為了確保對目標跟蹤的連續(xù)性，通常在劃分責任區(qū)時，互相之間均有交叉，在交叉區(qū)域，不同責任區(qū)將給出不同批號的目標航跡。這樣當一個目標從一個責任區(qū)進入到另外一個責任區(qū)域時，常常會引起混亂。因此，跨越責任區(qū)的目標編批問題需要制定一些特殊的處理規(guī)則。

4　結束語

互操作作戰(zhàn)圖族概念是滾動發(fā)展的, 經歷了從“讓所有人(司令員、飛行員甚至步兵)看到相同的態(tài)勢圖”到“被一個以上指揮機構共享的相關信息的單一相同顯示”，進而發(fā)展到“可以討論和組合不同視角觀點的協(xié)作環(huán)境”。其終極目標是使戰(zhàn)略/戰(zhàn)術層面的參戰(zhàn)人員對戰(zhàn)場態(tài)勢達成一致的理解，僅有一致的態(tài)勢圖并不能達到這一目的。

在實現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢一致性的各個環(huán)節(jié)中，需要參與同一作戰(zhàn)任務的多個作戰(zhàn)單元通過互操作手段進行作戰(zhàn)協(xié)同，包含了對重要動態(tài)目標和戰(zhàn)場態(tài)勢理解與估計的協(xié)同研討, 才有可能最終達成在認知域中的一致。因此, 除了技術層面的問題外，還必須加強對軍隊組織機構、軍隊條令、人員編制和教育訓練等多個層面的綜合建設?！?/p>