海軍某訓(xùn)練導(dǎo)調(diào)控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

李德偉,黃高明,馬 琳

(1.海軍參謀部訓(xùn)練局,北京 100841;2.海軍工程大學(xué),湖北 武漢 430033;3.海軍研究院,北京 100841)

隨著海軍信息化條件建設(shè)的深入,基地訓(xùn)練的模式不斷豐富,承訓(xùn)規(guī)模不斷提升,信息化手段更加多樣,逐漸從海上單一兵種訓(xùn)練到?？斩啾N聯(lián)合訓(xùn)練轉(zhuǎn)變,從計(jì)劃導(dǎo)調(diào)到全流程隨機(jī)導(dǎo)控轉(zhuǎn)變,從突出單一系統(tǒng)能力到多系統(tǒng)融合、提高綜合能力轉(zhuǎn)變。導(dǎo)調(diào)控制系統(tǒng)是融合訓(xùn)練信息、調(diào)配訓(xùn)練資源、掌控訓(xùn)練活動(dòng)的“中樞”,主要用于部隊(duì)演習(xí)訓(xùn)練的態(tài)勢(shì)融合監(jiān)控、實(shí)時(shí)情節(jié)調(diào)理、兵力導(dǎo)調(diào)指揮等,誘導(dǎo)參訓(xùn)紅藍(lán)雙方兵力按照導(dǎo)演部意圖進(jìn)行對(duì)抗訓(xùn)練,是訓(xùn)練信息系統(tǒng)的核心。該系統(tǒng)需利用導(dǎo)控信息采集、傳輸手段,實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境構(gòu)設(shè)系統(tǒng)、模擬交戰(zhàn)系統(tǒng)、參訓(xùn)紅藍(lán)兵力和組訓(xùn)保障力量的實(shí)時(shí)指揮控制,實(shí)時(shí)匯集訓(xùn)練信息,支持戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)綜合處理和多維態(tài)勢(shì)呈現(xiàn),為導(dǎo)演部指揮決策提供支撐。

1 導(dǎo)調(diào)控制系統(tǒng)需求

1.1 軍事需求

隨著海軍信息化條件建設(shè)的深入,基地訓(xùn)練導(dǎo)控系統(tǒng)在承訓(xùn)規(guī)模、導(dǎo)控方法、信息化手段等方面都提出了更高層次的要求,具備表現(xiàn)在以下方面:

1)從海上單一兵種訓(xùn)練到?？章?lián)合訓(xùn)練導(dǎo)控轉(zhuǎn)變的需求

海軍基地化訓(xùn)練規(guī)模由小規(guī)模向成建制、大規(guī)模轉(zhuǎn)變,現(xiàn)有導(dǎo)控手段缺乏對(duì)參訓(xùn)信息的自動(dòng)收集、傳輸和調(diào)理等能力,不具備對(duì)參訓(xùn)的水面艦艇、潛艇、航空兵、岸防等裝備的互聯(lián)互通能力,不具備保障信息化條件下的海空聯(lián)合訓(xùn)練直接導(dǎo)調(diào)、控制能力。

2)從分階段計(jì)劃導(dǎo)調(diào)到全流程隨機(jī)導(dǎo)控轉(zhuǎn)變的需求

海上實(shí)兵演練作戰(zhàn)方式由分階段作戰(zhàn)向全要素、全流程、并行作戰(zhàn)轉(zhuǎn)變,因此導(dǎo)控系統(tǒng)要滿足全流程對(duì)抗訓(xùn)練的需要,依據(jù)不同階段的作戰(zhàn)特點(diǎn)構(gòu)設(shè)演練環(huán)境,實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)訓(xùn)練區(qū)域的各項(xiàng)訓(xùn)練數(shù)據(jù),對(duì)紅藍(lán)雙方進(jìn)行全過(guò)程、全方位的隨機(jī)導(dǎo)調(diào),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)訓(xùn)練全流程的精確控制。

3)從簡(jiǎn)單想定對(duì)抗到復(fù)雜條件實(shí)戰(zhàn)化對(duì)抗導(dǎo)控轉(zhuǎn)變的需求

目前主要依據(jù)部隊(duì)作戰(zhàn)流程進(jìn)行簡(jiǎn)單導(dǎo)調(diào),無(wú)法與復(fù)雜電磁環(huán)境緊密結(jié)合,導(dǎo)調(diào)考核還停留在計(jì)劃導(dǎo)調(diào)、事后評(píng)估的水平,與“活演活導(dǎo)”還存在相當(dāng)?shù)牟罹?因此迫切需要研制信息化條件下的導(dǎo)控系統(tǒng),提高復(fù)雜電磁環(huán)境下導(dǎo)控能力,實(shí)現(xiàn)紅藍(lán)雙方“真打?qū)嵖埂薄?/p>

4)從突出單一系統(tǒng)能力到多系統(tǒng)融合,提高綜合能力轉(zhuǎn)變的需求

為全面提升各訓(xùn)練基地的信息化水平,實(shí)現(xiàn)各訓(xùn)練基地信息系統(tǒng)的互聯(lián)、互通、互操作,因此從技術(shù)上、管理上,都需要對(duì)基地現(xiàn)有信息系統(tǒng)進(jìn)行資源整合、統(tǒng)一設(shè)計(jì),從而保證導(dǎo)控系統(tǒng)與其他軍兵種導(dǎo)控系統(tǒng)的聯(lián)合導(dǎo)控。

1.2 能力需求

通過(guò)對(duì)以上軍事需求的深入分析和整理,形成導(dǎo)控系統(tǒng)能力需求如下:

1) 應(yīng)通過(guò)演練方案籌劃推演、演練環(huán)境按需構(gòu)設(shè)、演練情況實(shí)時(shí)掌控、演練進(jìn)程隨機(jī)調(diào)理等手段,實(shí)現(xiàn)可視化導(dǎo)演調(diào)理;

2) 應(yīng)對(duì)參訓(xùn)部隊(duì)、保障人員、裝備器材進(jìn)行精確化指揮控制;

3) 需引接一體化作戰(zhàn)指揮信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)各訓(xùn)練基地信息系統(tǒng)與參訓(xùn)部隊(duì)指揮信息系統(tǒng)、外部情報(bào)機(jī)構(gòu)的互聯(lián)互通,通過(guò)進(jìn)行資源整合、統(tǒng)一設(shè)計(jì),滿足與空軍、陸軍、火箭軍等進(jìn)行多軍兵種?？章?lián)合實(shí)兵演習(xí)時(shí)聯(lián)合導(dǎo)控的需要;

4) 應(yīng)統(tǒng)一管理參訓(xùn)部隊(duì)和基地本級(jí)涉及的機(jī)構(gòu)、人員、席位、器材、場(chǎng)地、資料等訓(xùn)練信息,通過(guò)設(shè)置安全規(guī)則,對(duì)演練安全進(jìn)行輔助分析,并對(duì)安全隱患進(jìn)行警示,以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化訓(xùn)練管理;

5) 應(yīng)提供協(xié)同整編手段,結(jié)合交互式導(dǎo)播顯控設(shè)備建設(shè)和能力部署,支撐戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)綜合處理和多維形式呈現(xiàn)。

2 導(dǎo)調(diào)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)組成

針對(duì)導(dǎo)控系統(tǒng)的能力需求,導(dǎo)調(diào)控制系統(tǒng)主要由導(dǎo)演調(diào)理分系統(tǒng)、指揮控制分系統(tǒng)、訓(xùn)練管理分系統(tǒng)、態(tài)勢(shì)綜合分系統(tǒng)和配套硬件設(shè)備設(shè)施組成,總體構(gòu)成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體構(gòu)成圖

2.2 開(kāi)放式的體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

導(dǎo)調(diào)控制系統(tǒng)的核心功能是對(duì)演練進(jìn)程實(shí)施科學(xué)、合理、簡(jiǎn)捷的導(dǎo)調(diào)控制,使參演紅藍(lán)方在導(dǎo)演部的統(tǒng)一指揮調(diào)度下,完成訓(xùn)練任務(wù)。其應(yīng)用結(jié)構(gòu)由導(dǎo)演部指揮人員、導(dǎo)調(diào)人員、導(dǎo)調(diào)控制手段和導(dǎo)調(diào)控制對(duì)象等要素分層組成[1]。如何設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)架構(gòu),針對(duì)不同訓(xùn)練規(guī)模、訓(xùn)練科目形成合理的系統(tǒng)功能,以充分適應(yīng)導(dǎo)控系統(tǒng)的多種應(yīng)用方式,是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的首要問(wèn)題。從系統(tǒng)的應(yīng)用需求分析,導(dǎo)調(diào)控制系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境有以下幾個(gè)特點(diǎn):一是受控對(duì)象種類(lèi)多樣;二是受控對(duì)象平臺(tái)多樣;三是受控對(duì)象區(qū)域分散;四是數(shù)據(jù)傳輸鏈路多樣;五是導(dǎo)調(diào)控制手段多樣[2]。

由此可知,導(dǎo)控系統(tǒng)架構(gòu)主要解決兩個(gè)方面問(wèn)題:一是與導(dǎo)調(diào)控制對(duì)象信息交互時(shí)解決物理層接口多樣、通信性能多樣、通信協(xié)議多樣的問(wèn)題;二是與導(dǎo)演部指揮控制人員交互時(shí)解決應(yīng)用層操作界面多樣和應(yīng)用層操作手段多樣的問(wèn)題,如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)要解決的問(wèn)題

為解決上述問(wèn)題,體系架構(gòu)設(shè)計(jì)在信息交互部分可引入通信服務(wù)總線概念,實(shí)現(xiàn)控制對(duì)象的通用交互;在應(yīng)用實(shí)現(xiàn)部分可引入構(gòu)件化設(shè)計(jì)理念,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的靈活集成。通信服務(wù)總線,實(shí)現(xiàn)獨(dú)立、多樣的通信功能模塊,滿足導(dǎo)控系統(tǒng)各子系統(tǒng)與控制對(duì)象的通信交互,提升系統(tǒng)效率。按照“平臺(tái)+構(gòu)件”設(shè)計(jì)思路,削弱軟件模塊之間的依賴關(guān)系,使導(dǎo)控系統(tǒng)可靈活地進(jìn)行應(yīng)用功能組合,方便系統(tǒng)擴(kuò)展,并支持大規(guī)模的系統(tǒng)集成。

導(dǎo)控系統(tǒng)體系架構(gòu)如圖3所示,系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)采用層次化結(jié)構(gòu),包括構(gòu)件層、功能層、應(yīng)用層和服務(wù)層四層,系統(tǒng)通過(guò)平臺(tái)框架約束構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)并完成從構(gòu)件向功能、從功能向應(yīng)用的系統(tǒng)集成。

圖3 導(dǎo)控系統(tǒng)體系架構(gòu)

3 導(dǎo)調(diào)控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 異構(gòu)系統(tǒng)信息互聯(lián)互通

導(dǎo)調(diào)控制系統(tǒng)在訓(xùn)練過(guò)程中需要與各相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)互聯(lián)互通,如何與異構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行信息交互是系統(tǒng)要解決關(guān)鍵技術(shù)之一。

圖4 方案仿真推演的典型流程

3.1.1 現(xiàn)役實(shí)裝的接入

對(duì)于定型實(shí)裝,自身技術(shù)狀態(tài)已經(jīng)固化,為實(shí)現(xiàn)信息交互,主要采取兩種方式:

1)利用導(dǎo)調(diào)終端,通過(guò)導(dǎo)調(diào)鏈實(shí)現(xiàn),即在現(xiàn)役裝備上安裝調(diào)理終端,不需要實(shí)裝改造。當(dāng)系統(tǒng)和現(xiàn)役裝備通信時(shí),僅需與調(diào)理終端進(jìn)行通信,然后通過(guò)人工方式,進(jìn)行信息的交互;

2)通過(guò)協(xié)議轉(zhuǎn)換中間件進(jìn)行橋接,如果實(shí)裝具備信息輸出功能,進(jìn)行信息互通時(shí),需要部署協(xié)議適配組件,系統(tǒng)可根據(jù)接入實(shí)裝選擇動(dòng)態(tài)加載不同的協(xié)議適配組件,完成不同協(xié)議的相互轉(zhuǎn)換。

3.1.2 各類(lèi)新研系統(tǒng)

制定相應(yīng)的信息交互工程標(biāo)準(zhǔn),對(duì)新研系統(tǒng)明確系統(tǒng)之間信息交互格式,遵循統(tǒng)一相關(guān)參數(shù)定義,實(shí)現(xiàn)信息互聯(lián)互通和業(yè)務(wù)協(xié)同的統(tǒng)一。

3.1.3 后續(xù)建設(shè)系統(tǒng)互聯(lián)互通

對(duì)于后續(xù)建設(shè)系統(tǒng)信息交互,結(jié)合已規(guī)劃的在研系統(tǒng)研制情況,不斷完善健全工程標(biāo)準(zhǔn)體系;同時(shí),設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議適配服務(wù)框架,采用按需定制適配模型的形式,通過(guò)訂閱分發(fā)服務(wù)總線為未來(lái)可能納入設(shè)計(jì)的新研系統(tǒng)構(gòu)建互聯(lián)的信息通道。

3.2 結(jié)合模型運(yùn)算的訓(xùn)練方案仿真推演

訓(xùn)練方案仿真推演依據(jù)演練方案和實(shí)施計(jì)劃以時(shí)間為軸進(jìn)行仿真推演,對(duì)參演部隊(duì)、配訓(xùn)裝備及配訓(xùn)人員的部署和行動(dòng)進(jìn)行分過(guò)程或分階段推演,輔助導(dǎo)演部驗(yàn)證演練方案的可行性、課目設(shè)置的合理性等。

方案仿真推演采用地理信息、圖表、文本相結(jié)合的方式,為用戶呈現(xiàn)方案隨時(shí)間變化的情況。推演控制能力包括:實(shí)時(shí)推演、超實(shí)時(shí)推演。推演內(nèi)容包括:時(shí)間信息,參訓(xùn)兵力位置、狀態(tài)、行動(dòng)信息,組訓(xùn)保障力量的位置、狀態(tài)、行動(dòng)信息,電子對(duì)抗效果(偵察、干擾、覆蓋區(qū)域),武器打擊效果,通信部署、傳感器探測(cè)等。方案仿真推演調(diào)用后臺(tái)各類(lèi)模型算法,實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前目標(biāo)的推演效果等內(nèi)容,并直觀反饋給用戶。方案仿真推演的典型流程如4所示。

方案仿真推演在軟件界面上以地理信息系統(tǒng)(地圖)為主,需要顯示時(shí)間、各參演要素的態(tài)勢(shì)、氣象水文條件、各參演對(duì)象的工作參數(shù)等多種信息。仿真推演過(guò)程中,各類(lèi)信息的合理布局、綜合顯示也是一個(gè)重要因素,既要顯示全面,又要重點(diǎn)突出。通過(guò)“定制界面”技術(shù),解決人機(jī)集合問(wèn)題,方便用戶根據(jù)自身情況定制顯示布局及要素。

3.3 基于訓(xùn)練態(tài)勢(shì)的實(shí)時(shí)導(dǎo)調(diào)

導(dǎo)控系統(tǒng)態(tài)勢(shì)導(dǎo)調(diào),主要使用多源信息融合技術(shù),完成復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下多類(lèi)型監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)的綜合處理,生成演練綜合態(tài)勢(shì),為導(dǎo)演部對(duì)演練活動(dòng)的導(dǎo)調(diào)指揮提供支撐。系統(tǒng)應(yīng)充分利用態(tài)勢(shì)生成過(guò)程中的確定性因素,如目標(biāo)屬性、目標(biāo)方位、目標(biāo)情報(bào)等,對(duì)上述種類(lèi)多樣、來(lái)源復(fù)雜的多源信息進(jìn)行融合處理[3],多源信息融合的功能框圖如5所示。

圖5 多源信息融合功能框圖

數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián):借助目標(biāo)確定因素,把從多個(gè)信息來(lái)源獲取的觀測(cè)值和描述值與單個(gè)目標(biāo)相對(duì)應(yīng),完成觀測(cè)數(shù)據(jù)組的相互關(guān)聯(lián),使觀測(cè)值與目標(biāo)形成正確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

數(shù)據(jù)校準(zhǔn):數(shù)據(jù)校準(zhǔn)將從不同信息源獲取的數(shù)據(jù)變換到公共的時(shí)間和空間參考系。

航跡相關(guān):借助確定因素,進(jìn)行目標(biāo)的點(diǎn)跡與航跡、航跡與航跡相關(guān)處理,完成新點(diǎn)跡合并、假目標(biāo)濾除、航跡延續(xù)等處理。

屬性相關(guān)和融合:從目標(biāo)屬性的角度,將不同信息源獲取的觀測(cè)和描述值進(jìn)行屬性歸納和合并,使同一目標(biāo)的屬性值更完整和準(zhǔn)確。

基于多源信息融合的態(tài)勢(shì)生成為演練活動(dòng)決策提供了更完整、準(zhǔn)確、可靠的綜合態(tài)勢(shì)[4],主要體現(xiàn)在:擴(kuò)展了演練態(tài)勢(shì)的感知范圍,在通信保障的前提下,能夠利用多信息源組網(wǎng),實(shí)現(xiàn)協(xié)同觀測(cè),使演練態(tài)勢(shì)的感知范圍擴(kuò)展到海、陸、空、電磁等各領(lǐng)域[5];提高了態(tài)勢(shì)信息的精度和可信度,通過(guò)對(duì)多源觀測(cè)數(shù)據(jù)的屬性融合,消除了單源信息的不確定性,大大提高了目標(biāo)信息的可信度。

3.4 系統(tǒng)功能動(dòng)態(tài)調(diào)整的軟件構(gòu)件化開(kāi)發(fā)技術(shù)

針對(duì)訓(xùn)練過(guò)程中不同訓(xùn)練科目、訓(xùn)練規(guī)模對(duì)系統(tǒng)功能要求不同的需求,可采用軟件構(gòu)件化開(kāi)發(fā)技術(shù),利用“平臺(tái)+功能構(gòu)件”的方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的動(dòng)態(tài)調(diào)整。構(gòu)件化開(kāi)發(fā)技術(shù)就是將需要開(kāi)發(fā)的目標(biāo)軟件分為若干功能構(gòu)件,各構(gòu)件之間遵循預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)定,各構(gòu)件按要求開(kāi)發(fā)之后,進(jìn)行軟件集成時(shí)只需將相應(yīng)的構(gòu)件進(jìn)行組裝,而不需要集成各源代碼或鏈接庫(kù)進(jìn)行編譯與鏈接;需要新的功能構(gòu)件時(shí)也只需按規(guī)定開(kāi)發(fā),再進(jìn)行組裝軟件即可,是一種基于二進(jìn)制的軟件構(gòu)件發(fā)布與集成方法[6]。構(gòu)件化開(kāi)發(fā)技術(shù)是將一個(gè)待開(kāi)發(fā)的目標(biāo)軟件系統(tǒng)分為兩部分:一部分為程序的主體,可定義為框架;另一部分為功能擴(kuò)展或補(bǔ)充模塊,可定義為構(gòu)件。

框架所完成的功能為一個(gè)軟件系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ),進(jìn)一步把框架基本功能分為兩個(gè)部分：內(nèi)核功能和構(gòu)件管理。內(nèi)核功能是整個(gè)軟件相對(duì)固化的重要功能,一個(gè)軟件的大部分功能由內(nèi)核功能完成。構(gòu)件管理功能用于擴(kuò)展平臺(tái)和管理構(gòu)件,完成框架與構(gòu)件的協(xié)調(diào),為各構(gòu)件在框架上生成管理信息以及進(jìn)行構(gòu)件的狀態(tài)跟蹤。其功能包括構(gòu)件加載、管理和調(diào)用,給框架與構(gòu)件之間的通信提供標(biāo)準(zhǔn)接口下的功能擴(kuò)展。

構(gòu)件完成對(duì)平臺(tái)功能的擴(kuò)展與補(bǔ)充,屬于具有一定共性的系列化功能的構(gòu)件集合,根據(jù)內(nèi)核的業(yè)務(wù)要求和功能分類(lèi)預(yù)先歸納定義出標(biāo)準(zhǔn)接口規(guī)范。規(guī)范化的構(gòu)件接口由每個(gè)構(gòu)件具體實(shí)例化實(shí)現(xiàn)。構(gòu)件接口為框架向構(gòu)件方向的通信,框架通過(guò)接口標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)調(diào)用構(gòu)件功能,并向構(gòu)件傳入獲取主框架的各種資源和數(shù)據(jù),由構(gòu)件實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能等,其關(guān)系如圖6所示。

圖6 框架構(gòu)件關(guān)系圖

4 結(jié)束語(yǔ)

按照本文提出的導(dǎo)調(diào)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路和體系架構(gòu),重點(diǎn)關(guān)注異構(gòu)系統(tǒng)信息互聯(lián)互通、方案仿真推演、基于訓(xùn)練態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)導(dǎo)調(diào)、系統(tǒng)功能動(dòng)態(tài)調(diào)整等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),按照此方法已為海軍某部設(shè)計(jì)研制了聯(lián)合訓(xùn)練導(dǎo)調(diào)控制系統(tǒng),較好適應(yīng)部隊(duì)承訓(xùn)規(guī)模、組訓(xùn)模式、訓(xùn)練內(nèi)容等軍事需求變化,滿足了部隊(duì)組訓(xùn)保障需要,在部隊(duì)實(shí)兵演習(xí)和作戰(zhàn)編組指揮對(duì)抗訓(xùn)練中發(fā)揮了重要作用,取得了良好的訓(xùn)練效益。