天空地多域體系作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)構(gòu)建方法

陸宏澤，趙長(zhǎng)見(jiàn)，李吉甫，趙曉寧，龔 旻

（中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京，100076）

0 引 言

未來(lái)體系作戰(zhàn)將不僅局限在某一個(gè)軍兵種，而是能夠集各軍兵種多類(lèi)型武器，作戰(zhàn)區(qū)域可覆蓋天、空、地等多個(gè)領(lǐng)域[1～4]。在“戰(zhàn)區(qū)主戰(zhàn)，軍種主建”的思想指導(dǎo)下，基于天、空、地多域信息支持下的集群體系對(duì)抗是從機(jī)械化作戰(zhàn)向信息化作戰(zhàn)發(fā)展的必然趨勢(shì)。受傳統(tǒng)“煙囪式”裝備研發(fā)模式影響，中國(guó)武器裝備信息傳輸接口類(lèi)型多樣，武器裝備之間信息集成、互聯(lián)互通、一體化指揮控制等體系作戰(zhàn)能力亟待加強(qiáng)[5～7]。指揮控制系統(tǒng)是體系作戰(zhàn)的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，中國(guó)在武器裝備指揮控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、建模、軟件開(kāi)發(fā)方面已開(kāi)展大量研究[8～12]，然而，對(duì)于集成天、空、地多域體系作戰(zhàn)資源，集群體系作戰(zhàn)相關(guān)指揮控制技術(shù)的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

本文結(jié)合實(shí)裝演示試驗(yàn)需求，分析了天、空、地多域集群體系作戰(zhàn)對(duì)指揮控制系統(tǒng)功能要求，提出體系作戰(zhàn)裝備組成、指揮控制終端網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、指揮控制系統(tǒng)運(yùn)行模型、指揮層級(jí)結(jié)構(gòu)、指揮控制系統(tǒng)軟硬件組成以及指揮控制軟件平臺(tái)架構(gòu)，最后給出了指揮控制信息流，為指揮控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)。

1 體系作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)功能要求分析

基于天空地多域信息的集群體系作戰(zhàn)對(duì)武器裝備的信息化建設(shè)，尤其是作為體系作戰(zhàn)核心的指揮控制系統(tǒng)的建設(shè)提出了新的要求。指揮控制系統(tǒng)是一種對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)過(guò)程實(shí)施控制的綜合智能化系統(tǒng)，也是一種具有復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特性的控制系統(tǒng)，其以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心，并集指揮、控制、通信和情報(bào) 4個(gè)部分為一體，具有情報(bào)收集、信息傳輸、作戰(zhàn)指揮、武器控制等功能[13]。實(shí)現(xiàn)多域體系作戰(zhàn)的前提是能夠集成動(dòng)態(tài)顯示戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，形成態(tài)勢(shì)“一張圖”；作戰(zhàn)信息能夠在各裝備間互聯(lián)互通，形成信息“一張網(wǎng)”；作戰(zhàn)指令能夠快速準(zhǔn)確傳輸?shù)饺我蛔鲬?zhàn)單元，形成指揮“一盤(pán)棋”。為此，指揮控制系統(tǒng)需要具備以下功能：

a）作戰(zhàn)單元靈活配置：為滿(mǎn)足不同軍兵種不同類(lèi)型裝備靈活接入作戰(zhàn)體系的需求，需要指揮控制系統(tǒng)支持各作戰(zhàn)指揮控制終端節(jié)點(diǎn)“隨遇接入、即插即用”，并具備良好的容災(zāi)抗毀能力；

b）多域信息實(shí)時(shí)融合：為最大限度發(fā)揮體系作戰(zhàn)協(xié)同探測(cè)優(yōu)勢(shì)，需要將天基對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星、空中無(wú)人機(jī)、地面雷達(dá)等多域探測(cè)裝備獲取的敵我雙方態(tài)勢(shì)信息進(jìn)行融合，并在統(tǒng)一的態(tài)勢(shì)圖上實(shí)時(shí)顯示；

c）武器任務(wù)最優(yōu)匹配：為實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)任務(wù)與武器平臺(tái)的最佳匹配，需要對(duì)體系內(nèi)天空地多域偵察、進(jìn)攻、防空、保障等各類(lèi)作戰(zhàn)資源進(jìn)行全體系作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃部署，提升體系整體作戰(zhàn)效能；

d）各類(lèi)資源統(tǒng)一調(diào)度：為實(shí)現(xiàn)體系作戰(zhàn)全網(wǎng)聯(lián)動(dòng)效能最優(yōu)、體系抗擊，需要將正確的作戰(zhàn)指令在正確的時(shí)間傳輸給正確的作戰(zhàn)指揮控制終端節(jié)點(diǎn)。

2 體系作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 體系裝備組成

天、空、地多域集群體系作戰(zhàn)裝備按功能可劃分為指揮控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、偵察系統(tǒng)、進(jìn)攻系統(tǒng)、防空系統(tǒng)、保障系統(tǒng)等，如圖1所示。

圖1 體系裝備組成示意Fig.1 System Combat Equipments

其中，指揮控制系統(tǒng)用于整個(gè)作戰(zhàn)過(guò)程的指揮和控制，通信系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)各指揮控制終端之間信息傳輸，包括天基通信衛(wèi)星、空中無(wú)人機(jī)、地面通信裝備，偵察系統(tǒng)包括偵察衛(wèi)星、偵察無(wú)人機(jī)、地面?zhèn)刹炖走_(dá)。

2.2 指揮控制終端網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)跨天、空、地多域各武器裝備指揮控制終端之間信息的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)信息“一張網(wǎng)”，搭建了天、空、地一體化通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖2所示。其中，地面局域網(wǎng)無(wú)法覆蓋的區(qū)域可通過(guò)通信無(wú)人機(jī)、通信衛(wèi)星進(jìn)行信息中繼傳輸。隨著衛(wèi)星重訪(fǎng)周期不斷縮短以及偵察精度的不斷提升，天基信息逐步向戰(zhàn)區(qū)、戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用方向延伸[14]，通過(guò)衛(wèi)星在戰(zhàn)前獲取敵方兵力部署、變更、機(jī)動(dòng)等方面的情報(bào)，在戰(zhàn)后對(duì)目標(biāo)進(jìn)行毀傷情況偵察，可有效擴(kuò)大戰(zhàn)場(chǎng)區(qū)域范圍，顯著提升戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知能力。

圖2 各指揮控制終端通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意Fig.2 Schematic of Communication Network Architecture Terminals—衛(wèi)星通信鏈路； —無(wú)人機(jī)通信鏈路；—無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)通信鏈路

2.3 指揮控制系統(tǒng)模型

為了明確指揮控制系統(tǒng)作戰(zhàn)運(yùn)行過(guò)程以及與外部環(huán)境的交互關(guān)系，基于一體化通信網(wǎng)絡(luò)，提出體系作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)運(yùn)行模型（見(jiàn)圖3），主要包括多域情報(bào)偵察、敵我綜合態(tài)勢(shì)生成、體系作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃、武器裝備作戰(zhàn)行動(dòng)4個(gè)環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)功能如下：

a）多域情報(bào)偵察：通過(guò)衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)、雷達(dá)等多域探測(cè)源實(shí)時(shí)獲取敵我雙方裝備位置、狀態(tài)等信息；

b）敵我綜合態(tài)勢(shì)生成：將敵我雙方態(tài)勢(shì)信息在電子地圖上進(jìn)行融合并實(shí)時(shí)更新，生成綜合態(tài)勢(shì)；

c）體系作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃：規(guī)劃整個(gè)作戰(zhàn)任務(wù)，明確作戰(zhàn)階段組成、各階段參戰(zhàn)裝備、目標(biāo)匹配關(guān)系等，并向相關(guān)武器裝備指揮控制節(jié)點(diǎn)下達(dá)作戰(zhàn)指令；

d）武器裝備作戰(zhàn)行動(dòng)：各武器裝備根據(jù)接收到的作戰(zhàn)指令要求，實(shí)施作戰(zhàn)行動(dòng)。

圖3 體系作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)模型示意Fig.3 Model of System Combat C2 System

2.4 指揮層級(jí)結(jié)構(gòu)

作戰(zhàn)體系通常具有2種比較典型的指揮結(jié)構(gòu)，一種是金字塔層次結(jié)構(gòu)，另一種是網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)[15]。為滿(mǎn)足各指揮控制終端節(jié)點(diǎn)可方便靈活接入和退出指揮控制系統(tǒng)的功能需求，提出一種支持逐級(jí)指揮和無(wú)中心網(wǎng)絡(luò)化指揮的指揮結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 體系作戰(zhàn)指揮層級(jí)結(jié)構(gòu)示意Fig.4 Command Structure of System Combat

指揮結(jié)構(gòu)包括3個(gè)層級(jí)：a）第1級(jí)是體系總體決策層，部署在后方指揮中心；b）第2級(jí)是各分系統(tǒng)決策層，部署在前方陣地指揮方艙內(nèi)；c）第3級(jí)是各分系統(tǒng)下屬裝備決策層，部署在前方陣地各裝備指揮控制終端。在各指揮控制終端節(jié)點(diǎn)安裝指揮控制軟件，在正常情況下，采用從上至下逐級(jí)指揮模式，也可通過(guò)指揮控制軟件訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限設(shè)置功能，實(shí)現(xiàn)在任一指揮控制終端節(jié)點(diǎn)指揮其他作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行無(wú)中心指揮。

2.5 指揮控制系統(tǒng)組成

結(jié)合實(shí)裝試驗(yàn)裝備組成及指揮控制系統(tǒng)功能需求，提出的指揮控制系統(tǒng)軟硬件組成如圖5所示。

圖5 指揮控制系統(tǒng)組成示意Fig.5 Composition of Command and Control Systems

指揮控制軟件主要用于顯示試驗(yàn)過(guò)程中的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、試驗(yàn)進(jìn)展情況、各設(shè)備工作狀態(tài)和作戰(zhàn)效果等情況，并回傳至后方指揮中心；對(duì)各節(jié)點(diǎn)上報(bào)的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)處理、完成任務(wù)規(guī)劃和指揮控制決策，下發(fā)各項(xiàng)作戰(zhàn)指令，控制各裝備完成指定任務(wù)。

指揮控制軟件功能包括基本功能和專(zhuān)用功能。基本功能包括戰(zhàn)前準(zhǔn)備、態(tài)勢(shì)融合、流程監(jiān)控、效果評(píng)估、信息傳輸、裝備管理等；專(zhuān)用功能包括中心任務(wù)規(guī)劃、偵察任務(wù)規(guī)劃、進(jìn)攻任務(wù)規(guī)劃、防空任務(wù)規(guī)劃、保障任務(wù)規(guī)劃等。指揮控制系統(tǒng)硬件主要包括指揮控制方艙、指揮控制終端計(jì)算機(jī)、電子沙盤(pán)等。

2.6 指揮控制軟件架構(gòu)

為適應(yīng)集群體系作戰(zhàn)不同指揮控制終端功能的按需配置、快速集成，指揮控制軟件采用“平臺(tái)+應(yīng)用”的架構(gòu)方式，指揮控制軟件架構(gòu)如圖6所示。

圖6 指揮控制軟件平臺(tái)架構(gòu)示意Fig.6 Diagram of Command and Control Software Platform Architecyure

由圖 6可知，平臺(tái)提供通信服務(wù)、態(tài)勢(shì)顯示、指令解析、數(shù)據(jù)分發(fā)等基礎(chǔ)服務(wù)功能，通過(guò)應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface，API）、插件接口、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范3種方式實(shí)現(xiàn)“平臺(tái)”與“應(yīng)用”（衛(wèi)星偵察、進(jìn)攻指揮控制、防空指揮控制、裝備保障等與具體作戰(zhàn)相關(guān)的指揮控制終端功能統(tǒng)稱(chēng)為應(yīng)用）之間信息的高效流轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)可適用于不同作戰(zhàn)環(huán)境和應(yīng)用場(chǎng)景的一體化作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)。

3種接口方式適用情況如下：

a）API接口方式：應(yīng)用層可調(diào)用平臺(tái)提供的API接口，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的業(yè)務(wù)功能。這種方式適用于沒(méi)有現(xiàn)成的系統(tǒng)或者功能模塊，希望基于平臺(tái)實(shí)現(xiàn)定制化業(yè)務(wù)。例如基于平臺(tái)的地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）服務(wù)和其具備的地圖展示、元素渲染、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、動(dòng)作處理、基礎(chǔ)GIS操作等基礎(chǔ)功能。

b）插件接口方式：由平臺(tái)提供插件接口，利用反射技術(shù)實(shí)現(xiàn)主框架對(duì)子系統(tǒng)控件的加載，各子系統(tǒng)只要符合接口規(guī)范，均可用插件形式接入，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速集成。該方式適用于已有現(xiàn)成的系統(tǒng)或功能模塊，需接入平臺(tái)，但不需與平臺(tái)交互的情況。

c）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方式：對(duì)于已有現(xiàn)成的系統(tǒng)或模塊，不希望進(jìn)行大幅度改動(dòng)，可以按照平臺(tái)提供的標(biāo)準(zhǔn)指令格式，以規(guī)范化指令驅(qū)動(dòng)平臺(tái)基礎(chǔ)功能，實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)，可有效避免不同系統(tǒng)的異構(gòu)問(wèn)題。

3 體系作戰(zhàn)指揮控制信息流

體系作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)主要信息流如圖7所示。當(dāng)裝備上報(bào)位置及狀態(tài)信息后，結(jié)合衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)、地面雷達(dá)等偵察源獲取的敵方目標(biāo)信息，可在電子沙盤(pán)上形成敵我雙方綜合態(tài)勢(shì)圖，在各分系統(tǒng)級(jí)指揮控制終端之間進(jìn)行共享，實(shí)現(xiàn)態(tài)勢(shì)顯示“一張圖”。

作戰(zhàn)任務(wù)由中心指揮控制終端進(jìn)行分解，可在智能輔助決策的支持下，將偵察、進(jìn)攻、防空、保障等各類(lèi)作戰(zhàn)資源進(jìn)行優(yōu)化整合，實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)任務(wù)與武器平臺(tái)的最佳匹配。

中心指揮控制終端將任務(wù)下發(fā)給保障、防空、進(jìn)攻等分系統(tǒng)后，再由各分系統(tǒng)進(jìn)行分系統(tǒng)級(jí)任務(wù)規(guī)劃及目標(biāo)分配，并向下屬裝備下達(dá)作戰(zhàn)指令。

各裝備指揮控制終端接到作戰(zhàn)任務(wù)后，進(jìn)行裝備級(jí)任務(wù)規(guī)劃（如規(guī)劃武器航跡）并執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)逐層分解細(xì)化，全網(wǎng)聯(lián)動(dòng)、體系抗擊，實(shí)現(xiàn)指揮“一盤(pán)棋”。

圖7 一體化指揮控制信息流示意Fig.7 Integrated Command and Control Information Flow

4 結(jié) 論

為能有效應(yīng)對(duì)未來(lái)體系作戰(zhàn)，武器裝備體系作戰(zhàn)能力的提升得到了武器研制和使用方的高度重視。本文開(kāi)展了基于實(shí)裝試驗(yàn)的體系作戰(zhàn)指揮控制技術(shù)研究，提出了天、空、地多域體系作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)構(gòu)建方法，解決了指揮控制系統(tǒng)“怎么建、怎么用”的關(guān)鍵問(wèn)題。利用本方法建設(shè)的某裝備體系作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)通過(guò)了裝備體系演示驗(yàn)證試驗(yàn)的考核，結(jié)果表明該方法合理可行，可為裝備體系作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)建設(shè)提供支撐。本方法可為包含常規(guī)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)在內(nèi)的各軍兵種體系作戰(zhàn)，甚至全軍一體化聯(lián)合作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)的構(gòu)建提供參考。