體系作戰(zhàn)可重構(gòu)指揮控制軟件設(shè)計方法*

陸宏澤，趙長見，梁 卓，王常悅，楊春雷

（中國運載火箭技術(shù)研究院，北京 100076）

0 引言

指揮控制系統(tǒng)是體系作戰(zhàn)的“中樞神經(jīng)系統(tǒng)”，是體系作戰(zhàn)的研究重點，目前，國內(nèi)在武器裝備指揮控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、建模、軟件開發(fā)方面已開展大量研究［1-5］，然而，對于集成天、空、地多域體系作戰(zhàn)資源，面向?qū)嵮b試驗的集群體系作戰(zhàn)相關(guān)指控技術(shù)的研究尚未見報道。受傳統(tǒng)“煙囪式”裝備研發(fā)模式影響，國內(nèi)不同單位裝備指控系統(tǒng)自成體系，接口類型多樣，亟需開發(fā)滿足體系作戰(zhàn)需求的指控軟件，以兼容多類作戰(zhàn)裝備、適應(yīng)不同作戰(zhàn)場景、支持多種作戰(zhàn)規(guī)模。為此，本文提出一種面向體系作戰(zhàn)的可重構(gòu)指揮控制軟件設(shè)計方法。

1 體系作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展概況

體系作戰(zhàn)是基于作戰(zhàn)想定，綜合運用態(tài)勢感知裝備、指揮控制裝備、通信裝備、打擊裝備和保障裝備，聯(lián)合陸、海、空、天、電磁和認知領(lǐng)域在信息鏈系統(tǒng)的支持下，實施互聯(lián)、互通、互操作的整體聯(lián)動作戰(zhàn)。其實質(zhì)是以天空地信息為主導(dǎo)的體系與體系的對抗，目的是通過能力融合實現(xiàn)作戰(zhàn)效能的最大化。在高技術(shù)局部戰(zhàn)爭的推動下，目前各國都在加速開展一體化武器平臺的建設(shè)，如美國“未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)”、英國“未來快速反應(yīng)系統(tǒng)”、法國“空地一體作戰(zhàn)系統(tǒng)”等［6-8］，建成的體系作戰(zhàn)系統(tǒng)均集成了偵察、指控、通信、打擊、防護等多種作戰(zhàn)要素。

2 體系作戰(zhàn)指控軟件功能需求分析

體系作戰(zhàn)的指揮控制系統(tǒng)是對體系作戰(zhàn)過程實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)，其以計算機技術(shù)為核心，并集指揮、控制、通信和情報4 個部分為一體，具有情報收集、信息傳輸、作戰(zhàn)指揮、武器控制等功能［9］。體系作戰(zhàn)指控軟件主要用于顯示試驗過程中的戰(zhàn)場態(tài)勢、各設(shè)備工作狀態(tài)和作戰(zhàn)效果等情況，完成任務(wù)規(guī)劃和指揮控制決策，下發(fā)各項作戰(zhàn)指令，控制各裝備完成指定任務(wù)。

為滿足體系作戰(zhàn)多類型作戰(zhàn)裝備、多種作戰(zhàn)規(guī)模和場景以及無中心網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)指揮控制需求，指控軟件需要可重構(gòu)，對于軟件可重構(gòu)的定義，目前并沒有一個統(tǒng)一的表述，普遍理解是在不改變軟件外部行為特性的情況下，通過調(diào)整軟件內(nèi)部結(jié)構(gòu)以提高軟件的可理解性、可維護性和可擴展性［10］。結(jié)合體系作戰(zhàn)特點，分析體系作戰(zhàn)指控軟件可重構(gòu)的需求主要體現(xiàn)在：

1）為兼容多類型作戰(zhàn)裝備，軟件功能需要可擴展。根據(jù)體系作戰(zhàn)目的不同，參與裝備按功能可涵蓋偵察、進攻、防空、無人機等多種類型，各類裝備又可包含多個型號。目前，不同類型、不同型號裝備的指揮控制信息化水平和信息傳輸接口差異較大，為滿足一體化指控，需要指控軟件能夠集成各類裝備指揮控制功能，并進行功能擴展。

2）為適應(yīng)多種作戰(zhàn)規(guī)模和場景，軟件功能需要可配置。根據(jù)體系作戰(zhàn)規(guī)模和場景不同，參與作戰(zhàn)的裝備種類和編組也不同，如局部作戰(zhàn)可能僅包括近程進攻武器，而更大規(guī)模作戰(zhàn)的參與裝備可能包含地基、空基、天基等多個維度的近程、中程、遠程武器，并需要多個軍兵種參與，因此，指控軟件各功能模塊需要能夠按不同作戰(zhàn)規(guī)模進行配置。此外，為滿足裝備功能升級及變更，指控軟件需要支持各功能模塊整體升級或局部更改。

3）為滿足無中心網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)，軟件數(shù)據(jù)需要能容災(zāi)抗毀。在體系作戰(zhàn)進展過程中，裝備會因戰(zhàn)損等意外情況需要臨時退出戰(zhàn)斗，或整個體系需要臨時進行裝備擴充及重新編組等情況，因此，在通信網(wǎng)絡(luò)的支持下，指控軟件需能夠支持各指控終端臨時加入或退出作戰(zhàn)。當(dāng)指控終端退出時，為使剩余的裝備能夠保持作戰(zhàn)狀態(tài)，需要能夠在其他任一指控終端登陸受損指控終端，代替該終端繼續(xù)完成作戰(zhàn)任務(wù)。在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生中斷的情況下，軟件需要能夠支持各指控終端獨立作戰(zhàn)。

3 體系作戰(zhàn)指控軟件設(shè)計

3.1 軟件架構(gòu)及功能擴展方式設(shè)計

為適應(yīng)體系作戰(zhàn)不同指控終端功能按需配置、快速集成，采用“平臺+應(yīng)用”的軟件架構(gòu)，并采用不同的接口方式，實現(xiàn)對不同類型功能模塊的集成，實現(xiàn)軟件功能的按需擴展。軟件“平臺+應(yīng)用”的架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 指控軟件架構(gòu)

“平臺”用于實現(xiàn)軟件運行基礎(chǔ)功能。包括基礎(chǔ)服務(wù)層和業(yè)務(wù)服務(wù)層。基礎(chǔ)服務(wù)層是支持基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理、為上層業(yè)務(wù)提供基礎(chǔ)服務(wù)的功能層，主要包含數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、加解密服務(wù)、文件管理服務(wù)等通用基礎(chǔ)服務(wù)，這些服務(wù)是業(yè)務(wù)運行的基礎(chǔ)。業(yè)務(wù)服務(wù)層提供支撐功能模塊所需的核心業(yè)務(wù)服務(wù)，主要包含態(tài)勢服務(wù)、指令解析服務(wù)、代碼指揮服務(wù)、數(shù)據(jù)融合服務(wù)、UI 框架引擎、通信服務(wù)、模板解析服務(wù)、作戰(zhàn)指揮引擎、火力規(guī)劃服務(wù)等核心業(yè)務(wù)服務(wù)，為系統(tǒng)完成指揮控制的各項功能提供必須的業(yè)務(wù)支撐功能。

“應(yīng)用”由各功能模塊組成，通過調(diào)用平臺相應(yīng)的服務(wù)實現(xiàn)多樣化業(yè)務(wù)，包括戰(zhàn)前準(zhǔn)備、作戰(zhàn)指揮、流程監(jiān)控、效果評估等基本功能模塊，還包含中心任務(wù)規(guī)劃、偵察任務(wù)規(guī)劃、進攻任務(wù)規(guī)劃、防空任務(wù)規(guī)劃等專用功能模塊，各功能模塊通過調(diào)用“平臺”的各種服務(wù)實現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用。

上述功能模塊中，有的需要根據(jù)裝備功能專門定制開發(fā)，有的可以是裝備現(xiàn)有的指控軟件或模塊，直接集成到指控軟件中，為兼容不同類型功能模塊的集成，采用API 應(yīng)用程序接口、插件接口、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范3 種方式實現(xiàn)功能模塊與平臺之間信息的高效傳輸。3 種方式適用情況：1）API 接口方式：應(yīng)用層可調(diào)用平臺提供的API 接口，實現(xiàn)個性化的業(yè)務(wù)功能。這種方式適用于沒有現(xiàn)成的系統(tǒng)或功能模塊，希望基于平臺實現(xiàn)定制化業(yè)務(wù)。例如基于平臺的GIS 服務(wù)和其具備的地圖展示、元素渲染、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、動作處理、基礎(chǔ)GIS 操作等基礎(chǔ)功能。2）插件接口：平臺提供插件接口，利用反射技術(shù)實現(xiàn)主框架對子系統(tǒng)控件的加載，各子系統(tǒng)只要符合接口規(guī)范，均可以插件形式接入，實現(xiàn)系統(tǒng)的快速集成。該方式適用于已有系統(tǒng)，需接入平臺，但不需與平臺交互的場景。3）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：對于已有現(xiàn)成的系統(tǒng)或模塊，不希望進行大幅度改動，可以按照平臺提供的標(biāo)準(zhǔn)指令格式，以規(guī)范化指令驅(qū)動平臺基礎(chǔ)功能，實現(xiàn)不同系統(tǒng)或模塊之間的聯(lián)動，可有效避免不同系統(tǒng)的異構(gòu)問題。

3.2 軟件功能模塊配置方式設(shè)計

指控終端是指執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)所有指控節(jié)點的終端，每個指控終端都安裝指控軟件，可根據(jù)業(yè)務(wù)不同，為不同的指控終端配置相應(yīng)的功能模塊，實現(xiàn)終端功能靈活重構(gòu)，使用戶在每個指控終端都可以登陸任一角色，執(zhí)行不同的作戰(zhàn)任務(wù)，實現(xiàn)體系作戰(zhàn)指揮控制信息管理、任務(wù)規(guī)劃、融合處理、信息共享、分發(fā)應(yīng)用等。

軟件功能模塊包括基本功能模塊和專用功能模塊。各指控軟件終端與功能模塊之間的配置關(guān)系示例見表1?？筛鶕?jù)作戰(zhàn)需要，對各指控終端靈活配置需要的基礎(chǔ)和專用功能模塊。

表1 軟件功能配置關(guān)系對應(yīng)表

3.3 軟件數(shù)據(jù)庫及信息交互接口協(xié)議設(shè)計

為支持無中心網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)，指控軟件的數(shù)據(jù)庫采用分布式部署方式，各指控終端本地數(shù)據(jù)庫進行多庫分離設(shè)計，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和作戰(zhàn)數(shù)據(jù)分開存儲，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫存儲每次作戰(zhàn)相關(guān)的用戶、角色、功能配置、編制、裝備等基本信息。作戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫存儲作戰(zhàn)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如作戰(zhàn)指揮指令、作戰(zhàn)日志等。

作戰(zhàn)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)模式如圖2 所示，戰(zhàn)前向各指控終端下發(fā)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，戰(zhàn)中僅同步必要的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)，以降低通信帶寬需求，戰(zhàn)后進行數(shù)據(jù)匯總。因各個終端戰(zhàn)前獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)完全一致，且戰(zhàn)中作戰(zhàn)數(shù)據(jù)保持了一致性，若某個指控終端被毀，其他終端可及時作為替代節(jié)點，實現(xiàn)“隨遇入網(wǎng)、即插即用”；若網(wǎng)絡(luò)中斷，本地數(shù)據(jù)也可支持各指控終端獨立作戰(zhàn)指揮，防止指控終端單點失效，保障作戰(zhàn)順利進行。

圖2 作戰(zhàn)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)模式

指控軟件需要支持體系作戰(zhàn)過程中各類作戰(zhàn)信息在整個系統(tǒng)內(nèi)正確傳輸，即在正確的時間將正確的信息傳輸?shù)秸_的指控軟件終端。由于體系裝備種類繁多，同類信息的接口形式也多樣，裝備原有的接口大多僅針對某個具體裝備開發(fā)，功能單一，通用性和兼容性較差，也不易于維護和測試。因此，需要統(tǒng)一體系內(nèi)各類指控信息交互接口協(xié)議，以便于通信和測試使用。

天、空、地多域體系作戰(zhàn)的作戰(zhàn)信息分為5 類：1）作戰(zhàn)指令信息：作戰(zhàn)過程中各指控終端之間傳輸?shù)母黝愖鲬?zhàn)指令。2）裝備位置信息：作戰(zhàn)過程中需要通過態(tài)勢圖及時了解我方作戰(zhàn)單元的位置，因此，需要裝備指控終端軟件持續(xù)回傳裝備的位置信息。3）航跡信息：具備航跡信息的裝備在作戰(zhàn)過程中需要上報預(yù)設(shè)航跡和實時航跡，以便通過態(tài)勢直觀展示無人機、導(dǎo)彈等的飛行軌跡。4）目標(biāo)信息：衛(wèi)星、無人機等偵察到的目標(biāo)位置信息需要展示在態(tài)勢上，為任務(wù)規(guī)劃和打擊規(guī)劃提供依據(jù)。5）音視頻數(shù)據(jù)：通過衛(wèi)星、無人機或巡飛彈實時獲取的戰(zhàn)場中實際場景圖像及視頻，在指控軟件終端可掌握戰(zhàn)場情況，便于快速決策指揮。

為保證指令的正確下達，需要采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸方式，指控軟件與各裝備指控軟件進行數(shù)據(jù)交互可采用以下3 種方式：方式A：指控軟件與各裝備終端在界面上通過人工實現(xiàn)交互。方式B：在裝備終端安裝指控終端，指控終端和各院軟件之間借助本地文件進行信息交互。方式C：通過標(biāo)準(zhǔn)的TCP 或UDP 協(xié)議完成指令信息的發(fā)送和接收。結(jié)合實際裝備特點，梳理出各指控終端之間信息交互的典型方式見表2。

表2 指控終端信息交互方式

4 結(jié)論

提出了一種面向體系作戰(zhàn)可重構(gòu)指揮控制軟件設(shè)計方法，重點介紹了如何通過軟件架構(gòu)設(shè)計、功能模塊配置、數(shù)據(jù)庫及信息交互協(xié)議設(shè)計實現(xiàn)指控軟件可重構(gòu)。依據(jù)本文提出方法開發(fā)的指控軟件已經(jīng)通過了體系實裝演示試驗的驗證，結(jié)果表明該方法合理可行，可為各軍兵種體系作戰(zhàn)指揮控制系統(tǒng)建設(shè)提供參考。