鄭 健
戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)構(gòu)建技術(shù)
鄭 健
(中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所,西安 710068)
本文在分析戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈概念的基礎(chǔ)上,提出了戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)的構(gòu)建思想,分析了其功能定位,并研究了具體組成模塊,闡述了包括環(huán)境系統(tǒng)模擬、效能評(píng)估模型、智能對(duì)抗推演的關(guān)鍵技術(shù)。最后,文章對(duì)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)的構(gòu)建進(jìn)行了總結(jié)與展望。
戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈;半實(shí)物仿真;效能分析
戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)抢酶鞣N無線通信和網(wǎng)絡(luò)手段,按規(guī)定的信息格式和傳輸協(xié)議,實(shí)現(xiàn)在傳感器、指控系統(tǒng)和武器系統(tǒng)內(nèi)分發(fā)處理諸如戰(zhàn)場態(tài)勢、指揮控制和戰(zhàn)術(shù)協(xié)同等戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)的綜合化戰(zhàn)場信息系統(tǒng)[1]。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈具備通信、識(shí)別和導(dǎo)航的能力,是信息化作戰(zhàn)中各種作戰(zhàn)平臺(tái)互聯(lián)互通互操作的基礎(chǔ),在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)場中發(fā)揮著極其關(guān)鍵的作用。
美軍已經(jīng)為海軍、陸軍、空軍戰(zhàn)隊(duì)研發(fā)并裝備了30余種主要數(shù)據(jù)鏈裝備,其中聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)(Joint Tactical Information Distribution System,JTIDS)/Link-16在美軍各兵種中都大量列裝,JTIDS/Link-16戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈于20世紀(jì)70年代開始研制,80年代開始裝備,采用直接序列擴(kuò)頻、調(diào)頻和跳時(shí)等抗干擾技術(shù),是一種大容量、保密、時(shí)分多址的戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)[2]。
在戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展中,建模仿真是一種關(guān)鍵的支撐技術(shù),發(fā)揮著重要的作用,能夠推動(dòng)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的設(shè)計(jì)開發(fā)和應(yīng)用研究。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)仿真系統(tǒng)提出了更高的要求,如系統(tǒng)模型的復(fù)雜度與真實(shí)度、仿真結(jié)果的可靠性和仿真系統(tǒng)的效能評(píng)估能力[3]。目前,針對(duì)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的建模仿真方法主要有網(wǎng)絡(luò)仿真、半實(shí)物仿真、硬件仿真和外場測試[4-5]。其中,網(wǎng)絡(luò)仿真是指利用OPNET、OMNET++、NS2等仿真軟件對(duì)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得到簡單而正確的仿真,建立起網(wǎng)絡(luò)對(duì)象的基本模型之間的互聯(lián)[6]。硬件仿真和外場測試可以通過外場試驗(yàn)提供更為準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù),但對(duì)地形、氣象等均有一定的要求,且在通常情況下會(huì)簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),存在一定的局限性。半實(shí)物仿真能夠綜合網(wǎng)絡(luò)仿真和外場測試的優(yōu)勢,通過在軟件仿真的基礎(chǔ)上將一部分功能或模塊用真實(shí)物理模型代替的方式,實(shí)現(xiàn)仿真模型與實(shí)際業(yè)務(wù)的交互,具有更高的仿真可信度,為數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的應(yīng)用推廣提供技術(shù)基礎(chǔ)。
本文將構(gòu)建戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái),并分析其具體組成和關(guān)鍵技術(shù),研究面向作戰(zhàn)應(yīng)用的數(shù)據(jù)鏈仿真系統(tǒng)。
戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)基于半實(shí)物仿真設(shè)計(jì),在網(wǎng)絡(luò)性能仿真的基礎(chǔ)上,將實(shí)裝數(shù)據(jù)鏈設(shè)備通過網(wǎng)口接入網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)編隊(duì)作戰(zhàn)指揮信息系統(tǒng)的傳輸和處理[7]。具體地,通過加載不同作戰(zhàn)想定,戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)能夠記錄和分析各節(jié)點(diǎn)的信息傳輸質(zhì)量,并在一定程度上測試戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)分發(fā)能力、作戰(zhàn)協(xié)同能力、指揮引導(dǎo)能力和態(tài)勢共享能力,評(píng)估戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的綜合效能。
戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)重點(diǎn)關(guān)注仿真系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的數(shù)據(jù)交互,對(duì)不同作戰(zhàn)背景下的作戰(zhàn)應(yīng)用流程進(jìn)行建模仿真,通過模擬仿真進(jìn)行系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)鏈指標(biāo)和作戰(zhàn)效能等的驗(yàn)證評(píng)估。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)的定位與主要功能如下:
一是聚焦實(shí)戰(zhàn)能力生成,支持現(xiàn)役裝備的實(shí)操培訓(xùn)、戰(zhàn)法推演、遠(yuǎn)程保障和效能評(píng)估。武器裝備的戰(zhàn)斗力轉(zhuǎn)換需要?jiǎng)佑么罅康娜肆?、物力、?cái)力和時(shí)間,為了提高軍事訓(xùn)練的效能,可以采用模擬訓(xùn)練與實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練相結(jié)合的方式來培養(yǎng)官兵對(duì)武器裝備的熟練應(yīng)用能力。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)可以將現(xiàn)役裝備與仿真系統(tǒng)進(jìn)行深度鏈接,也可以進(jìn)一步利用真實(shí)傳感器數(shù)據(jù),使得官兵能夠在實(shí)操前進(jìn)行紅藍(lán)雙方的戰(zhàn)法推演,并在戰(zhàn)法推演的全流程中進(jìn)行作戰(zhàn)效能評(píng)估與分析。同時(shí),戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)能夠以可視化的友好交互界面對(duì)部隊(duì)官兵進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的培訓(xùn),提高部隊(duì)對(duì)數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用能力,進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)展現(xiàn)役數(shù)據(jù)鏈裝備。
二是聚焦裝備體系發(fā)展,驗(yàn)證現(xiàn)役、在研數(shù)據(jù)鏈的體系運(yùn)用,促進(jìn)裝備研建一體,促成交裝備向交能力的轉(zhuǎn)變。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)能夠在驗(yàn)證作戰(zhàn)業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上,對(duì)數(shù)據(jù)鏈裝備的作戰(zhàn)能力提出需求,并形成體系作戰(zhàn)和協(xié)同作戰(zhàn)能力。同時(shí),戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)所驗(yàn)證和提出的作戰(zhàn)需求能夠進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)役和在研數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的裝備頻譜,使得數(shù)據(jù)鏈設(shè)備能夠持續(xù)、成體系的發(fā)展。
三是聚焦創(chuàng)新發(fā)展,測試驗(yàn)證新一代數(shù)據(jù)鏈核心關(guān)鍵技術(shù)體制,支撐數(shù)據(jù)鏈裝備科學(xué)化和可持續(xù)發(fā)展。在未來戰(zhàn)場中,強(qiáng)敵對(duì)抗、無人裝備的發(fā)展、強(qiáng)電磁干擾等戰(zhàn)場環(huán)境均對(duì)數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的發(fā)展提出了新的要求。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)瞄準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈設(shè)備能力的提升,通過仿真驗(yàn)證數(shù)據(jù)鏈裝備和作戰(zhàn)流程中的關(guān)鍵技術(shù),促進(jìn)部隊(duì)數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的創(chuàng)新性持續(xù)發(fā)展,構(gòu)建新一代數(shù)據(jù)鏈裝備體系。
戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)系統(tǒng)組成如圖1所示,主要包含導(dǎo)調(diào)控制模塊、綜合顯示模塊、作戰(zhàn)平臺(tái)模塊、戰(zhàn)場環(huán)境模塊、效能評(píng)估模塊、模擬訓(xùn)練模塊、數(shù)據(jù)庫模塊和戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)模塊。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)系統(tǒng)中的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)模塊用于系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸,是真實(shí)設(shè)備,其余的模塊均由計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)現(xiàn),通過網(wǎng)口與戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈設(shè)備連接。
作戰(zhàn)平臺(tái)模塊指典型平臺(tái)及其分系統(tǒng),諸如傳感器模塊、飛控模塊和武器模塊等的模型化實(shí)現(xiàn),可根據(jù)兵種劃分為陸軍作戰(zhàn)平臺(tái)、海軍作戰(zhàn)平臺(tái)和空軍作戰(zhàn)平臺(tái)。典型作戰(zhàn)平臺(tái)有預(yù)警機(jī)、殲擊機(jī)、電子戰(zhàn)飛機(jī)、艦艇和坦克等。
圖1 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)系統(tǒng)組成
戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)模塊是指實(shí)裝的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,主要分為現(xiàn)役數(shù)據(jù)鏈和新型數(shù)據(jù)鏈設(shè)備,戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)抗仿真流程中態(tài)勢、指控等戰(zhàn)術(shù)信息的傳輸和處理,是戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)中需要驗(yàn)證和評(píng)估的核心模塊。
模擬訓(xùn)練模塊是戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)系統(tǒng)的作戰(zhàn)業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)模塊。仿真開始后,模擬訓(xùn)練模塊首先根據(jù)作戰(zhàn)場景和樣式配置作戰(zhàn)力量,生成我方作戰(zhàn)編隊(duì),同時(shí)初始化傳感器和數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的參數(shù),并進(jìn)行戰(zhàn)前任務(wù)規(guī)劃,由指揮控制系統(tǒng)生成各個(gè)參戰(zhàn)平臺(tái)的航跡規(guī)劃。仿真開始后,紅藍(lán)雙方編隊(duì)展開對(duì)抗,并形成觀察、判斷、決策、執(zhí)行(Observe,Orient,Decide,Act,OODA)戰(zhàn)斗閉環(huán)。
綜合顯示模塊提供戰(zhàn)場態(tài)勢的可視化顯示,通過對(duì)戰(zhàn)場環(huán)境的圖形化顯示,實(shí)時(shí)顯示敵我態(tài)勢(位置、速度、航向等)和傳感器探測等信息,便于指揮控制人員更加迅速、直觀地判斷戰(zhàn)場態(tài)勢,從而做出準(zhǔn)確的決策。
戰(zhàn)場環(huán)境模塊用于生成作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)包括真實(shí)地形環(huán)境、氣象水文狀況、電磁輻射特性、大氣環(huán)境等的環(huán)境數(shù)據(jù),為模擬訓(xùn)練模塊提供盡可能逼近真實(shí)環(huán)境的模擬數(shù)據(jù),提高仿真流程的真實(shí)度。
數(shù)據(jù)庫模塊用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,對(duì)仿真所需的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)性能參數(shù)、武器平臺(tái)性能參數(shù)、戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)以及仿真結(jié)果等進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。
效能評(píng)估模塊作用于作戰(zhàn)流程的全過程,用于評(píng)估偵察、火力打擊等各個(gè)作戰(zhàn)環(huán)節(jié)的效能指標(biāo)。效能評(píng)估模塊能夠直觀反映紅藍(lán)雙方對(duì)抗的勝負(fù),同時(shí)能夠?yàn)槠脚_(tái)功能、數(shù)據(jù)鏈性能等多項(xiàng)指標(biāo)提供仿真推演和驗(yàn)證[8]。
導(dǎo)調(diào)控制模塊能夠?qū)?zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)進(jìn)行初始化參數(shù)設(shè)置和系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)管維護(hù),能夠在仿真全流程過程中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制,包括對(duì)戰(zhàn)場環(huán)境的改變,控制系統(tǒng)的開始運(yùn)行和停止等。
環(huán)境系統(tǒng)模擬包含對(duì)復(fù)雜地理地形、復(fù)雜電磁環(huán)境和復(fù)雜氣象環(huán)境等的空間屬性模擬,是能夠分析和處理在一定地理區(qū)域內(nèi)分布的各種現(xiàn)象和過程的系統(tǒng)。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)在構(gòu)建作戰(zhàn)流程仿真的過程中,環(huán)境模擬系統(tǒng)發(fā)揮的作用有:
(1)提供形象化和逼真化的作戰(zhàn)背景,提高半實(shí)物仿真的真實(shí)度和可信度;
(2)合適的環(huán)境系統(tǒng)模擬能夠提高顯示效率,為每一次仿真流程提供實(shí)時(shí)、可視化的戰(zhàn)場態(tài)勢顯示;
(3)環(huán)境系統(tǒng)模擬能夠?qū)δ繕?biāo)運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行建立。
在半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證的過程中,需要實(shí)現(xiàn)多種目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型來滿足仿真需求。目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型建立的優(yōu)劣會(huì)影響仿真對(duì)抗的結(jié)果,繼而影響對(duì)數(shù)據(jù)鏈裝備性能指標(biāo)的評(píng)判。
層次分析法是一種在軍事領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的效能評(píng)估方法,該方法首先計(jì)算經(jīng)過等級(jí)劃分后的系統(tǒng)各層級(jí)的權(quán)值,然后通過匯總得到系統(tǒng)的總體效能。層次分析法具有一定的普適性,可以對(duì)作戰(zhàn)流程的全過程進(jìn)行效能評(píng)估。
效能評(píng)估模型在對(duì)作戰(zhàn)推演結(jié)果進(jìn)行建模的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)考慮戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的系統(tǒng)模型,借助戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈裝備的武器或平臺(tái)的“信息優(yōu)勢”提升的幅度,即在考慮效能評(píng)估的結(jié)果時(shí),需要在傳統(tǒng)效能評(píng)估模型建立的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)考慮建立戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)模型[9]。
隨著無人平臺(tái)的發(fā)展和武器裝備智能化水平的提高,現(xiàn)階段的軍事對(duì)抗正從基于“平臺(tái)”的對(duì)抗轉(zhuǎn)變?yōu)榛凇绑w系”的對(duì)抗。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)在建立平臺(tái)模型的基礎(chǔ)上,需要研究基于體系作戰(zhàn)與協(xié)同作戰(zhàn)的智能對(duì)抗推演技術(shù)。
當(dāng)前,智能對(duì)抗推演技術(shù)主要面臨“維數(shù)災(zāi)難”問題,傳統(tǒng)的對(duì)抗推演無法支撐大規(guī)模的體系仿真?;谌斯ぶ悄艿母咝Щ?智能化體系對(duì)抗推演技術(shù),可為大規(guī)模體系仿真和多種作戰(zhàn)樣式仿真提供智能化、高效率的公共支撐環(huán)境[10-11]。
半實(shí)物仿真在戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈全生命周期中具有重要的作用。為了研究基于作戰(zhàn)應(yīng)用的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈仿真系統(tǒng),本文提出了戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)體系框架,并分析了平臺(tái)定位,闡述了平臺(tái)的系統(tǒng)組成和關(guān)鍵技術(shù)。在下一步的研究中,將重點(diǎn)考慮進(jìn)一步完善本文提出的關(guān)鍵技術(shù),推動(dòng)數(shù)據(jù)鏈裝備的體系發(fā)展。
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Construction of Hardware in Loop Simulation Integrated Verification Platform of Tactical Datalink
ZHENG Jian
On the basis of analyzing the concept of tactical datalink, the paper puts forward the idea of constructing hardware in the loop simulation integrated verification platform of tactical datalink, analyzes the function orientation of hardware in the loop simulation integrated verification platform, and studies the specific components of hardware in the loop simulation integrated verification platform of tactical datalink, including the key technology of environment system simulation, effectiveness evaluation model, intelligent countermeasure deduction. Finally, the paper summarizes and prospects the construction of hardware in the loop simulation integrated verification platform of tactical datalink.
Tactical Datalink;Loop Simulation;Effectiveness Evaluation
TN919
A
1674-7976-(2021)-04-289-04
2021-03-25。鄭?。?987.07-),山西運(yùn)城人,碩士研究生,工程師,主要研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)鏈研究。