基于HLA的C3I全要素模拟训练系统设计

李琳琳,姚志成,李 钊,王淑平

(1.第二炮兵工程学院,陕西西安710025;2.第二炮兵驻石家庄军事代表室,河北石家庄050000)

0 引言

体系作战不同于传统的平台作战,体系作战强调情报侦察、指挥控制、电子对抗、作战部队和武器平台等全要素的网络化互连[1]。体系作战条件下的C3I系统模拟训练不同于传统的通信装备单装或组网训练,其训练重点在于指挥、通信、情报、武器、对抗和保障等多要素平台间的综合集成训练,强调以“信息”为核心的协同训练,以信息的真实流动训练指挥员和各级参战单元对信息的掌控和运用能力。

C3I模拟训练系统采用基于HLA的全要素一体化设计思想,实现了通信装备的单装、多装、组网以及与指控、武器、情报系统的合成训练,训练中可通过人工干预或系统自动加载的方式实现模拟通信对抗训练,为探索体系作战条件下C3I系统的全要素合成训练方法提供了实现途径。

1 系统功能与组成

1.1 系统功能

C3I模拟训练系统是以通信与指控系统训练为中心,强调受训人员熟练运用各种通信、指控装备完成综合通信组网和指挥流程训练,具备与情报侦察、火力计划和武器平台的数据接口,通过获取外部数据,训练参训人员对战场信息的动态处置能力,掌握信息在各类平台间的真实流动情况。模拟训练系统采用分阶段训练方法,最终完成通信、指控、情报、武器和信息对抗等多要素的集成训练,具备装备模拟训练、组网训练、对抗训练、训练评估和辅助学习等功能。

1.2 系统组成

C3I模拟训练系统由训练控制中心、数据管理中心、通信装备单装训练、多装组合训练、通信网综合组网训练、通信、指控系统合成训练、作战指挥全要素闭环训练、信息对抗训练、训练效果评估、系统管理和辅助训练11个部分组成。

1.2.1 通信装备单装训练

通信装备单装训练的目的是使参训人员熟悉装备操作使用的基本方法,训练通过模拟器材和虚拟设备面板2种方法完成单装训练。模拟器材采用与实装一致的设备外形和操作面板,通过单片机响应、控制和存储设备面板操作过程。虚拟设备面板采用计算机技术虚拟实装操作面板,训练人员通过操作鼠标、键盘完成设备的加电和参数设置等训练,虚拟设备可利用一台计算机完成多种通信设备的单装训练任务,多台计算机可同时完成多人的单装训练任务,训练成本低,便于考核评估。

1.2.2 通信装备多装组合训练

通信信道的建立需要依赖多种不同的通信设备配合工作才能完成,通信装备多装组合训练主要用于完成一个指挥所内部运用多台设备构建通信信道的组合训练,如在交换设备上设置路由、在信道设备上选择频率和信道号等,最后利用呼叫功能验证信道建立是否正确。

1.2.3 通信网综合组网训练

通信综合组网训练重点完成运用多种有线、无线通信技术手段实现不同通信节点间互联互通的训练,训练过程中要求参训人员熟悉装备操作方法、主要战技指标、设备连接关系和组网协议、结构等多项技术内容,从而达到系统级综合运用的能力。

1.2.4 通信、指控系统合成训练

通信、指控系统合成训练主要用于完成由指控系统生成火力、行动等作战计划,拟制指挥命令,整理情报以及各类气象、测绘等保障信息,利用通信系统完成上述信息传递和反馈的完整过程。参训人员通过完成通信与指控系统的合成训练,具备熟悉作战指挥信息流程的能力。

1.2.5 作战指挥全要素训练

作战指挥全要素训练利用计算机模拟各类传感器的初级情报信息和上级友邻指挥所的综合/态势信息,通过与武器平台模拟器材或实装的接口连接,实现C3I系统与外部传感器、武器平台、气象和测绘等保障单元的全要素闭环训练过程。

1.2.6 信息对抗训练

C3I系统信息对抗主要体现在复杂电磁环境下的通信对抗和网络密集条件下的网络对抗2个方面。网络对抗采用真实工具进行攻防对抗,攻击方根据控制中心生成的训练方案采取指定技术手段破坏防御方网络,或根据作战想定提供的战场环境和作战意图,自主选取攻击手段进行网络攻击。防御方根据攻击方攻击的具体情况,采取升级杀毒软件和入侵检测系统等方法保护己方网络安全[5]。通信对抗模拟训练主要完成参训人员在特定电磁威胁环境下的通信抗干扰战术运用能力的训练,包括通信组网、设备使用(如异常改频、提高功率等)和各种通信抗干扰资源(如通信侦控站、干扰站)的组织运用能力等。根据电磁环境参数设置,模拟真实战场环境下来自于不同电磁辐射源的电磁信号特征,确定不同电磁信号对防御方设备及系统的干扰模型,根据干扰模型自动设置设备工作状态。

1.2.7 训练控制中心

训练控制中心是整个C3I模拟训练系统的核心,包括训练方案发布,作战想定生成,训练条件、地理、气象和电磁等环境参数设置,系统监控和信息采集等功能。采用指定训练方案训练时,参训人员根据训练控制中心发布的训练方案完成指定训练内容,训练效果评估根据训练内容逐项比较设备参数设置的正确性,给出量化评估结果。采用作战想定训练时,通过提供详细作战背景、作战目标和作战流程,完成参训人员对具体战场环境下通信装备综合组网和抗干扰战术运用等能力的合成训练,训练评估依据是通信与指控系统的连通能力和抗毁生存能力等。信息采集主要用于按照时间节拍动态记录每个参训终端的操作过程和参数设置,为训练评估提供评估信息。系统监控提供对每个训练终端实时训练状态的可视化显示功能,包括设备面板操作状态和网络链路建立情况等。

1.2.8 数据管理中心

数据管理中心主要用于实现对设备参数,组网方案,作战想定,地理、气象和电磁环境参数等原始数据的维护功能,数据中心同时具备系统监控采集的动态记录的存储功能,训练控制和评估模块通过读取上述数据完成方案的发布和考核评估过程。

1.2.9 训练效果评估中心

训练效果评估中心用于实现对参训人员训练效果的量化考核和专家评价,包括静态参数评估和综合能力评估2个方面。静态参数评估主要用于基于训练方案的操作流程和设备参数设置的量化评估。综合能力评估主要用于基于作战想定的系统连通能力和网络可靠性的评估,即参训人员首先解决合理运用各类通信设备实现指定战场环境下的各节点间“联得上”的问题,其次根据参训人员的通信组网方案设计和战术运用能力评估其对通信系统“抗得住”问题的处理能力,综合能力评估一般采用量化考核和专家评价2种方式综合评判参训人员的考核效果。

1.2.10 系统管理

系统管理主要用于完成系统用户注册、登录、权限分配和时钟同步控制等功能。

1.2.11 辅助训练

辅助训练通过提供单装设备操作手册、常用通信组织方案、网络攻防和通信对抗知识等帮助文档,实现参训人员的自学习过程。

2 系统体系结构

为真实模拟C3I系统作战指挥过程,模拟训练系统中所涉及的指挥、情报、武器、电子对抗和保障平台可能分散在多个地点,通过网络互联,节点间存在大量的信息交互。同时随着新型武器平台和保障要素的加入,模拟训练系统应能方便地实现新增成员的“即插即用”,使系统具有互操作性强、可重用性强和可扩展性强等特点。为满足上述要求,采用高层体系结构(HLA)[2,3]的仿真技术框架来保证各种仿真应用间的互连、互通和互操作性。

C3I模拟训练系统中一般需要设置白、红、蓝三方分别担任控制中心、防御方和攻击方。考虑到通信对抗条件下对地形、气象和电磁环境的依赖性大于兵力因素,因此蓝方作为攻击方由训练控制中心扮演,训练时通过公布环境参数,实施网络攻击和人工干预迫使红方防御人员采取技术和战术手段实施防御。红方联邦成员按照作战指挥编制进行划分,包括战役集团、基地指挥所、旅指挥所、营指挥所、连指挥所和武器平台。训练控制中心、训练评估中心和数据中心分别负责训练方案发布、信息采集,训练效果评估和基础数据管理等工作。系统体系结构如图1所示。红方联邦成员可根据训练需要进行动态增减,在不改变指控、通信系统核心训练模块的基础上,通过动态调整武器平台联邦成员的属性参数,使系统适应不同武器型号的作战训练需要。

图1 基于HLA的C3I模拟训练系统体系结构

3 系统运行流程

C3I模拟训练系统按照单装,多装组合,通信、指控系统合成训练,综合组网,全要素训练和对抗训练6个阶段开展模拟训练,其中单装、多装组合训练的训练内容主要集中在一个指挥所内部,可由联邦成员各自独立完成训练任务;通信、指控系统合成训练,综合组网训练需要完成多个联邦成员间的信息交互;全要素训练和对抗训练需要提供武器平台接口,训练控制中心在下发训练方案或作战想定时,应同时下发情报、地形、气象和电磁环境等信息,参训人员根据上述信息合理选择通信装备,设计组网方案,采取战术、技术手段提高通信的可靠性。全要素条件下的模拟训练系统运行流程如图2所示。

图2 全要素条件下的模拟训练系统运行流程

4 结束语

C3I全要素模拟训练系统是以各级指挥中心的指控、通信装备训练为核心,充分考虑情报、武器平台与指挥中心的信息交互以及地形、气象和电磁环境对指挥通信系统的影响,通过开展通信和网络对抗训练,增强参训人员应对真实战场环境,灵活组织装备运用的实战能力。系统采用基于HLA的体系结构设计,具有良好的系统可扩展性,为开展多兵种联合训练奠定了重要的技术基础。模拟训练系统已应用于对指控、通信专业指挥、技术军官/号手的模拟训练,训练效果明显优于传统的单装备、单系统训练方法,使受训对象对C3I系统的信息动态处置能力和对抗能力得到了提升。

[1]总参第五十四研究所.复杂电磁环境下的作战训练[C].北京:总参第五十四研究所,2008:114-119.

[2]余晓刚,张玉冰,姚富强.基于HLA的通信电子战仿真平台设计[J].电子对抗技术,2002,16(1):32-34.

[3]杨 龙,薛 磊.基于HLA的通信对抗模拟训练联邦研究[J].船舶电子工程,2009,29(2):107-110.

[4]余云智,程健庆,周玉芳.作战指挥自动化系统模拟训练技术研究[J].船舶电子工程,2008,28(7):118-123.

[5]高永明,卢 昱.网络对抗模拟训练系统的设计与实现[J].计算机研究与发展,2006,43(l):611-614.