基于战场仿真的智能指挥控制系统总体设计

刘 宇

(中国西南电子技术研究所,成都 610036)

1 引 言

随着计算机和软件技术的高速发展,以及信息技术和信息化武器装备的飞速发展及使用,使得军事领域的作战体系、作战思想、作战方式等也发生了深刻的变化,多源情报的汇集和接入使得作战指挥控制系统(以下简称指控系统)需要具有对多源情报信息汇集融合处理的能力,指挥中心根据不同作战部队的业务需求做出快速、准确的指挥协调决策。

战场仿真是利用计算机软件的强大模拟功能,基于先进的仿真技术和开发环境,对军事作战领域内的各种作战条件、武器装备、兵力部署等进行逼真的模拟,形成一个虚拟的“数字化”战场,以便进行实战演练和作战效能分析[1]。指控系统是现代作战体系的“大脑”和“神经中枢”,是分散的作战系统的“粘合剂”,是作战效能的“倍增器”[2]。指控系统的主要作用是在信息化战场中,协调各体系完成协同作战,使得战场各作战单位紧密的结合在一起,通过信息分发的方式实现各作战单位的信息共享,从而提高单体作战部队的战斗力,通过快速、准确、合理的指挥控制来有效提升整体作战的战斗力。目前,美军的指控系统技术在应用和发展上都是最成熟的,对我国研究新型指控系统具有重要的借鉴意义。指控系统最早由美国防部在1977年提出并应用,从一体化电子信息系统发展成用于战略、战役以及战术等所有的指挥层次,来满足指挥官的各种作战指挥需求。2006年3月,美国国防部提出“向网络中心战转型”和“联合作战”概念,实现超越国家的、具有战略性的、互操作的全球指挥控制水平,它标志着美军指挥控制系统的建设进入“智能化”的技术发展阶段。

为适应未来信息化战争的需要,本文结合国内外领域的技术发展情况,重点研究了基于战场仿真环境下的指控系统的体系结构,结合实际的作战需求提出了新一代指控系统的体系结构、系统组成以及创新性功能。本文在实现协同办公和文电传输等电子化手段的基础上,根据实战需求对红蓝双方侦察手段部署与分布、全球热点态势推演、侦察系统效能仿真评估以及红蓝双方对抗演练等方面进行细致深入的研究,从而为指挥员统一指挥、协调、部署侦察力量提供辅助决策支持。

2 系统体系结构

在参考美军指挥自动化系统的结构和功能的基础上,结合作战实际需求,为更好地适应未来情报侦察工作发展的需要,提出了新型指控系统的体系结构,其总体架构如图1所示。

图1 战场仿真与指挥协调系统体系结构图Fig.1 The architecture of battlefield simulation and CCS

本系统采用分级分层的体系结构,由战场仿真与指挥协调中心和区域(或方向)级战场指挥控制中心组成,形成自顶向下、分区管辖而又相互支持的指挥协调与控制关系。指挥中心和各区域级单位均可根据各自的情报业务需求,形成侦察任务或计划,下达下属情报部门执行,最终的侦察任务均被分解并分配到指定侦察监视装备,完成对侦察监视对象的探测、发现、跟踪与监视。在整个侦察任务执行过程中,各级情报部门还可完成对所辖侦察手段或侦察系统的全过程调度与监视,完成对任务的实时跟踪、引导与干预。

在战场仿真与指挥协调中心一级,本系统以战场仿真环境为基础提供对战场态势推演、对抗演练和侦察协同仿真的支持,构建更全面、真实的作战环境。在作战环境的基础上根据需求来结合现有的指控系统的功能,本文认为可以实现对全球或热点区域战场变化趋势的推算与演练,实现对红蓝双方在特定战场环境中可能采取的侦察和作战行动的分析与预判,实施我属侦察资源侦察效能的仿真与评估,这些有效特色的应用功能将为指挥人员制定更合理、更优化的侦察任务或作战计划提供情报保障和智能辅助决策支持。

本系统与传统结构的区别有以下几方面。

(1)基于战场仿真环境

以战场仿真环境为基础构建的指控系统提供了对战场态势、对抗演练和侦察协调仿真等环境,通过战场仿真将指控系统中的情报收集与情报处理有效地结合在一起,可以实现特定战场环境中侦察和作战行动的分析与预判,为指挥人员制定更合理、更优化的侦察任务或作战计划提供情报保障和辅助决策支持。

(2)分级分层的信息系统

与传统的信息系统不同之处在于,信息的收集、传递,以及处理以自顶向下的、分区管理的方式来进行分级分层构建。不仅在整体架构上形成一个树状网络图,在同级之间仍然保持网络结构,为作战时的战略通信和战术通信提供有效的保障措施;为各级情报单位在情报的搜索和处理上保持分而自治的处理能力,在指挥中心保持全调度、全监视的指挥控制协调能力。

(3)智能决策监控

与传统的决策监控不同之处在于,传统的决策监控主要是通过信息处理后的情报对武器打击、电子干扰等进行人工决策监控。本系统结合战场态势信息、对抗演练信息、作战规则等情报,综合处理多源的情报信息,运用人工智能技术来辅助指挥人员分析作战预案,制定并检验作战计划,评估敌方武器系统作战效能。

3 系统构成和功能

战场仿真与指挥协调系统分为上下两级组织机构,由战场仿真与指挥协调中心、区域级指挥控制中心构成。

根据指挥中心级别及所行使职能的差异,区域级指挥控制中心主要完成信息接入与分发、指挥调度、综合态势显示和侦察力量显示。在此基础上,战场仿真与指挥协调中心还需提供战场态势推演、对抗演练和侦察协同仿真支持手段。

战场仿真与指挥协调系统的组成如图2所示。

图2 战场仿真与指挥协调系统构成Fig.2 Component of battlefield simulation and CCS

(1)信息接入与分发

提供对广义文本、图片、图像、声像等各种类型数据的接收、预处理、存储管理与分发能力,完成指控命令、引导信息、态势情报、监控信息等的统一接入汇集及按照不同密级、优先级、时效要求向上/下级用户进行网络发送,实现信息的互联互通。

(2)指挥调度

负责指挥和调配各种侦察资源进行协同侦察,了解侦察资源部署情况及其任务方向,并对侦测系统提供信息支持和侦察引导,完成情报搜集与处理,实现对侦察资源重要设备的实时监控和故障检测;同时,能接收并协调内外部用户的情报需求,形成侦察任务并组织开展与实施,接收、下达任务指令,辅助生成侦察任务与生产计划,并对任务执行全过程进行跟踪和监视,实现情报的切实保障。

(3)综合态势显示

根据不同需要,对陆海空天电各类目标(包括航迹、轨道或侦察范围)、重要战略目标和作战目标进行综合或分类显示,实现对战场环境和气象水文信息的模拟展示,形成战场态势分布图,支持二维、三维两种显示模式。

(4)战场态势推演

利用红蓝双方的作战意图、兵力部署、主要作战任务、作战强度及作战规则等情报,依据作战计划的执行序列和进程,提供对战场环境和作战行为的建模,完成对各个作战阶段中由作战部署和作战行动所形成的状态和形势的逐步演练,实现对参战各方作战行动和行动效果的顺序演示,辅助指挥人员分析作战预案,制定并检验作战计划,评估敌方武器系统作战效能。

(5)对抗演练

支持仿真想定制作与规一化,完成对蓝方的战场感知、任务规划和作战行动的想定与模拟,采用红、蓝双方对抗模拟演练的方式,整个演习过程可实施人工干预与导调控制,实现由白方(导演方)诱导对抗双方做出相应反应,以便选取最优的作战部署与运作方案[3]。

(6)侦察力量显示

完成对我属陆海空天电的侦察力量部署、调度、运行、信息传输、路由选择、通联关系、网络组成等情况的综合显示。

(7)侦察协同仿真

基于侦察资源知识库,对被侦察目标、侦察资源及其侦察活动进行仿真模拟,完成对侦察资源的协同侦察运作演示与效能仿真,通过对单一侦察手段、系统或平台以及不同种侦察手段、系统和平台组合后对指定监视区域内目标的侦察性能分析评估,提供侦察资源的优化配置建议,为指挥人员制定最优的侦察任务提供辅助决策支持。

4 关键技术

4.1 指挥信息系统体系的总体设计技术

目前,情报指挥信息化建设还处于相对较低的水平,而现在无论是企业还是政府部门领域,无纸化协同办公平台和商务交互平台都已被广泛应用。本系统旨在建设一个完整的自顶向下涵盖多区域、多方向的一体化指挥协调系统,因此在项目建设的前期,需从系统需求、工作模式、工作流程、指挥层次结构等诸多因素着手,切实了解并把握情报指挥流向关系与具体业务需求,设计并开发高效、快捷、实用的仿真与指挥平台。

4.2 指挥辅助决策技术

(1)指挥预案生成与校验技术

指挥预案生成技术是指挥自动化系统辅助决策的一部分。传统的指挥作战指挥预案是指挥员根据过去的作战经验而拟定的,但是由于它是根据指挥员以往的经验而制定的,所以缺陷也是很明显的。随着现代作战手段的不断丰富,这种预案生成的方法的弊端也越来越明显。因此,本系统主要研究根据大量的指挥预案方案,通过机器学习来生成指挥预案模板;在辅助决策时,系统将自动根据当前情报信息,来智能地匹配相似度最高的预案模板。

(2)侦察效能仿真技术

侦察效能仿真技术的研究分为两个方面,一是研究在多种侦察手段和侦察设备存在的情况下,能实现侦察范围最大化的组网方式。组网方式包括各侦察设备的位置和关系;二是在指挥官定制的侦察范围内,由系统自动生成所需要的侦察手段、侦察设备位置和数量等信息。本系统拟采用的技术为构建侦察效能模型库、侦察设备知识库,适当运用推理技术来完成演算功能。

(3)系统检测和模拟演训技术

指控系统中的模拟演训技术是一个新兴的需求,主要是为了让受训人员在模拟环境中熟悉业务处理流程、提高作战分析和处理能力而制定的演练系统。演练系统的关键技术包括模拟环境的搭建、模拟环境中情报源的模拟仿真等。

(4)人工判证与辅助决策专家知识库技术

在综合信息处理过程中,对情报收集和目标判证尤为重要。指控系统中目标信息来自各种侦察手段,为了准确地对目标进行判证,需要采用多源信息融合技术来对多种途径获取的信息进行综合、互补与印证。在研究指控系统的人工判证技术中,本文运用专家知识库技术,通过建立目标本体、目标判证规则库等知识库技术与多源信息融合技术相结合的方式来提高目标的判证准确性和可靠性。

4.3 系统架构的可重用/可重组技术

为了使本系统在应用层面上能快捷、高效地自适应不同指挥控制流程及其变更,而无需系统的二次改造与开发,需研究系统架构的可重用/可重组技术,增强软件的可重用性、可重组性和可扩展性,提高软件的质量和可靠性,保证应用软件之间良好的互操作性。

5 结 论

战场仿真与指挥协调系统是未来战争的中枢,也是国家信息基础设施和国防信息基础设施的重要组成部分,它以陆海空天电一体化信息网络为载体,将多手段、多来源的侦察系统连接在一起,综合集成为陆海空天电一体化的信息支撑体系,采用自顶向下、逐级分解、分层管理的思想,通过红蓝双方侦察力量对比、全球热点态势推演、侦察系统效能仿真以及红蓝双方对抗演练等技术手段,合理组织,及时协调,有效调度,使之有序、高效、最优地运行,实现决策前评估、实施中监控、行动后分析[4]。本文提出的战场仿真与指挥协调系统的体系结构和功能构成,对规划我国一体化指挥控制系统建设,促进一体化指挥控制技术的发展具有重要意义。下一代指控系统需要紧密结合战场环境,具有融合协调多源情报信息的能力、智能辅助决策的能力等。

[1] 雷鸣,冯永浩.基于VRML技术的分布交互式虚拟战场仿真[J].计算机仿真,2003,20(11):26-29.LEI Ming,FENG Yong-hao.The Distributive and Interactive Simulation of Virtual War Invironments Based on VRML Techniques[J].Computer Simulation,2003,20(11):26-29.(in Chinese)

[2] 王小非.美军指控系统发展及其对我海军舰载指控系统建设的启示[J].舰船电子工程,2010,30(5):1-5.WANG Xiao-fei.Development of Command&Control System of US Navy and Its Implication on the Building of the Ship borne Command&Control System of our Navy[J].Ship Electronic Engineering,2010,30(5):1-5.(in Chinese)

[3] 秦大国,周威.空天信息系统一体化指挥控制系统体系结构研究[J].装备指挥技术学院学报,2009,20(1):64-68.QIN Da-guo,ZHOU Wei.Architecture Research on Integrated Command and Control System of Air and Space Information System[J].Journal of the Academy of Equipment Command&Technology,2009,20(1):64-68.(in Chinese)

[4] 王志坚.陆军指挥控制信息系统总体设计[J].电子工程师,2006,32(5):66-69.WANG Zhi-jian.System Design of Army Command Control Information System[J].Electronic Engineer,2006,32(5):66-69.(in Chinese)