面向作战仿真的指控系统建模技术研究*

李 涛，任义广，姜青山

（1.海军航空工程学院，山东 烟台 264001；2.海军装备研究院，北京 100073）

面向作战仿真的指控系统建模技术研究*

李 涛1，2，任义广2，姜青山1

（1.海军航空工程学院，山东 烟台 264001；2.海军装备研究院，北京 100073）

重点研究指控系统的建模技术，建立了群指挥所、方面作战指挥所和平台指挥所三级指控系统的模型，并确立了三者之间的层次和控制的逻辑关系。从作战方案和战术响应两方面对指控系统进行“静态的”和“动态的”建模，实现了作战双方基于感知态势的闭环仿真。这些模型在海军某作战仿真系统中得到了应用，仿真实验表明该指控系统模型满足作战仿真系统的作战需求，能够提高作战仿真的真实性和合理性。

指控系统，建模与仿真，作战方案，态势图

0 引言

随着我军信息化水平的不断提高，基于信息系统的体系作战能力的仿真与评估已成为我国作战仿真领域研究的热点、重点和难点问题。如图1所示，作战仿真过程中，一般采用OODA（Observe、Orient、Decide、Act）的方式进行情报收集，数据融合处理，任务决策和行动，实现各仿真实体从真实态势获取信息，通过通信、融合等手段完成信息的关联并形成感知态势，再通过基于感知态势的决策产生指挥控制指令，并通过通信等手段作用于执行机构，最终由执行机构的运动、交战等行动作用于真实态势的全过程［1］。

图1 OODA的决策过程

其中，指挥决策是军事行动中的胜败决定性因素之一。军事仿真特别是实时交互式军事仿真应用中，指控系统及指挥关系的建模与仿真具有重要意义。一般而言，指挥所被视作单一通信与指挥节点，无须考虑其内部的组织结构与互动关系，对于由多个指挥节点构成的联合指挥部，往往视为不同的指挥节点构成的指挥所网络，通过一定指挥关系建模实现关联。群指挥所的各个方面作战指挥所和平台指挥所，一定程度上是群指挥的幕僚和执行机构。

本文主要针对具有各自感知态势的群指挥所、方面作战指挥所和平台指挥所的建模与仿真方法展开讨论［2-4］。通过对各类指挥所指挥控制系统的建模方法研究，设计群指挥所、方面作战指挥所和平台指挥所模型，建立符合某海军作战仿真系统作战需求的多级指控网络，实现实体基于感知态势的实时决策，提高作战仿真的真实性和合理性。

1 指挥所层次结构与指挥关系

1.1 定义与描述

对于各级指挥所来说，建模的三大要素都是作战方案、战术规则和态势图。为了更好地对本文描述的三类指挥所及其要素进行说明，本节对文中用到的主要术语进行了定义域描述。

群指挥所：可以描述多军种联合作战或军种内多兵种作战中的各级指挥所，如航母战斗群指挥所，能够用来组织兵力指挥层次，每个群指挥所可以包含一个或多个下级群指挥所。

方面作战指挥所：负责特定任务类型的指挥，如空战、打击战、水面战、反潜作战等，方面作战指挥所作为群指挥所的幕僚或执行机构，应该隶属于某个特定的群指挥所。方面作战指挥所只能指挥其所属的群指挥所包含的作战兵力来实施其作战计划和战术方案。

平台指挥所：平台指挥所与作战平台一一对应，即每个作战平台都会有一个位于其上的平台指挥所，外部对作战平台或作战平台内部子系统的控制，都是通过平台指挥所实现。同样，平台指挥所作为群指挥所的幕僚或执行机构，应该隶属于某个特定的群指挥所。

作战方案：司令部根据首长决心拟制的对作战进程和战法的设想。通常包括情况判断结论、上级企图和本部队任务、友邻任务及作战分界线。各部队的编成、配置和任务。作战阶段划分。各阶段情况预想及处置方案，保障措施、指挥的组织等。是制定作战计划的基础。一次作战行动可有一个或数个作战方案［5］。作战方案侧重于对指挥官行为“静态的”的描述，即预定的行为。

战术：选择触发器、触发条件和作出战术响应。选择触发器和触发条件主要是指战术态势应具备的条件，以及针对一个战术态势需要动态执行的战术。战术响应是指一个进行响应的平台对敌方的当前态势应该执行什么样的战术行动，战术规则侧重于对指挥所行为“动态的”描述，即“满足何种条件时采取何种应对方法”。

态势图：态势图是敌对双方作战力量部署、行动所形成的状态和形势。态势图由每个平台携带的信息融合系统生成［6-8］，而且每个指挥所只有一个态势图，关于态势图的生成在文献［9］进行了详细介绍，本文不再累述。

1.2 指挥所层次结构与指控关系模型

在多军种联合作战或军种内多兵种作战中，高级指挥所具有复杂的内部结构和协调机制。联合指挥所内部各层级指挥所之间指挥关系具有固定的模式，群指挥所拥有全局指挥决策权责，方面作战指挥所拥有方面指挥决策权责，而平台指挥所则对于专业兵种拥有指挥管理权责，各级指挥所根据各自融合的态势进行指挥决策。

仿真系统应该允许用户定义交战双方对应的指挥结构。其指挥结构是从联合作战级、军兵种级到兵力单元级的层次性指挥组织结构。本文设计的各级指挥所的层次关系如图2所示，每个群指挥所可包括多个子群指挥所、方面作战指挥所、平台及其平台指挥所。方面作战指挥所只能直接隶属于某一个群指挥所，而每个群指挥所可以有多个下级方面作战指挥所，这些方面作战指挥所向群指挥所请求以获取作战平台的使用权。在用于执行任务的作战平台出现不足时，由群指挥所按预先设置的方面作战指挥所优先级进行协调。平台指挥所与平台一一对应，即每一个平台或设施上都有一个作战平台指挥所。

图2 指挥所层次关系图

2 群指挥所建模

根据不同的作战类型，群指挥所可分为编队指挥所和后勤群指挥所。编队指挥所类用于表示通用的海军编队指挥所，如航母编队指挥所，水面舰艇编队指挥所，两栖作战指挥所等等。后勤群指挥所类用于表示海军地区性后勤群指挥所。对于群指挥所而言，没有战术规则，主要制定大的作战方案，作战方案用于表示预先计划的作战行动。本文重点对编队指挥所类的作战方案的群运动方案、方面作战优先级和群传感器调度计划进行介绍。

2.1 编队运动计划模型

群运动计划用编队运动、编队和行动点属性来描述。从总体上看，群运动是由点及该点上的开始行动构成的。

编队运动计划适用于水面舰艇、潜艇和车辆。在这种运动计划下，一组平台会沿着某条航线前进，每个平台都与基准平台保持一定方向和位置的偏离。按编队运动的平台将随编队一直行进，除非接收到指挥所安排需要转向的任务，否则将直到仿真结束。如果接收到指挥所安排需要转向的任务，一旦任务完成，平台将恢复编队运动模式。

2.2 方面作战优先级模型

方面作战优先级计划用方面作战优先级和行动点属性来描述。方面作战优先级属性是一个关于任务区域（防空、反潜、水面战、打击战、信息战等）优先级的排序表。这个排序表用于确定在平台数量受限时以何种顺序优先执行哪一个任务计划。行动点则准确说明了方面作战优先级发生改变的时间序列点。因此，行动点属性最终描述了一个时间序列以及在这个序列的每个时间点上编队执行的新的方面作战优先级。

2.3 编队传感器开关计划模型

编队传感器调度计划用编队传感器调度属性来描述。编队传感器调度用编队内所有传感器与调度的配对表形式来表示。调度有6个基本的类型：常开，常闭，限定间隔，定期开关，随机间隔时间，定期事件驱动。群指挥所传感器调度可被平台的传感器调度改变，同样，平台的传感器调度也可被群指挥所传感器调度改变。传感器的状态主要看最近时间点的群指挥所和平台指挥所的调度计划。

3 方面作战指挥所建模

方面作战指挥控制，反映了海军组织、训练、作战方式的基本方式。美军通用联合任务清单（UJTL）和通用海军任务清单（UNTL）［10］提供了美国海军平时或战时联合部队或海军部队执行的主要任务。根据我海军的作战使命，方面作战指挥所可以用于空战、水面战、水下战、打击战、水雷战、两栖作战、信息战和特种作战等。每个方面作战指挥所均有其作战方案和动态战术响应组成。

3.1 方面作战指挥所作战方案模型

根据作战条令，每一种作战方案都应该具备相应的作战方案，作战方案由一定的指控要素组成。方面作战指挥所作战方案模型就是对每个作战方案的指控要素进行建模。如表1所示，对海打击作战方案模型主要包括出动兵力要素、作战任务要素和攻击数据要素组成。其他的作战方案模型不再一一赘述。

表1 对海打击方案模型

3.2 方面作战指挥所战术模型

方面作战指挥所战术模型用一系列触发条件和战术响应来定义，与战术对应的触发条件和触发信号定义了当前态势图应具备的条件。方面作战指挥所战术模型就是触发条件和相应的战术响应之间的关系。

首先定义方面作战指挥所应该做出的战术响应，本文列举了引导战术、监视战术、规避战术和打击战术四类，然后根据作战条令、作战经验或具体的作战想定，列出这四类战术响应时，战场态势应该满足的条件。如下页表2所示，本文列出了方面作战指挥所级战术触发的13类情况，包括优先级、目标、时间、区域、毁伤等限制条件，当这13类条件满足某一战术的触发条件时，方面作战指挥所则执行这一战术。所有的方面作战指挥所的战术响应都是按当前态势情况与这13种触发条件的排列组合进行匹配而使其触发的。

4 平台指挥所建模

每个作战平台均有平台级的战术以及来自于上级指挥所（群指挥所或方面作战指挥所）的作战计划。平台指挥所主要用来控制本平台的运动系统、通信系统、武器系统、探测系统等子系统来完成上级的作战计划，并按一定的作战规则进行战术响应，因此，平台指挥所模型主要是指平台级的战术模型。与方面作战指挥所战术模型类似，平台级的战术模型就是触发条件和相应的战术响应之间的关系。如表3所示，本文以本台自主战术、飞机返航战术和潜艇下潜战术为例列出了这3个战术的触发条件。

表2 触发条件与战术响应之间的关系

作战平台在群指挥所、方面作战指挥所和平台指挥所的共同作用下执行作战任务。通过触发条件和作战计划的设置可以实现群指挥所对下属方面作战指挥所、下属平台指挥所，甚至下属平台子系统的控制。

表3 触发条件与战术响应之间的关系

5 仿真案例验证

为了对文中所描述的指控系统建模方法进行仿真验证，本文设计了一个仿真案例，仿真案例详细内容和建模过程描述如表4所示。

表4 仿真案例描述

通过上述对红蓝双方的兵力指挥控制的建模，实现了双方兵力的对抗仿真。其中红方对蓝方水面舰艇突击仿真态势如图3所示，蓝方水面舰艇协同防空仿真态势如图4所示。

图3 红方飞机对蓝方水面舰艇突击

图4 蓝方水面舰艇编队防空

6 结束语

指控系统建模与仿真是武器装备体系对抗仿真需要突破的关键技术。经过科研人员的不断探索与拓展，指控系统建模目前已成为海军某重点实验室的重要研究领域之一。本文根据海军的使命任务建立了群指挥所、方面作战指挥所和平台指挥所三级指挥控制系统的模型，并确立了三者之间的层次和相互控制的逻辑关系。通过作战方案模型和战术模型分别对指挥控制系统进行“静态的”和“动态的”建模，这种建模方法不仅建立了海军各级指控系统与作战任务的匹配关系［11］，而且建立了海军作战行动中基于态势的具体作战规则，实现了作战双方基于感知态势的闭环仿真。这些模型在海军某仿真系统中进行了仿真验证，仿真试验表明该指控系统模型能够满足海军某作战仿真系统的作战需求，提高了作战仿真的真实性和合理性。

指控系统建模与仿真对于大规模多分辨率仿真应用意义重大，本文所做的研究与讨论与具体业务流程结合尚有一定改进空间。比如，在实际军事应用中，联合指挥部内各指挥所的分布可能不同的地点或载体上，进行仿真时需要考虑其复杂的组合关系。

［1］Li T，Liu L，Zhou S P，et al.The Research on the Information-focused Model System-of-systems Framework［C］//ICEIEC2013，Beijing，2013（9）：167-170.

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Research on C2 System Modeling Technologies Oriented to Military Simulation

LI Tao1，2，REN Yi-guang2，JIANG Qing-shan1
（1.Naval Aeronautical Engineering Institute，Yantai 264001，China；2.Navy Academy of Armament，Beijing 100073，China）

The modelingtechnologies of command and control（C2） systems are primarily investigated and three levels C2 models includinggroup command post，aspect operation command post and platform command post are built in the paper.The logical relationship of level and control between the three models is established.Both static and dynamic C2 models are built from both operation plan and tactics responseaspects thatrealized the closed loop simulation based situation awareness of both operation sides.The models have been applied in one naval military simulation system.Simulation testing showed that the models of C2 system satisfied the operational requirements of the navy military simulation system，improved the authenticity and rationality of military simulation.

C2system，modeling and simulation，operation plan，situationpicture

TP391.9

A

1002-0640（2015）07-0100-05

2014-05-15

2014-07-07

军队预研基金资助项目（9140C910302120C91310）

李 涛（1982- ），男，山东泰安人，工程师，博士研究生。研究方向：兵种战术、军事建模与仿真。