基于全分布式处理的统一态势生成技术研究

梁　健，陈晧晖

(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081；

2.总参陆航部装备发展办公室，北京 100012)



基于全分布式处理的统一态势生成技术研究

梁健1，陈晧晖2

(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081；

2.总参陆航部装备发展办公室，北京 100012)

摘要战场信息共享作为联合作战指挥的必要前提，发挥着极其重要的作用。简要介绍了统一态势的军事需求，分析了传统处理方法的不足，提出了统一态势实现的关键技术，即全分布式信息融合、统一态势标绘和统一情报分发数据链，并结合工程经验，分析了工程应用中的具体问题和解决方法。通过一个指控系统设计，介绍了全分布式统一态势生成技术的实际应用。

关键词统一态势；信息融合；态势标绘；全分布式处理

0引言

态势是指战场空间中兵力分布和战场环境的当前状态及发展变化趋势[1]。随着“网络中心战”概念的提出和近几场局部战争的实践，统一态势成为多军兵种联合或合同作战指挥的“核心”，是指挥员统揽全局、知己知彼的保证。通过战场信息共享，确定统一敌情、我情，使得不受地点约束，联指及军兵种指挥员能够看到的和理解的是一致的战场态势，包括作战目标的地理位置、身份信息、属性特征和友邻协同作战部队的状态等以及可能的发展变化趋势，这样才能保证联合作战资源合理分配、无缝指挥交接及准确的任务协同，还能够避免友军之间相互干扰和误伤。传统的集中式或传感器级处理结构为多源信息最终聚集到一个中心进行处理，已经不适应网络环境下多节点信息交互、功能协同的要求。本文分析了基于全分布式处理的统一态势生成技术，相对传统处理方式具有分散处理压力、信息共享快、航迹质量好和可靠性高等优点。

1分布式多源融合技术

战场信息实现共享，并不是简单的信息叠加，必须通过数据融合形成统一态势。要实现陆海空天电彼此间不同属性的信息汇集、去除矛盾、相互印证，弥补单一来源、单一平台情报信息的不完整、不精确和不确定，最大限度地运用已掌握的信息，提高情报信息的质量和识别准确度，其核心技术是多源、多平台、异构信源的情报信息融合。

1.1数据融合系统结构模式

典型多源融合系统有以下几种结构：

① 集中式方法或“中心级融合”方法[2-4]。如图1所示，融合系统中各源只获取检测信息，将分布式网络上各传感器跟踪数据全部送到中心处理器，在那里只保持一个主轨迹文件，这条轨迹不断由各个源的数据更新。

此类系统的优点是信息损失小，集中处理、错误关联的机会低，可以产生更高质量的轨迹和更精密的跟踪。但这样传送的数据量大，要求通信容量大、成本高，同时要求中心处理器有较强的计算能力。这种方法的可靠性不高，因为中心的单个处理器成为系统性能的关键。

图1　中心级处理

② 分布式或传感器级跟踪。如图 2所示，融合系统中各传感器不仅获取检测信息，同时每个传感器跟踪所得到的观测数据形成它自己的轨迹文件，然后将这些本地的轨迹送到中心处理器，在那里进行轨迹与轨迹的融合，最后形成一个中心的轨迹文件。

图2　传感器级跟踪

此类系统的优点是通信开销很小，但信息损失相对大。这种方法的优点是分散了计算负担，大大降低了融合中心的计算负担[5]，又因为传送传感器级轨迹的频率要低得多，所以通信负担也降低了。这种分级式跟踪提高了系统的生存能力，一个传感器出问题，对其他传感器轨迹影响不大。但是融合处理中心对于多源情报汇集处理难度压力仍然较大，系统用户对于融合处理中心依赖严重。

1.2全分布式数据融合技术

在联合合同作战中，统一态势是基础，多源信息融合由参与系统的各处理节点分布处理、共同完成[6]。它不同于传统的集中式处理和分级式的分布式或传感器级数据处理方法，实现了融合网络中诸节点之间在信息和功能上的完全相互支撑[7]。它要求网络中各节点必须严格执行协调一致的目标报告职责和统一的航迹处理规则来实现，其结构如图3所示。参与用户“各献所知，各取所需”，通过分布式处理，完成本级发现目标与全网目标的融合。此结构有如下优点：分散了集中处理的计算压力和网络传输压力，保证了态势信息的实时性；分布各节点融合策略一致性，保证了航迹处理质量；系统用户对态势的获取不依赖于唯一的处理中心，提高了系统的可靠性。

图3　全分布式融合处理

1.3分布节点的融合处理策略

1.3.1报告职责

报告责任用来保证网络上报告的目标航迹只来自于拥有最优目标位置数据的单元，报告职责由首先发现或起始航迹的节点启动，并遵循统一编批原则，应从系统统一分配给该节点的目标编识号段中为目标航迹指定标识。如果某节点持有的本地航迹质量比从网络上收到的其他来源航迹质量高，则该节点承担公共航迹报告职责，如果某节点持有本地航迹但是持续一段时间未收到统一航迹报告，则该节点也承担统一航迹报告职责。

本级节点应该仅把自己具有报告职责的目标(即本地传感器发现的目标)分发参与全网统一航迹生成，不应随意向网络分发不是自己发现的目标航迹，一方面可能会因为与其他来源报告冗余增加节点融合处理工作量，一方面节点融合处理统批再返回也会增加本级节点信息处理量。

采用报告节点的编号来标识网络上目标航迹的数据来源。对于动态航迹，时空对准是必须的，因此航迹点迹报告应带有时间戳，可以使用绝对时间或相对时间，前提是全系统进行校时。具有报告职责的节点应提供数据源的可靠性、探测精度信息，或者报告航迹质量，目的是为该航迹的使用部门在进行武器参数装订时提供参考。

关于数据校准，可通过如下3种方法：

① 地理位置校准。通过定位设备或相对导航定位方法确定本级节点自身的精确位置，并进行周期性调整[8]。

② 本地传感器校准。周期监视远端单元，通过比较合作目标报告的远端单元位置和本地传感器探测得到的远端单元位置，计算出校正变量，并将计算出的这些校正变量加到本地传感器的数据上，用于补偿传感器的校准差；另外传感器注册也可以通过比较远端单元报告的远端优质航迹和本地传感器获得的数据进行。

③远端网络参与单元误差。通过比较从某个选定的远端参与单元收到的远端航迹和本地数据，确定误差修正值，然后利用修正值修正该远端传感器误差，从而修正自该参与单元收到的目标航迹位置数据。

1.3.2统一标识原则

在信息传输处理过程中，应对目标进行唯一识别编号。为避免目标编号冲突，各节点应划分号段使用目标编号。

每个节点应确保不使用相同的编号报告2个不同的目标航迹，不分配多个编号给同一个航迹。各节点还可以建立自己的标准，用于航迹初始化、编号分配及批号与目标编号的关联映射处理，并使用编号在网络上进行报告。具有报告职责的节点应负责对编号进行说明，一旦分配某个编号用于报告战术信息，不管是哪个节点报告的，只要该航迹的数据在网络中报告，该编号将一直与该航迹的数据相关联。节点应从划分给自己的号段中，按顺序分配使用可用的编号。当目标消失后应及时释放占用的编号，以保证本节点编号达到最大允许值后再次利用。

1.3.3航迹一致性原则

航迹一致性原则包括：

① 合作目标飞行航迹报告与监视目标航迹关联综合。由于合作目标运动航迹也会被我方传感器(本地传感器和远方传感器)发现，会造成目标主动报告与传感器报告的冗余，因此需要进行航迹关联去重。关联成功后应保留唯一目标航迹号以去除网络上冗余航迹信息，并将航迹信息保存到本地航迹记录中。

② 本级报告的监视目标与统一态势目标关联综合。 本地传感器发现的目标与统一发布态势目标进行融合，与统一态势相关的目标不在网络进行报告，同时记录其关联关系，维护批号对照表；不相关目标统一编批后再进行网络分发；同样记录本地编号与统一态势批号对照关系。

③ 统一态势与本地其他来源态势融合。本级节点接收网络分发的统一态势目标后，与本地其他来源综合情报进行航迹融合(可按本地编批规则编批)，识别其关联关系，如本级综合航迹与全网统一航迹相关则通知本级各应用部位，在目标标牌显示中增加显示统一目标编号。

各分布节点应及时将目标航迹相关信息进行交互以减少全网信息报告的冗余。

1.3.4航迹统一管理原则

态势是动态变化的，因此各节点应及时响应航迹管理命令，实现目标消失、合批、分批、改批和纠批，以及时反映态势变化，例如空情分钟级不更新应及时删除。应该为本地局部航迹和全局统一态势航迹设置不同的消批时间，因为本地发现的航迹往往需要通过多个周期的连续跟踪检验以确认目标，而统一态势目标具有较高置信度。

通过本地报告与网络中统一态势的融合，保证全网态势的一致性，并尽量避免目标航迹重名多名冲突现象。一旦发现冲突应以目标航迹相关命令进行全网通报。

航迹管理应以自动处理为主，人工处理为辅，通过人工干预修正自动处理的问题。

1.3.5作战信息的按需分发规则

由于网络中大量目标航迹情报近实时传输以实现信息快速共享，但各用户可能不需要全部的信息，因此各节点应具有筛选过滤功能，以满足不同用户的对不同区域、不同类型的目标态势的需求。通常可按陆海空类别、敌我、型号和地理范围等进行筛选。可分为本地过滤和远端过滤，可以为远端任务平台进行信息过滤，也可以根据任务用户需求对本地使用信息进行过滤，以实现信息按需分发并减轻信道传输压力。

2统一态势展现规则

态势的可视化形式是态势图，该图由底图及在底图上标绘的描述各态势元素信息的一系列军标队列符号覆盖层构成[1]。态势图的本质是用图形描述的数据。要实现各类相关人员共享的态势感知作战图像一致，做到“一图抵千言”，必须对态势表现的方法进行规范化统一要求。

2.1统一军标标绘要求

全系统应对态势标绘使用的军标形状、颜色、大小、方向和显示方式等进行统一规范，以保证态势显示效果的一致性和表达含义的确定性。例如使用统一的颜色标识敌我友，对特定事件用红色进行标绘，重点关注目标出现大机动事件通过军标闪烁进行用户提示等，以保证各级不同地点的用户看到的和理解的态势没有二义性。

2.2目标/航迹显示要求

动目标标牌应采用可拖动方式显示其目标编号、运动参数和来源等信息，应提供简标牌、全标牌和定制标牌等，以保持目标批量较大时态势视图直观、简洁、清晰；提供图上目标的基础资料关联查询显示功能；提供重点目标列表显示功能；运动目标应提供全航迹和部分航迹显示功能，支持航迹拖尾用点和线不同方式显示，以更好满足用户对于全程监视和当前态势的认知的需求。

2.3专题态势视图定制要求

面向战役指挥、战术决策等不同应用，会产生不同的态势图。应用于战术层次的共用战场态势图按其支持功能分为战术级态势图和武器级态势图2个层次[9]。由于关注重点不同，用户可按多种视图进行全局态势和局部态势定制，比如敌情态势图、包含交战各方空、地、水动态和静态目标当前位置、可能的机动、部队部署及行动的作战态势图等，还可针对重点关注目标、热点关注区域等生成专题态势图，以满足不同用户不同任务的需求。

3支持战术级应用的专用数据链

准确的态势必须要从传感器快速分发到指控系统和武器平台，才能够充分发挥对作战的保障作用，才能将信息优势转化为决策优势和火力优势。全分布式融合系统的效能与其依赖的通信网络结构有密切关系，数据链是各平台数据融合节点之间快速交换传感器数据的主要手段[10,11]。

战术数据链是用于传输机器可读的战术数字信息的标准通信链路。战术数据链通过单一网络体系结构和多种通信媒体，将2个或多个指控或武器系统连接在一起，从而进行战术信息的交换。与一般的通信系统不同，数据链系统传输的主要信息是实时的格式化作战数据。数据链具有以下几个主要特点：信息传输实时性、信息传输可靠性、信息传输安全性、信息格式一致性、通信协议有效性和系统运行自动化。这样才能充分利用共享信息探测感知优势，使得对目标进行“发现—锁定—跟踪—攻击—评估”这一攻击链缩得尽可能短。

4全分布式融合系统应用

以英国Mk2A-AEW海王预警直升机系统为例说明全分布式融合处理应用。该机加装了监视雷达、敌我识别询问/应答机等，可利用Link16号数据链与网内其他用户及联军“阿帕奇”等攻击平台实现作战信息共享，并可引导6架飞机对空中目标实施截击。以地面指挥中心和预警直升机协同指挥联军飞行编队对敌方空中目标进行截击为例，来分析各阶段态势生成与共享的过程。

地面指挥中心、预警直升机及飞行编队构成了一个全分布式三级融合结构，融合结构如图4所示。

图4　系统融合结构

地面指挥中心节点融合功能：接收来自地面多个信息源以及预警直升机、作战编队报告的空情，生成广域空中态势；向空中平台广播态势；出航阶段指挥引导所有空中平台，进入作战空域后向预警机移交编队指挥权，监控编队作战态势。

预警直升机节点融合功能：自身携带的雷达、ESM和IFF等多传感器探测信息进行一次融合，生成机载局部航迹，获得目标属性信息；与接收的地面指挥中心以及编队报告目标航迹进行二次融合，生成空战区域全局空情态势并进行威胁分析；通过空地链路向地面指挥中心报告空中态势，使预警直升机全局态势与地面指挥中心广域态势一致，通过空空链路对编队进行态势分发和威胁告警，使其掌握全局态势，从而使得空地、空空态势保持一致；通过空空链路为编队各机合理分配拦截目标和进行引导解算提供支持。

编队各机融合功能：出航阶段，编队长机和僚机接受地面指挥中心指挥，接收地面指挥中心和空中预警直升机分发的空情态势；空战阶段，指挥权移交空中预警直升机，预警直升机分配目标或者长机为僚机分配目标；各机通过本机观瞄或雷达搜索标定目标生成局部航迹，并向预警直升机报告，接收预警直升机分发的目标指示消息，进行关联处理以确定锁定目标是否为分配拦截的目标。

地空指挥机构态势和作战平台综显画面显示遵循统一标绘要求，使用相同军标、颜色等对目标及其行动进行绘制，以保持指挥员和飞行员对于态势理解的相对一致性。

战场态势一致性分析：

① 作战编队局部航迹与空中预警直升机全局航迹一致。预警直升机发现目标后对作战编队进行目标指示，作战飞机利用机载观瞄或雷达搜索发现目标后生成局部航迹并向预警直升机报告，预警直升机将其与自身传感器探测的目标局部航迹进行关联、融合，以生成预警直升机的全局航迹，并将关联融合结果反馈作战飞机，从而保持了态势一致性。

② 地面指挥中心、预警直升机和飞行编队作战态势一致。空地、空空各平台之间因为作战信息的分发、融合处理及融合结果交互实现了敌方目标航迹以及属性信息共享，通过统一标绘原则实现了敌方态势展现一致，叠加己方平台飞行航迹和指挥关系后实现了作战态势的一致。

5结束语

全分布式融合处理面临几方面的挑战，包括接入的情报信源多，来自陆海空天电多种传感器，种类繁多，数据量大，情报处理差异性大[12]；多节点输入信息差异较大造成传统算法不适应；节点信息共用造成后续节点信息冗余；后续节点估计和噪声受共用节点多次影响等等。还需要从消除信息冗余、滤除共用信息节点估计和噪声对后续节点多次影响、寻求多源大差异信息的柔性融合方法等方面入手进行研究解决。

参考文献

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梁健女，(1976—)，高级工程师。主要研究方向：信息处理。

陈晧晖男，(1974—)，高级工程师。主要研究方向：指挥自动化和装备定型。

引用格式：梁健,陈晧晖.基于全分布式处理的统一态势生成技术研究[J].无线电工程,2016,46(1):12-15,24.

Research on Uniform Situation Generation Technology

Based on Full Distributed Processing

LIANG Jian1,CHEN Hao-hui2

(1.The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,China;

2.EquipmentDevelopmentOfficeofArmyAviation,PLAGeneralStaffHeadquarters,Beijing100012,China)

AbstractAs the basis for Joint Operation Command,battlefield information sharing plays a very important role.This paper briefs readers on the military demands on uniform situation,analyses the demerits of traditional processing methods,and then brings forward the key technologiesto achieve uniform situation:full distributed information fusion,uniform situation plotting and uniform information distribution data link.With project experience combined,the paper analyses problems in engineering applications and the correspondent solutions.Finally,the practical application of theuniform situation generation technology based on full distributed processing is introduced through a Command and Control system.

Key wordsuniform situation;information fusion;situation plotting;full distributed processingg

作者简介

收稿日期：2015-10-14

中图分类号E994

文献标识码A

文章编号1003-3106(2016)01-0012-04

doi:10.3969/j.issn.1003-3106.2016.01.03