一种水面舰艇作战信息交换仿真模拟系统设计与实现∗

姚 撼 李胜勇 陈佳俊 尤俊郎

（海军工程大学电子工程学院 武汉 430033）

1 引言

水面舰艇作战系统由各种作战子系统按照一定的指挥关系、组织关系和运行机制构成，是现代战争的重要支撑，通常具有较为复杂的体系结构［1］。

利用网络模型分析水面舰艇作战活动过程及信息交互关系，是当前作战建模仿真领域研究的热点和难点问题。国内外相关研究最早可追溯至20世纪60年代，当前主要集中在体系结构分析、作战力量编组、复杂系统建模、作战效能评估等方面。如美军先后提出权力边缘［2］、敏捷性优势［3］等先进作战理念，并依托ELICIT实验平台，围绕作战网络开展体系融合、动态控制、深度协作等研究，以成功应对动态和不确定环境的各种挑战；美国Jeff Cares［4］解析了分布式网络化作战的结构特点，建立了信息时代的战斗网络模型；滕克难等［5］建立了水面舰艇反导作战网络，并对网络化组织作战过程进行度量。

水面舰艇作战系统［6］是对作战体系组成部分的结构、相互关系的模型化描述。信息流描述了水面舰艇作战体系中信息的传递过程及活动特征，是对作战流程的有效反映［7］。本系统旨在优化舰船指挥控制系统的设计，提高其协调工作能力；利用全面的信息交互分析［8］，提供更加全面的系统交互数据内容，提高辅助决策的能力；提供从系统工程的角度思考水面舰艇信息化系统的整体设计，强调系统之间的协同工作。基于上述，设计与研制一套模拟系统对水面舰艇信息系统体系形成以及体系作战能力生成具有重要意义。

2 系统总体设计

选择信息流［9］作为切入点，研究作战活动过程，分析信息交互关系，理清信息类型、内容及流向，能够有效降低建模问题的复杂度，较好地解决作战过程分析和信息交互研究中系统性、层次性和针对性不足的问题［10］，并从机动数据模拟、平台状态信息处理、作战相关系统状态发布、不同作战系统之间信息交互、信息交互展示五个主要功能进行了设计。

2.1 系统架构设计

软件的总体架构分为三层：基础层、服务层、应用层。在该体系架构中，每一层承担两个角色，为上层提供服务和利用下层提供服务。其中，基础层由服务器及网络设备、操作系统及程序编译运行环境组成：服务层提供公共的基础服务，主要包括公共函数库、UDP/DDS报文结构；应用层实现作战相关系统的模拟以及人机交互界面，模拟系统包括本舰作战指挥控制系统模拟、舰载直升机作战指挥系统模拟、航空管制系统模拟、综合导航系统模拟、综合气象水文系统模拟、武器系统状态模拟。作战信息交换仿真模拟器总体框架图如图1所示。

图1 作战信息交换仿真模拟系统架构图

2.2 系统流程设计

使用面向数据流的方法对作战信息交换仿真模拟软件的各功能子系统处理流程进行分析。

1）作战任务与各个作战系统流程

根据作战平台下达的作战任务，联动各个作战系统，对本舰作战指挥控制系统模拟、舰载直升机作战指挥系统模拟、航空管制系统模拟、综合导航系统模拟、综合气象水文系统模拟、武器系统状态模拟等模拟，提供在不同作战任务下，各个作战系统的联动信息。

2）各作战系统与平台信息交互模拟软件信息交互流程

在作战任务下达的时候，各作战指挥系统需要获得动力监控系统、电力监控系统、损管监控系统的信息，根据不同的作战任务，不同的作战指挥系统，获取不同系统的信息，对不同的信息内容交互信息进行展示。

3）各作战系统之间的信息交互流程

下达作战任务的时候，不同的作战任务需要不同作战系统之间信息交互。

该作战信息交换仿真模拟系统的工作原理是通过任务驱动，当舰船下达作战任务如反潜作战任务时，各作战指挥系统需要获取相关平台信息如动力监控系统、电力监控系统、损管监控系统等数据，作战仿真模拟系统动态地显示作战任务驱动方式下的作战指挥控制系统与水面平台信息系统的信息交互情况。作战信息交换仿真模拟系统数据流图如图2所示。

图2 作战信息交换仿真模拟系统数据流程图

作战仿真模拟系统在运行过程中需要获取采集到的动力、电力、损管等系统的数据，同时，模拟系统需要和平台进行交互。

3 软件模块设计

3.1 软件功能分解

作战信息交换仿真模拟系统从总体上考虑主要分为五个软件功能模块：机动数据模拟模块、平台状态信息处理模块、作战相关系统状态发布模块、不同作战系统之间信息交互模块、信息交互展示模块。图3给出了系统具体分层结构。

3.2 系统功能模块描述

1）机动数据模拟模块

机动数据模拟模块是指模拟几种典型战场态势下，作战系统向平台发送的机动数据，由平台信息交互模拟软件接收执行。

2）平台状态信息处理模块

图3 系统分层结构

该模块主要实现的功能是接收平台信息交互模拟软件提供的动力监控系统、电力监控系统、损管监控系统的信息，并转发至本舰作战指挥控制系统。

3）作战相关系统状态发布模块

该模块主要是将武器系统、舰载直升机作战指挥系统、综合导航系统、综合气象水文系统的状态信息发送至平台信息交互模拟系统。

4）不同作战系统之间信息交互模块

该模块主要是实现不同作战系统之间的信息以UDP/DDS格式进行交互，通过配置信息格式类型完成不同作战系统之间的信息交互。

5）信息交互展示模块

信息交互展示模块主要是展示在一个作战任务下达后，不同作战系统之间以何种格式发送哪些信息。给用户展示一个动态的信息交互界面，并提供相应的数据配置接口。

4 系统实现

4.1 系统运行环境

作战信息交换仿真模拟系统采用在Windows下开发，管理平台和子系统操作平台基于HTML5+CSS3+JAVASCRIPT开发，服务器基于Spring+Struts+Hibernate框架使用JAVA语言开发完成。数据库使用MySQL数据库。

4.2 系统场景部署

开发环境所采用的硬件设备为1台标准刀片服务器，搭载TC2600、HPBL460C服务器10台，存储容量5T，VMwarevSphere（5.5）做支撑软件，用JA⁃VA作为开发语言，软件环境为WindowsServer2003/2008，ApacheActiveMQ，Tomcat、SpringFramework、HibernateJPA，数据库使用MySQL数据库。

4.3 系统指挥流程及信息交换

水面舰艇作战任务较多，这里用比较具有代表性的末端防空反导作为典型例子进行分析。水面舰艇末端防空反导的目标主要是突破我层层拦击的敌方反舰导弹［11］，其行动分为观察警戒、跟踪识别、干扰抗击三个步骤［12］。在具体实施过程中，由水面舰艇在编队指挥所的意图下负责指挥。如图4所示。

1）观察警戒

水面舰艇开启主动对空探测设备时，同时对目标来袭方向进行主动探测，加强对掠海飞行或采用高空弹道临空后垂直向下攻击的反舰导弹的观察警戒。在收到上级指挥所或相关方向水面舰艇群指挥所通过数据链或其他方式通报的目标信息后，综合使用本舰的各型对空搜索警戒雷达与光电探测设备对该目标进行验证，发现并获取目标的精确位置及运动要素等信息。

2）跟踪识别

水面舰艇发现来袭目标后，保持对目标的跟踪监视，快速查明目标位置及其飞行方向、高度、速度，确定其威胁等级，并据此制定相应的电子干扰与火力抗击方案。

图4 水面舰艇末端防空反导指挥流程示意图

3）干扰抗击

当目标即将进入水面舰艇的防空作战区时，水面舰艇按照本舰防空作战方案向相关武器系统下达目标指示，及时引导对目标进行电子干扰与火力抗击。水面舰艇在末端防空反导中，以火力抗击为主；对于电视成像、红外成像等高智能、高精度制导的反舰导弹，积极组织光电干扰；对于雷达末制导反舰导弹，视情进行冲淡干扰，一般不进行质心干扰。

水面舰艇在实施电子干扰与火力抗击过程中，观察作战效果。如果目标在我干扰与抗击下或由于自身问题对我失去威胁，将战果上报上级指挥所，并迅速完成弹药装填、装备检拭和人员调整等作战间隙的战斗准备，以利再战；如果我遭目标袭击受损，立即进行损害管制，力争自救，并积极依靠编队救援力量进行战斗力恢复。

在末端防空反导作战态势下，使用电子对抗手段，通过实现无源/光电干扰手段，本舰需要开展规避动作，需要调整本舰的姿态，向平台发送包括本舰航向、本舰航速、本舰机动时刻等机动参数。电子对抗态势下的机动数据通过UDP方式发送到平台信息交互模拟软件，由平台信息交互模拟软件根据相应的机动数据参数返回相应的机动数据给水面舰艇作战指挥系统。其信息交换时序图如图5所示。

图5 末端防空反导各系统间信息交换时序图

4.4 系统任务仿真效果

该系统可以针对当前已有任务进行管理，包括显示任务信息和启动任务，如图6和7所示。

当任务模拟的时候，且相关系统在任务状态界面，在特定步骤发生时，相应状态表中将会接收数据，并填上接收到的相应内容，如图8所示。

图6 末端防空反导任务简介及流程图

图7 系统任务仿真效果图

图8 任务模拟

5 结语

本系统的设计解决了各作战系统之间的数据交互、数据配置图形化的显示以及平台模拟软件信息的及时反馈，但在复杂信息交互环境下该系统与实船所搭载系统还存在一定差距，设计的流程只是按照常规流程进行设计，遇到特殊情况时系统将无法进行模拟。为进一步提高作战效率下一步还将对该系统进行任务的细化，在任务的定制上考虑更多可能出现的情况，将展示效果做得更加简洁直观，方便决策者做出判断。

［1］杨迎辉，李建华，南明莉，等.基于信息流的作战体系结构建模［J］.计算机科学，2016，43（2）：13-18.

［2］Alberts D S，Hayes R E.Power to the Edge［M］.Washing⁃ton，DC：CCRPPublication Series，2003：17-37.

［3］Alberts D S.The Agility Advantage age combat model［C］//International Command and Control Research and Tech⁃nology Symposium（ICCRTS）.Washington D C 2004：28-65.

［4］杰夫·凯尔斯.分布式网络化作战—网络中心战基础［M］.北京：北京邮电大学出版社，2006.

［5］滕克难，盛安冬.舰艇编队协同反导作战网络效果度量方法研究［J］.兵工学报，2010，31（9）：1247-1253.

［6］李明.国外航母作战系统发展研究［J］.舰船电子工程，2013，33（5）：6-9.

［7］杨迎辉，李建华.基于任务空间的体系作战信息流图构建方法［J］.军事运筹与系统工程，2015，29（3）：62-68.

［8］熊正祥，康风举，孙永侃等.舰艇作战系统仿真中信息交互的设计与实现［J］.系统工程与电子技术，2009，31（5）：1142-1146.

［9］齐昀.基于信息系统体系作战的指挥信息流程化能力建设［J］.四川兵工学报，2012，33（3）：107-108.

［10］程恺，车军辉，张宏军等.作战任务的形式化描述及其过程表示方法［J］.指挥控制与仿真，2012，34（1）：15-19.

［11］姜凯峰，周明，林宗祥.水面舰艇防空反导体系与空袭目标特性研究［J］.舰船科学技术，2011，33（11）：117-119.

［12］曾安里，黄华，张怀天等.防空反导作战想定分发与推演训练系统［J］.指挥信息系统与技术，2010，4（3）：8-15.