基于美军互操作作战图族的战场态势一致性研究

邓连印，申志强

(中国航天科技集团公司钱学森空间技术实验室，北京 100094)

0　引言

态势是战场空间中兵力分布和战场环境的当前状态以及发展变化趋势的总称。态势图是态势的可视化形式，由底图(电子地图)及标绘在其上描述各态势元素信息的一系列军队标号构成，并加注一些文字说明以便于理解。所谓战场态势一致，是指遂行同一作战任务的各参战单元，在协同计划和协同行动中相关态势信息能够保持一致，包括态势元素状态的获取、理解和预测的一致性。态势一致是达成计划一致和行动同步的基础，在多军兵种联合作战中尤其重要。

1　战场态势要素

战场态势要素一般大致可分为以下5类：兵力部署与作战能力类；重要动态目标类； 战场环境类；社会/政治/经济环境类；对抗措施类，如图1所示。其中，兵力部署要素主要包括敌、己、友(盟军)方的兵力编成、武器装备、战场设施、固定部署、机动部署、士气、训练等要素。动态目标要素主要包括已在作战空间中展开或运动的动态兵力与目标，如空中目标、海上目标、空间目标、地面运动目标的当前位置、属性及对其意图的估计信息等要素。战场环境要素主要包括战场空间的天候、气象、地理信息、交通条件、河湖水系，以及电磁环境等要素。社会环境要素主要指国家/地区、宗教/党派、地缘政治、经济与文化状况等要素。对抗措施要素主要包括战场上面临的威胁与冲突，包括战略战术意图、作战计划方案、对抗行动等。

1.1　态势一致性

战场态势一致性主要包含以下3个层面上的一致(社会域层面暂不考虑)：

1)在物理域和信息域层面上的一致性：主要指物理域的真实目标状态与信息域处理的目标航迹唯一对应的程度，以及其位置、运动参数、属性等主要特征符合的程度；

2)在信息域和指挥员认知域层面上的一致性：主要指联合作战中各参战单元之间在任务范围内所获取的态势信息相同的程度，以及信息域中的辅助态势估计与指挥员自身对态势估计相符合的程度；

图1　战场态势要素的分类

3)认知和行动实际的统一：指挥员决策与部队行动和效果的统一，或操作员对于图像判读、解释与现场实体真实状态的统一，属于认知域与物理域层面上的一致性。

1.2　时空一致性

时空一致性是指联合作战战场各作战单元的时间基准与空间基准、时间传递与同步、空间转换与配准，以及战场参加各种作战活动的作战单元的关注信息的时间和空间的准确性，以及关联、协调、匹配等满足联合作战要求的程度。涉及从预警探测、战场通信、态势共享、指挥控制和精确打击等整个战场空间，包括各环节时空关联与匹配问题。

2　互操作作战图族

作为一种全新的信息优势驱动作战概念，利用计算机、高速数据链和网络软件，将地理上分散的各种传感器、决策者与武器发射手联接成一个有机的作战整体，以便实现战场态势和武器资源的网络化共享、加快指挥速度和作战节奏、增强部队杀伤力和生存能力。

美军网络中心战主要包括：联合复合跟踪网(JCTN)、联合数据网(JDN)、联合计划网(JPN)3个网络层级，分别对应火力控制、战术指控和指挥决策3个层面的作战应用。与之相对应的FIOP也包括单一综合图(SIP)、通用战术图(CTP)、通用作战图(COP)3个类别，如图2所示。

图2　三类图的层次(纵向)结构

2.1　通用作战图

美军所有需要战场态势感知功能的指挥控制系统都离不开COP，如美军全球指挥控制系统、陆军的21世纪旅及旅以下战斗指挥系统FBCB2中皆应用COP。COP描述并强调当前的部署和态势，同时也包含了帮助指挥员预测和影响未来局势的信息。COP具有以下主要功能：

1) 态势数据管理与处理。COP能够收集、过滤、处理(关联/融合)、分发态势要素数据以及维护历史态势数据库。

2) 态势可视化。包括电子地图显示、更改、加载、删除以及2D和3D显示；对于不同应用系统(信息源)所提供的关于战场的不同侧面的态势信息，用特定的符号以图层方式显示在地图上。

3) 态势数据交换。COP 可为指控系统提供信息输入/输出机制，以共享/接收其它系统的信息、访问外部数据库、与其它COP系统进行数据同步。

4) 战术辅助决策。COP 能够为战术指挥官提供辅助决策工具，包括目标轨迹运动分析预测、最接近点计算、生成拦截方案等；还能在地图上增加决策所需要的图层，如重要区域、边界、禁区、恶劣气象区域等；通过发送和接收空中任务组织指令ATO，参与空中任务信息的计划与监视；通过设置卫星数据库，决定目标轨迹易受卫星观测或受其它卫星信息影响的时限。

2.2　通用战术图CTP

CTP是相关战术数据完整、准确的显示，服务于战术级指挥控制。CTP综合来自多个战术数据链网络、复合跟踪网络、情报网络和地面数据网络的战术信息，维持联合作战任务区域内的所有战术态势元素，以支持联合部队作战的指挥控制、态势感知和战斗识别等功能。CTP是战术层面的COP，主要功能分类与战区COP类似，只是具体内容涉及的是单次作战行动中指挥员职责区域范围内战场空间的当前描述，包括敌方、己方、中立方当前、预测、计划的兵力部署，采集的战术目标与兵力数据要求比COP更加精确与及时。CTP与来自JPN的信息一同生成战区COP，是战区COP实时态势数据的主要来源。

2.3　单一综合图SIP

SIP 是面向某单一作战空间作战应用的多源探测/侦察信息融合图，服务于武器/火力控制层面。SIP 提供的覆盖全维作战空间(包括地面、水面、水下、空中、空间以及信息空间)的及时、融合、精确、可靠的作战对象信息，其中最主要的是经过数据融合处理并达到火控精度的目标状态估计，包括位置、属性、运动参数等。SIP本身是一个图族，其主要成员及所含主要态势元素和用户如表1所示。

表1　单一综合图的种类和元素

2.4　战区COP 的建立过程

以美军战区COP 的建立过程为例，其报告层级主要依据上下级指挥关系，如图3所示。

图3　COP 逐级报告层次结构

COP报告层级结构中的3个要素分别是数据源、COP融合中心CFC和COP关联站点CCS。其中，数据源为关联站点提供构建COP的各种态势元素信息。数据源包括传感器、基于全球定位系统GPS的跟踪设备、GCCS数据库或后勤/ 情报数据库、态势报告等。融合中心CFC则全面管理从下级CCS获得的数据，加入必要的附加信息，并扮演网关的角色，承担向NMCC、各军兵种、机关部门、作战支持司令部传送战区COP 的任务。关联站点CCS负责航迹数据管理、生成作战叠加图层，并向战区CCS 传递本地CTP/COP。关联站点CCS由指挥员根据作战指挥需求和节点处理能力指定，通常包括联合任务部队司令部、军种司令部以及主要的情报节点。

3　亟待突破的几项关键技术

3.1　面向服务的态势体系构建技术

战场态势图以满足用户的需求为目的，可划分为3个层次：战略层、战役层(美军称为作战层)和战术层态势图，这只是一种分类的方法。在真实战场上，指挥员看到的可能是这3种图的混合体。战场态势处理系统总体采用面向服务的体系结构(SOA)，实现网络中心的企业级服务(NCES)。NCES 具体包括两类服务：核心企业级服务(CES)和利益群体(COI)服务。其中，战略层、战役层态势图处理及同步控制可采用纯面向服务的体系结构技术实现。

3.2　元数据建模技术

战场态势元数据模型通常采用自顶向下建模方法，如图4所示。

4层结构模型的最上层面向作战需求，对应战略/战役/战术需求，涉及作战的原则、战术、技术和规程等本体。第2层为战场态势层，由各类目标实体、事件、编群、目标意图、作战计划等本体组成。第3层为数据质量层，分为度量数据质量和量测数据质量，两者之间为一对多的关系，前者是满足态势建立需求，后者产生于基础数据；只有符合要求的数据才能用来增强态势感知，提升态势的清晰度，

而当度量数据质量不符合要求时，

图4　战场态势元数据层次模型

有必要重新从基础数据中挖掘高质量的数据；该层主要由准确度、精确度/确定性、一致性/有效性、完整性/简洁性、溯源性/转换等本体组成。第4层为基础数据层，来自于各种探测手段和信息源的实时、非实时、历史信息和数据。

3.3　多传感器数据互联技术

3.3.1以目标为中心的分区处理

在传统的单雷达数据互联处理中，点迹时序与相邻扫描时序同步，这在多雷达情况下已不复存在。比如三部雷达，对于不同瞬时，由于不同雷达波束的指向各不相同，此时观测数据(点迹)可能出现在责任区域中的任意一个区域。所以，雷达量测点迹管理、数据互联应按其检测时间处理，某个时刻航迹的更新可能涉及责任区内的任何目标。为了寻找下次关联的航迹，应计算同一个目标下次轨迹点被各个雷达探测到的时间。因此，以目标为中心的分区处理能力尤为重要。

3.3.2跨责任区目标编批

为了确保对目标跟踪的连续性，通常在划分责任区时，互相之间均有交叉，在交叉区域，不同责任区将给出不同批号的目标航迹。这样当一个目标从一个责任区进入到另外一个责任区域时，常常会引起混乱。因此，跨越责任区的目标编批问题需要制定一些特殊的处理规则。

4　结束语

互操作作战图族概念是滚动发展的, 经历了从“让所有人(司令员、飞行员甚至步兵)看到相同的态势图”到“被一个以上指挥机构共享的相关信息的单一相同显示”，进而发展到“可以讨论和组合不同视角观点的协作环境”。其终极目标是使战略/战术层面的参战人员对战场态势达成一致的理解，仅有一致的态势图并不能达到这一目的。

在实现战场态势一致性的各个环节中，需要参与同一作战任务的多个作战单元通过互操作手段进行作战协同，包含了对重要动态目标和战场态势理解与估计的协同研讨, 才有可能最终达成在认知域中的一致。因此, 除了技术层面的问题外，还必须加强对军队组织机构、军队条令、人员编制和教育训练等多个层面的综合建设。■