海上多平台指控系统综合集成技术研究*

杨晨光 程国标 刘家祺

（1.军事科学院 北京 100091）（2.92862部队 汕头 515074）（3.江苏自动化研究所 连云港 222006）（4.92768部队 汕头 515828）

1 引言

未来海上战场环境瞬息万变，威胁也多种多样，单一平台对海突击很难取得理想作战效果，而当前多平台对海突击指挥自动化程度不高，主要依靠作战参谋手工计算协同作战方案，需要提前几个小时做出规划，逐级汇报得到批复后才下发给部队，而战机往往稍纵即逝，很多突发因素来不及考虑，造成协同作战灵活性和时间一致性大打折扣，协同精度和效果不理想。多平台作战指挥信息系统是各级指挥信息系统组成的系统之系统，需要运用系统工程的和软件工程的方法对其体系结构进行分析。20世纪90年代以来发展起来的系统综合集成技术，推进了大型电子信息系统的研发与设计，相关理论和技术也在实践中逐步得到完善。利用综合集成技术，可以将武器系统和人的聪明才智综合成一个有机整体，提高系统综合作战能力，实现各种作战要素的最佳组合，把各个分散的信息系统整合成一个整体最优的大系统［1]。

系统综合集成是建筑在系统工程和系统理论的基础上，并在新技术变革和新军事变革中发展起来的。其理论基础可以归结为电子信息技术产生之后发展起来的应用理论，包括控制论、信息论、系统论、CAS理论和OODA环等相关理论［2～5]。

系统综合集成的工程方法大多脱胎于软件工程方法，统一软件过程（Rational Unified Process，RUP）是一种网络程序开发方法，往往和统一建模语言（Unified Model Language，UML）配套使用支持面向对象的开发［6～9]。RUP允许用户的需求在迭代过程中发生变化，从而逐步加深对问题的理解和描述，可采用文字、图形或数学表达式等模型［10]。

下面主要从体系结构建模和指控火控一体化两个方面研究海上多平台作战指挥系统综合集成技术。

2 系统综合集成体系结构建模

美国国防部体系结构框架DoDAF为描述军兵种联合作战行动提供了标准，便于开发者和使用者间交流需求和实现公共模型共享，是各个分系统和作战实体间互连互通的基础。DoDAF视图中产品通过一些参考点连接起来，形成了有逻辑关系的产品生成过程［11]。

RUP方法和UML工具全面支持DoDAF的标准，可以采用UML来对视图中的产品进行建模，下面以数据字典模型、指挥关系模型和作战行动模型三种最重要产品模型为例加以说明。

2.1 数据字典模型（AV-2）

数据字典是全局视图的核心产品模型，描述了体系结构中涉及到的所有实体和它们之间的联系。在开始设计体系结构时，要根据具体作战活动中的信息流对数据模型进行需求分析，用统一标准格式的数据来定义数据模型，数据字典除了数据模型以外还包括公共协议和标准，用来规定信息交换接口、信息处理过程和信息显示方式等标准。数据字典为各个指挥节点间的信息交流提供了一致的参考，是共同理解作战概念和实现软件模块化设计的基础，满足对信息的理解、共享、重用和互操作需要，提高了系统开发的效率。

数据字典可以用UML中的数据类图来定义，数据对象的属性和特征用统一格式的数据来描述。数据字典存储在共享数据库中，在系统软件的整个开发、运行和维护阶段，支持不同的用户依据各自的权限对其进行访问和维护。

2.2 指挥关系模型（OV-4）

指挥关系模型是对作战行动指挥有关因素及其它们之间联系的顶层描述，指挥员下达作战行动命令中所包含的时间、地点和目的等指挥信息用统一标准格式的数据模型表示，这些数据模型本身是独立于特定作战行动的，指挥系统对不同作战节点在不同时间段和不同战场环境下的作战活动的要求是变化的，指挥关系模型主要作用就是通过调用上述数据模型来明确不同条件下的指挥要求。

指挥关系模型可通过UML中的用例图来实现，图1是舰艇对某海域实施封锁的指挥关系用例图，用例生成实例中的属性值可以通过用例图中的关系找到对应的条件数据模型，这些条件的赋值根据具体的作战需求而定，可见用例图方便指挥信息的修改和模块化调用。

图1 指挥关系的UML用例图实现

2.3 作战行动模型（OV-5）

图2 作战行动模型的UML活动图实现

作战行动模型描述了一系列相关的军事活动事件组成的序列，包括活动序列内部的信息数据交流以及活动序列相互之间的信息数据交流。作战行动模型具有典型的层次结构特性，即作战行动模型可分解到指挥信息系统体系结构的各个层次的节点上，而且层次的高低一般在时间上也有相应的先后关系。在UML工具中，作战行动模型用活动图来实现，活动图中发送事件可以实现命令和情报等信息的发送，作战活动可以通过活动图中事件响应的方式接受命令和情报等信息。图2为海军航空兵某飞机发射反舰导弹的作战活动图，这里携带反舰导弹飞机平台的机动被称为“活动”，飞机上武器控制系统的发射过程被称为“转移”，发射后反舰导弹的作战过程被称为“动作”，实施这些作战行动的主体被称为“泳道”。

3 指控与火控一体化技术

指控和火控一体化是系统综合集成中的难点和重点，也是网络中心战基于能力和基于效果作战的关键技术。将使军事理论和作战方式发生深刻变革，未来作战形态和指挥控制模式发生重大变化。将极大提高精确打击能力和杀伤能力，将以更少的装备获取更大的作战效果。提高作战反应能力，特别是对付时间敏感目标有重大意义，并加速作战进程。为作战装备无人化和智能化的发展提供坚实的技术基础。

3.1 航空指控和火控一体化

岸基指挥所或者预警机上的指控系统和执行反舰任务作战飞机上的火控系统通过数据链接入信息栅格，将极大地提高海军航空兵的作战能力。地面或空中指挥所与飞机的一体化设计如图3所示。

图3 航空指控和火控一体化

民航航空早已实现客机的程序控制飞行，预先装订由起飞机场到目的机场的飞行航线程序，飞行员控制起飞并进入平飞后，即启动飞行航线程序给自动驾驶仪输入飞行高度、速度、航向等参数，降落前转为飞行员控制。在此基础上，作战飞机又提高一步，在相对较长时间的平飞过程中，指挥所根据敌舰的航迹进行实时规划解算，通过数据链给飞机发送作战指令报文，飞机从报文中提取飞行参数送入自动驾驶仪，控制飞机自动飞行。飞行员根据实际情况选择自动或者手动飞行方式，如遇到敌方飞机近距离空中拦截时，飞行员操作才更加直接有效。

对敌方水面舰艇实施防区外空中打击时，目标在作战飞机火控雷达探测范围以外，需要指挥所提供具有火控质量的目标指示信息。如果目标在飞机的探测距离以内且指控系统的目标指示信息不够精确，但可将目标的活动区域发送给飞机，飞机上的计算机解算目标相对于自身的大概方位角，从而控制机载雷达或光学瞄准系统快速捕获和跟踪目标。飞机和其他平台协同攻击时，也可由指挥所根据作战需要提示或直接控制导弹的准备和发射，从而控制导弹发射的位置和时机。

3.2 舰艇指控和火控一体化

舰艇指控系统和火控系统一体化，实施对武器系统火控级的情报支援与指挥控制，从而获得对战场空间的全面感知能力和对武器系统的协调使用能力，提高打击的准确性、实时性、可靠性和灵活性，用于对快速机动、时间敏感目标的精确打击或防卫，从而实现从传感器到武器的快速打击。美国海军的“宙斯盾”系统和协同作战能力CEC系统分别是单舰和编队一体化指挥程度较高的例子［12～14]。

舰艇指控与火控一体化如图4所示，指挥员在对海综合台上做出目标分配和航路规划预案，规划出多枚导弹的突击方向和时间顺序，并通过信息情报综合台将禁飞区、威胁区和岛屿等目标附近的态势情况发给武器控制台，武器控制台人员在舰上其它系统的辅助下做出更加详细的规划结果并上报给本舰指挥室，审批通过后发射控制台操作员按照指控系统的指令准备并发射导弹。

传统单舰指控火控系统一体化和自动化程度不高，几乎整个工作过程都需要人工参与，战前准备时间长、效率低。随着舰载计算机性能的提高和人工智能技术的进步，辅助决策软件功能越来越强大，能胜任从简单战术参数解算到自动拟制作战方案的各种任务，可在线仿真评估并筛选出符合指挥员作战意图的多套可行方案，从而大大减少指挥员工作量，使其专心于更高层次的对抗性决策。智能决策软件在指控系统层次就能够自动做出具体的航路规划方案，在指挥员的授权下可直接遥控发射反舰导弹，减少各种中间环节，缩短系统反应时间。

图4 舰艇指控和火控一体化

编队指控和火控一体化能够提供多兵种协同作战的统一态势，实现单舰作战指挥和编队作战指挥的协调一致，增强舰艇、飞机和发射车等平台间的作战协同能力，实现远程目标指示与舰舰导弹武器共用等功能，提升跨平台和跨区域协同作战能力。

3.3 指控和反舰导弹一体化

指控系统和反舰导弹一体化依托于能实现在线飞行控制和弹上信息回传的双向数据链，是信息系统和武器系统更深层次的整合。现代反舰导弹射程越来越大，飞行过程中战场环境和目标位置都可能发生变化，发射前装订的数据难以满足作战需要。指控系统将敌防空区、气象和目标的动态情况发送给空中导弹，导弹自动规避临时出现的威胁，指控系统也可以直接发送飞行控制指令，改变导弹的飞行路径和雷达开机点，甚至是攻击其它备选目标。

在多弹协同攻击时，指控系统综合所有导弹的飞行状况和变化的战场情况，实时规划导弹的飞行航路，协调各枚导弹的临空时间，实现弹群整体打击效果的最优化。反辐射型反舰导弹先期清除通往重要目标路线上的防空火力和雷达，装有光学或红外导引头的导弹反馈打击效果，为后续导弹攻击奠定基础。

4 结语

海军多兵种多平台协同作战，是水面舰艇、岸舰导弹和海军航空兵等兵种之间的合同作战，指挥的复杂性仅次于军种联合作战，需要指控与火控一体化、智能化的体系对抗决策能力，确保指挥系统与武器装备系统、作战保障系统的融合。以复杂系统分析设计理论为基础、系统综合集成技术为工具设计的指挥信息系统，通过以信息为主导的方式将不同作战平台的资源整合实现效能倍增，能够指挥海陆空多种作战平台使用反舰导弹同时打击敌方水面目标，这些作战力量必须高度联合融为一体，才能实施严格一致的协同作战任务。