海空目标情报信息仿真软件的设计与实现*

龚博文

(中国人民解放军92941部队45分队，辽宁 葫芦岛 125000)

0 引言

指挥控制系统作为指挥员指挥决策的基础，不仅在真实作战、演习环境发挥着重要的作用，在武器试验过程中也扮演着整个试验体系“大脑”的重要角色[1-2]。情报信息作为指挥控制系统中战场环境感知、敌我态势对比等多方面信息的基础，需要依靠多方面传感器以及侦测系统的侦察感知，不仅如此，在武器试验过程中，任务海空域的民船、飞行器等目标众多，需要及时发现并在任务时间窗来临前进行驱离，以保障任务正常进行。

当下，指挥控制系统接入的信息来源复杂、信息量大，给系统内软件的开发、研制和测试评估带来了较大的困难。尤其是情报处理软件以及后期试验态势显示软件，情报信息能否正确、完整、准确地出现在态势显示软件中将极大地影响指挥员决策。因此，在情报处理软件以及态势显示软件等软件上线使用前，需要对软件进行充分的试验。一直以来，真实情报信息的保密程度高，关键情报信息的获取较为困难，给软件的指标测试以及各项功能拓展研究带来较大的困难，因此，需要利用计算机仿真技术实现情报信息的仿真以解决这一难题。

国内已有不少团队针对海空目标情报信息的模拟仿真展开了理论研究[3-6],并且在此基础上开展了特定环境条件下基于不同传感器的数据仿真融合，并对情报信息仿真融合效果进行评估，进一步检验情报信息仿真融合软件的效能[7-11],但对于武器试验指挥中任务海空域内的目标情报信息仿真还有待进一步研究。

本文在分析武器试验过程中态势显示系统对情报信息仿真环境需求的基础上,提出了海空情报模拟软件体系结构和功能模型的总体设计思路,说明了海空目标运动航迹仿真以及情报信息生成过程中误差补偿的技术方法,开发了海空目标情报信息仿真软件,并通过试验展示了软件的应用效果,验证了技术方法的可行性。

1 需求分析

在实际试验过程中，指挥控制系统需要接入多个来源的情报信息，主要包括主动雷达和敌我识别系统等方式送来的信息，进而对情报信息进行相互关联、融和、处理，将处理后的情报信息通过网络向信息汇集分发分系统发送，最后显示在态势信息中以供指挥决策。因此，海空情报信息模拟仿真软件应具备以下条件：

(1) 仿真信息配置能力

能够在指定的区域，结合实际情况对海上、空中的目标属性、目标类别、单个目标或多批次目标、目标数量、位置以及运动轨迹等进行配置；对目标自身的辐射特性或者自带的辐射源进行配置；对雷达等侦测设备的位置及自身工作状态进行配置想定。

(2) 仿真信息模拟能力

根据配置得到的目标基本信息、运动轨迹以及侦测设备的位置信息等，按照开始时间、时长以及数据频率进行情报信息的模拟。在此要注意，目标信息模拟的真实性，需要考虑侦测设备的威力范围、环境条件、设备自身误差等实际情况，使得模拟得到的情报信息的时序、误差以及数据率符合实际情况。

(3) 模拟情报信息发送能力

在情报信息模拟生成后，能够将情报信息按照设定的频率通过网络向信息汇集分发分系统发送，进而将海空情报信息显示在各个显示终端上。

(4) 综合信息显示能力

对于发送的海空情报信息，能够将情报配置信息以及当前情报模拟仿真情况显示在软件界面上，以便操作人员及时了解仿真情况。

(5) 情报信息控制能力

能够对当前海空情报信息模拟进程进行控制，对目标进行实时控制以及更新目标的状态信息，便于操作人员及时做出修正。

孔隙水压力静力触探技术（CPTU）通过在常规静力触探（CPT）探头上安装孔压传感器元件，除可测锥尖阻力qc、侧壁摩擦力fs外，还可测试地下水位以下各土层的孔隙水压力u及超孔隙水压力消散过程。根据测得的超孔隙水压力消散曲线，可以推求土层的渗透系数Kh及固结系数Ch等重要的土的工程性质参数，对土层进行有效应力分析及计算，亦可对其渗透固结及沉降变形进行分析计算。

2 方案设计

2.1 软件架构模型

武器装备试验中需要对任务海空域内的船只以及飞行器进行监视并驱离，为了更好地验证试验态势显示软件的性能，需要接受来自多个侦测系统的情报数据，并且不同级别指挥机构对于情报信息的要求也不尽相同，为了使海空情报信息模拟仿真软件生成的情报信息更好地满足不同级别态势软件的需求，在进行软件体系架构设计时充分考虑系统框架的兼容性、情报数据生成的可控性以及数据的可回放性，软件的体系架构如图1所示。

软件体系架构规划为硬件平台层、系统软件层、数据层、基础服务层、信息处理层、信息应用层。硬件平台层为系统提供硬件基础环境；系统软件层在系统硬件基础上为系统提供软件基础；数据层在系统软、硬件基础上，为系统提供数据存储与共享服务；基础服务层在数据层基础上提供与软件主体业务无关的基础服务以及与软件业务相关的核心服务；信息处理层在基础服务层基础上，构建面向对象的核心应用；软件整体技术规范贯穿于硬件平台层、系统软件层、数据层、基础服务层、信息处理层以及信息应用层，对基础软硬件、数据资源、通信接口等进行统一规范。

2.2 软件功能模型

根据软件体系架构需求，结合武器试验过程中情报信息在态势现实中的具体流程，提出海空情报信息模拟仿真软件的功能模型如图2所示。

(1) 仿真信息配置包

根据态势显示软件处理需求，对海空环境、侦测设备、目标属性等进行配置。在目标参数库中预先建立目标的情报来源、目标类别以及目标属性，在侦测设备库中建立各侦测设备的威力范围以及设备工作状态；接着在目标配置页面对目标的情报源、开始时间、经度、纬度、高度、目标数量、起始速度、目标类别、目标属性、是否多批以及批数等进行配置，确定目标的运动轨迹以及状态，合理配置目标的运动轨迹误差以及侦测设备自身的误差；进而，将配置好的目标模型以及侦测设备模型存入数据库中，并在软件界面上予以显示。仿真信息配置包的执行序列如图3所示。

(2) 仿真信息模拟包

根据态势显示软件的测试需求，依据配置好的目标模型以及侦测设备模型，设定情报数据产生频率以及仿真时长，对情报目标的运动原始信息进行模拟。情报目标数据的模拟主要依托目标先前配置好的速度、位置信息，利用插值算法，对目标下一个时刻的位置信息以及运动状态进行模拟，包内对生成的信息测量数据格式进行自检，进而形成完整的目标运动轨迹。最后，将模拟得到的目标运动轨迹数据存入数据库。仿真信息模拟包的流程图如图4所示。

(3) 模拟情报信息发送包

图1 软件体系架构示意图

图2 软件功能模型图

图3 仿真信息配置包内序列图

(4) 情报信息控制包

从数据库中获取海空情报配置信息并在情报信息控制界面上显示，如果目标信息配置有更新，则在情报信息控制界面及时更新目标配置信息，同时，接受正在仿真得到的海空情报信息，及时跟踪模拟进程，并对模拟进程及目标状态进行控制。具体仿真信息配置包的执行序列如图6所示。

图4 仿真信息模拟包内流程图

图5 模拟情报信息发送包内流程图

图6 情报信息控制包内序列图

3 关键技术

3.1 情报目标运动航迹仿真

模拟得到的情报信息主要作用是用于检验态势显示软件情报信息的处理能力以及运动轨迹显示的真实性，软件为了较好地拟合真实情况下飞机、舰船等的实际运动轨迹，利用递推的方式生成目标的航迹。

假设以起始点作为直角坐标转换原点，以t0表示目标被探测到的时刻，x(0)，y(0)，z(0)用于表示在直角坐标系下此时的位置，考虑目标以速度v作匀速直线运动，以x(n)，y(n)，z(n)表示终点位置，以x(t)，y(t)，z(t)表示t时刻的目标位置，利用起点与终点的位置关系，得出沿东、北、天3个坐标方向上的速度分量为

(1)

式中：θ，φ分别为经度和纬度。

则在t时刻，目标的位置为

(2)

得到下一时刻目标位置后，利用坐标转换将目标位置转换成经度、纬度、高度的格式[12-15]，形成情报信息。按照上述步骤重复，即可通过递推的方式计算下一个点的位置，以达到航迹的动态推演。

3.2 情报信息误差补偿

在实际情况下，雷达等侦测设备侦测目标的威力范围有限，与目标距雷达的距离以及雷达自身频率、波束方向增益亦有关。当目标处在雷达侦测距离范围之外，则难以侦察到目标；当目标处在雷达侦测距离范围内，则可以捕获到目标信息。但由于雷达增益、海杂波、大气环境等复杂电磁环境以及设备自身误差等外部因素的影响，真实条件下侦测设备提供的情报数据与海空目标的真实活动轨迹存在一定的误差，进而影响海空目标情报信息的融合处理，因此，为了进一步拟合实际应用过程中的误差影响，需要对情报目标的原始运动轨迹进行加噪处理。

海空目标情报模拟信息是用于后期情报信息融合以及态势显示软件，重点在于输出情报信息而不是侦测设备的侦察过程，因此本软件忽略复杂侦测过程的误差仿真，将各种因素的影响统一考虑，进而对原始的目标运动轨迹建立噪声模型，使得软件生成的海空目标情报信息更加拟合真实环境下侦测设备对目标的侦查。

雷达获取目标的位置信息最直接的信息格式便是目标距离、俯仰角和方位角，假设这3个观测量均服从正态分布，则其均方误差分别为δR,δβ,δα，则侦测设备对海空目标的侦测数据为

(3)

4 软件应用效果

为了验证本文设计的海空目标情报信息仿真软件的实用性以及有效性，利用该软件模拟生成情报目标信息，并发送至网络汇集分发系统，利用该系统向态势显示软件推送信息，利用态势显示软件显示的情报目标轨迹信息来检验软件的实用性和有效性。

想定某试验区域有1个目标在活动，起始航向10°，航速10 m/s，有5个传感器/侦测设备，分别部署在不同的地理位置，对任务区域的海空情况进行监视警戒。图7展示的是海空目标仿真信息配置界面。图8展示的是态势显示软件中海空目标的运动航迹以及收到情报目标的位置信息。

图7 海空目标仿真信息配置

从图7可以看出，海空目标情报信息仿真软件提供了较好的人机交互界面，能够对海空目标进行详细的配置，并且通过软件的数据回放功能够实现态势显示软件等其他情报信息处理系统的复盘推演。通过图8中态势显示软件显示的目标运动航迹以及软件接收到的目标位置信息，可以看出利用基于目标特性进行运动航迹仿真、利用加噪处理对生成信息进行误差补偿的技术方法能够对目标运动航迹进行较好的仿真推演，并且使得海空目标情报信息更加拟合真实环境下侦测设备对目标的观测。

图8 情报目标运动航迹显示图

5 结束语

本文针对武器试验过程中态势显示软件对情报信息仿真的需求，研究了目标运动航迹仿真以及误差补偿方法，设计并实现了海空目标情报信息仿真软件。应用效果表明，该软件较好地解决了态势显示软件等情报处理软件因缺乏情报数据无法进行态势融合显示的问题。今后在此基础上进一步研究多种影响因素对情报信息仿真的影响，通过建模进一步增强仿真软件的灵活性与适用性。