战术数据链半实物仿真集成验证平台构建技术

郑 健

战术数据链半实物仿真集成验证平台构建技术

郑 健

（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068）

本文在分析战术数据链概念的基础上，提出了战术数据链半实物仿真集成验证平台的构建思想，分析了其功能定位，并研究了具体组成模块，阐述了包括环境系统模拟、效能评估模型、智能对抗推演的关键技术。最后，文章对战术数据链半实物仿真集成验证平台的构建进行了总结与展望。

战术数据链；半实物仿真；效能分析

0 引言

战术数据链是利用各种无线通信和网络手段，按规定的信息格式和传输协议，实现在传感器、指控系统和武器系统内分发处理诸如战场态势、指挥控制和战术协同等战术数据的综合化战场信息系统[1]。战术数据链具备通信、识别和导航的能力，是信息化作战中各种作战平台互联互通互操作的基础，在现代信息化战场中发挥着极其关键的作用。

美军已经为海军、陆军、空军战队研发并装备了30余种主要数据链装备，其中联合战术信息分发系统（Joint Tactical Information Distribution System，JTIDS）/Link-16在美军各兵种中都大量列装，JTIDS/Link-16战术数据链于20世纪70年代开始研制，80年代开始装备，采用直接序列扩频、调频和跳时等抗干扰技术，是一种大容量、保密、时分多址的战术信息分发系统[2]。

在战术数据链的发展中，建模仿真是一种关键的支撑技术，发挥着重要的作用，能够推动战术数据链的设计开发和应用研究。战术数据链系统的发展对仿真系统提出了更高的要求，如系统模型的复杂度与真实度、仿真结果的可靠性和仿真系统的效能评估能力[3]。目前，针对战术数据链的建模仿真方法主要有网络仿真、半实物仿真、硬件仿真和外场测试[4-5]。其中，网络仿真是指利用OPNET、OMNET++、NS2等仿真软件对复杂的网络通信和拓扑结构得到简单而正确的仿真，建立起网络对象的基本模型之间的互联[6]。硬件仿真和外场测试可以通过外场试验提供更为准确可靠的数据，但对地形、气象等均有一定的要求，且在通常情况下会简化网络结构，存在一定的局限性。半实物仿真能够综合网络仿真和外场测试的优势，通过在软件仿真的基础上将一部分功能或模块用真实物理模型代替的方式，实现仿真模型与实际业务的交互，具有更高的仿真可信度，为数据链系统的应用推广提供技术基础。

本文将构建战术数据链半实物仿真集成验证平台，并分析其具体组成和关键技术，研究面向作战应用的数据链仿真系统。

1 平台定位与主要功能

战术数据链半实物仿真集成验证平台基于半实物仿真设计，在网络性能仿真的基础上，将实装数据链设备通过网口接入网络仿真系统，实现编队作战指挥信息系统的传输和处理[7]。具体地，通过加载不同作战想定，战术数据链半实物仿真集成验证平台能够记录和分析各节点的信息传输质量，并在一定程度上测试战术数据链数据分发能力、作战协同能力、指挥引导能力和态势共享能力，评估战术数据链系统的综合效能。

战术数据链半实物仿真集成验证平台重点关注仿真系统与数据链设备的数据交互，对不同作战背景下的作战应用流程进行建模仿真，通过模拟仿真进行系统功能、数据链指标和作战效能等的验证评估。战术数据链半实物仿真集成验证平台的定位与主要功能如下：

一是聚焦实战能力生成，支持现役装备的实操培训、战法推演、远程保障和效能评估。武器装备的战斗力转换需要动用大量的人力、物力、财力和时间，为了提高军事训练的效能，可以采用模拟训练与实战训练相结合的方式来培养官兵对武器装备的熟练应用能力。战术数据链半实物仿真集成验证平台可以将现役装备与仿真系统进行深度链接，也可以进一步利用真实传感器数据，使得官兵能够在实操前进行红蓝双方的战法推演，并在战法推演的全流程中进行作战效能评估与分析。同时，战术数据链半实物仿真集成验证平台能够以可视化的友好交互界面对部队官兵进行数据链设备的培训，提高部队对数据链设备的战术运用能力，进一步优化发展现役数据链装备。

二是聚焦装备体系发展，验证现役、在研数据链的体系运用，促进装备研建一体，促成交装备向交能力的转变。战术数据链半实物仿真集成验证平台能够在验证作战业务流程的基础上，对数据链装备的作战能力提出需求，并形成体系作战和协同作战能力。同时，战术数据链半实物仿真集成验证平台所验证和提出的作战需求能够进一步优化现役和在研数据链设备的装备频谱，使得数据链设备能够持续、成体系的发展。

三是聚焦创新发展，测试验证新一代数据链核心关键技术体制，支撑数据链装备科学化和可持续发展。在未来战场中，强敌对抗、无人装备的发展、强电磁干扰等战场环境均对数据链设备的发展提出了新的要求。战术数据链半实物仿真集成验证平台瞄准数据链设备能力的提升，通过仿真验证数据链装备和作战流程中的关键技术，促进部队数据链设备的创新性持续发展，构建新一代数据链装备体系。

2 平台系统组成

战术数据链半实物仿真集成验证平台系统组成如图1所示，主要包含导调控制模块、综合显示模块、作战平台模块、战场环境模块、效能评估模块、模拟训练模块、数据库模块和战术数据链网络模块。战术数据链半实物仿真集成验证平台系统中的战术数据链网络模块用于系统中的数据传输，是真实设备，其余的模块均由计算机模拟仿真实现，通过网口与战术数据链设备连接。

2.1 作战平台模块

作战平台模块指典型平台及其分系统，诸如传感器模块、飞控模块和武器模块等的模型化实现，可根据兵种划分为陆军作战平台、海军作战平台和空军作战平台。典型作战平台有预警机、歼击机、电子战飞机、舰艇和坦克等。

图1 战术数据链半实物仿真集成验证平台系统组成

2.2 战术数据链网络模块

战术数据链网络模块是指实装的通信网络设备，主要分为现役数据链和新型数据链设备，战术数据链网络模块实现对抗仿真流程中态势、指控等战术信息的传输和处理，是战术数据链半实物仿真集成验证平台中需要验证和评估的核心模块。

2.3 模拟训练模块

模拟训练模块是战术数据链半实物仿真集成验证平台系统的作战业务流程实现模块。仿真开始后，模拟训练模块首先根据作战场景和样式配置作战力量，生成我方作战编队，同时初始化传感器和数据链设备的参数，并进行战前任务规划，由指挥控制系统生成各个参战平台的航迹规划。仿真开始后，红蓝双方编队展开对抗，并形成观察、判断、决策、执行（Observe，Orient，Decide，Act，OODA）战斗闭环。

2.4 综合显示模块

综合显示模块提供战场态势的可视化显示，通过对战场环境的图形化显示，实时显示敌我态势（位置、速度、航向等）和传感器探测等信息，便于指挥控制人员更加迅速、直观地判断战场态势，从而做出准确的决策。

2.5 战场环境模块

战场环境模块用于生成作战区域内包括真实地形环境、气象水文状况、电磁辐射特性、大气环境等的环境数据，为模拟训练模块提供尽可能逼近真实环境的模拟数据，提高仿真流程的真实度。

2.6 数据库模块

数据库模块用于进行数据采集，对仿真所需的战术数据链系统性能参数、武器平台性能参数、战场环境数据以及仿真结果等进行存储和管理。

2.7 效能评估模块

效能评估模块作用于作战流程的全过程，用于评估侦察、火力打击等各个作战环节的效能指标。效能评估模块能够直观反映红蓝双方对抗的胜负，同时能够为平台功能、数据链性能等多项指标提供仿真推演和验证[8]。

2.8 导调控制模块

导调控制模块能够对战术数据链半实物仿真集成验证平台进行初始化参数设置和系统运行监管维护，能够在仿真全流程过程中对系统进行控制，包括对战场环境的改变，控制系统的开始运行和停止等。

3 平台构建关键技术

3.1 环境系统模拟

环境系统模拟包含对复杂地理地形、复杂电磁环境和复杂气象环境等的空间属性模拟，是能够分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程的系统。战术数据链半实物仿真集成验证平台在构建作战流程仿真的过程中，环境模拟系统发挥的作用有：

（1）提供形象化和逼真化的作战背景，提高半实物仿真的真实度和可信度；

（2）合适的环境系统模拟能够提高显示效率，为每一次仿真流程提供实时、可视化的战场态势显示；

（3）环境系统模拟能够对目标运动模型进行建立。

在半实物仿真集成验证的过程中，需要实现多种目标运动模型来满足仿真需求。目标运动模型建立的优劣会影响仿真对抗的结果，继而影响对数据链装备性能指标的评判。

3.2 效能评估模型

层次分析法是一种在军事领域被广泛应用的效能评估方法，该方法首先计算经过等级划分后的系统各层级的权值，然后通过汇总得到系统的总体效能。层次分析法具有一定的普适性，可以对作战流程的全过程进行效能评估。

效能评估模型在对作战推演结果进行建模的基础上，重点考虑战术数据链的系统模型，借助战术数据链装备的武器或平台的“信息优势”提升的幅度，即在考虑效能评估的结果时，需要在传统效能评估模型建立的基础上，重点考虑建立战术数据链系统模型[9]。

3.3 智能对抗推演

随着无人平台的发展和武器装备智能化水平的提高，现阶段的军事对抗正从基于“平台”的对抗转变为基于“体系”的对抗。战术数据链半实物仿真集成验证平台在建立平台模型的基础上，需要研究基于体系作战与协同作战的智能对抗推演技术。

当前，智能对抗推演技术主要面临“维数灾难”问题，传统的对抗推演无法支撑大规模的体系仿真。基于人工智能的高效化/智能化体系对抗推演技术，可为大规模体系仿真和多种作战样式仿真提供智能化、高效率的公共支撑环境[10-11]。

4 总结

半实物仿真在战术数据链全生命周期中具有重要的作用。为了研究基于作战应用的战术数据链仿真系统，本文提出了战术数据链半实物仿真集成验证平台体系框架，并分析了平台定位，阐述了平台的系统组成和关键技术。在下一步的研究中，将重点考虑进一步完善本文提出的关键技术，推动数据链装备的体系发展。

[1] 王文政，周经伦，罗鹏程，等. 战术数据链仿真研究综述[J]. 系统仿真学报，2008（14）.

[2] 徐大勇，王裕. 美军数据链作战应用及其启示[J]. 指挥信息系统与技术，2015（6）.

[3] 赖安琪. 基于QualNet的战术数据链半实物仿真[J]. 电讯技术，2009（5）.

[4] 张伟龙，吕娜，王安，等. 基于Exata的航空数据链半实物仿真应用研究[J]. 重庆邮电大学学报（自然科学版），2015（1）.

[5] 杨光，周经伦，王文政. 数据链仿真研究[J]. 火力与指挥控制，2011（5）.

[6] 周进，张曦，刘宏波. 基于OMNeT++的数据链分布式仿真设计与实现[J]. 计算机与数字工程，2013（5）.

[7] 李娟，严永锋，王小军. 编队作战指挥信息系统半实物仿真测试平台构建[J]. 四川兵工学报，2012（12）.

[8] 张明群. 通信数据链建模与仿真[D]. 成都：电子科技大学，2018.

[9] 王文政，曹琦. 数据链系统通用建模与仿真框架[J]. 指挥控制与仿真，2016（4）.

[10] 吴付祥，朱林. 基于FLAMES/STK的航天电子对抗仿真态势生成框架[J]. 火力与指挥控制，2018（3）.

[11] 陆志沣，洪泽华，张励，等. 武器装备体系对抗仿真技术研究[J]. 上海航天，2019（4）.

Construction of Hardware in Loop Simulation Integrated Verification Platform of Tactical Datalink

ZHENG Jian

On the basis of analyzing the concept of tactical datalink, the paper puts forward the idea of constructing hardware in the loop simulation integrated verification platform of tactical datalink, analyzes the function orientation of hardware in the loop simulation integrated verification platform, and studies the specific components of hardware in the loop simulation integrated verification platform of tactical datalink, including the key technology of environment system simulation, effectiveness evaluation model, intelligent countermeasure deduction. Finally, the paper summarizes and prospects the construction of hardware in the loop simulation integrated verification platform of tactical datalink.

Tactical Datalink；Loop Simulation；Effectiveness Evaluation

TN919

A

1674-7976-(2021)-04-289-04

2021-03-25。郑健（1987.07-），山西运城人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为数据链研究。