楊晨光 程國標 劉家祺

（1.軍事科學院 北京 100091）（2.92862部隊 汕頭 515074）（3.江蘇自動化研究所 連云港 222006）（4.92768部隊 汕頭 515828）

1 引言

未來海上戰(zhàn)場環(huán)境瞬息萬變，威脅也多種多樣，單一平臺對海突擊很難取得理想作戰(zhàn)效果，而當前多平臺對海突擊指揮自動化程度不高，主要依靠作戰(zhàn)參謀手工計算協(xié)同作戰(zhàn)方案，需要提前幾個小時做出規(guī)劃，逐級匯報得到批復后才下發(fā)給部隊，而戰(zhàn)機往往稍縱即逝，很多突發(fā)因素來不及考慮，造成協(xié)同作戰(zhàn)靈活性和時間一致性大打折扣，協(xié)同精度和效果不理想。多平臺作戰(zhàn)指揮信息系統(tǒng)是各級指揮信息系統(tǒng)組成的系統(tǒng)之系統(tǒng)，需要運用系統(tǒng)工程的和軟件工程的方法對其體系結(jié)構(gòu)進行分析。20世紀90年代以來發(fā)展起來的系統(tǒng)綜合集成技術(shù)，推進了大型電子信息系統(tǒng)的研發(fā)與設計，相關(guān)理論和技術(shù)也在實踐中逐步得到完善。利用綜合集成技術(shù)，可以將武器系統(tǒng)和人的聰明才智綜合成一個有機整體，提高系統(tǒng)綜合作戰(zhàn)能力，實現(xiàn)各種作戰(zhàn)要素的最佳組合，把各個分散的信息系統(tǒng)整合成一個整體最優(yōu)的大系統(tǒng)［1]。

系統(tǒng)綜合集成是建筑在系統(tǒng)工程和系統(tǒng)理論的基礎上，并在新技術(shù)變革和新軍事變革中發(fā)展起來的。其理論基礎可以歸結(jié)為電子信息技術(shù)產(chǎn)生之后發(fā)展起來的應用理論，包括控制論、信息論、系統(tǒng)論、CAS理論和OODA環(huán)等相關(guān)理論［2～5]。

系統(tǒng)綜合集成的工程方法大多脫胎于軟件工程方法，統(tǒng)一軟件過程（Rational Unified Process，RUP）是一種網(wǎng)絡程序開發(fā)方法，往往和統(tǒng)一建模語言（Unified Model Language，UML）配套使用支持面向?qū)ο蟮拈_發(fā)［6～9]。RUP允許用戶的需求在迭代過程中發(fā)生變化，從而逐步加深對問題的理解和描述，可采用文字、圖形或數(shù)學表達式等模型［10]。

下面主要從體系結(jié)構(gòu)建模和指控火控一體化兩個方面研究海上多平臺作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)綜合集成技術(shù)。

2 系統(tǒng)綜合集成體系結(jié)構(gòu)建模

美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架DoDAF為描述軍兵種聯(lián)合作戰(zhàn)行動提供了標準，便于開發(fā)者和使用者間交流需求和實現(xiàn)公共模型共享，是各個分系統(tǒng)和作戰(zhàn)實體間互連互通的基礎。DoDAF視圖中產(chǎn)品通過一些參考點連接起來，形成了有邏輯關(guān)系的產(chǎn)品生成過程［11]。

RUP方法和UML工具全面支持DoDAF的標準，可以采用UML來對視圖中的產(chǎn)品進行建模，下面以數(shù)據(jù)字典模型、指揮關(guān)系模型和作戰(zhàn)行動模型三種最重要產(chǎn)品模型為例加以說明。

2.1 數(shù)據(jù)字典模型（AV-2）

數(shù)據(jù)字典是全局視圖的核心產(chǎn)品模型，描述了體系結(jié)構(gòu)中涉及到的所有實體和它們之間的聯(lián)系。在開始設計體系結(jié)構(gòu)時，要根據(jù)具體作戰(zhàn)活動中的信息流對數(shù)據(jù)模型進行需求分析，用統(tǒng)一標準格式的數(shù)據(jù)來定義數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)字典除了數(shù)據(jù)模型以外還包括公共協(xié)議和標準，用來規(guī)定信息交換接口、信息處理過程和信息顯示方式等標準。數(shù)據(jù)字典為各個指揮節(jié)點間的信息交流提供了一致的參考，是共同理解作戰(zhàn)概念和實現(xiàn)軟件模塊化設計的基礎，滿足對信息的理解、共享、重用和互操作需要，提高了系統(tǒng)開發(fā)的效率。

數(shù)據(jù)字典可以用UML中的數(shù)據(jù)類圖來定義，數(shù)據(jù)對象的屬性和特征用統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)來描述。數(shù)據(jù)字典存儲在共享數(shù)據(jù)庫中，在系統(tǒng)軟件的整個開發(fā)、運行和維護階段，支持不同的用戶依據(jù)各自的權(quán)限對其進行訪問和維護。

2.2 指揮關(guān)系模型（OV-4）

指揮關(guān)系模型是對作戰(zhàn)行動指揮有關(guān)因素及其它們之間聯(lián)系的頂層描述，指揮員下達作戰(zhàn)行動命令中所包含的時間、地點和目的等指揮信息用統(tǒng)一標準格式的數(shù)據(jù)模型表示，這些數(shù)據(jù)模型本身是獨立于特定作戰(zhàn)行動的，指揮系統(tǒng)對不同作戰(zhàn)節(jié)點在不同時間段和不同戰(zhàn)場環(huán)境下的作戰(zhàn)活動的要求是變化的，指揮關(guān)系模型主要作用就是通過調(diào)用上述數(shù)據(jù)模型來明確不同條件下的指揮要求。

指揮關(guān)系模型可通過UML中的用例圖來實現(xiàn)，圖1是艦艇對某海域?qū)嵤┓怄i的指揮關(guān)系用例圖，用例生成實例中的屬性值可以通過用例圖中的關(guān)系找到對應的條件數(shù)據(jù)模型，這些條件的賦值根據(jù)具體的作戰(zhàn)需求而定，可見用例圖方便指揮信息的修改和模塊化調(diào)用。

圖1 指揮關(guān)系的UML用例圖實現(xiàn)

2.3 作戰(zhàn)行動模型（OV-5）

圖2 作戰(zhàn)行動模型的UML活動圖實現(xiàn)

作戰(zhàn)行動模型描述了一系列相關(guān)的軍事活動事件組成的序列，包括活動序列內(nèi)部的信息數(shù)據(jù)交流以及活動序列相互之間的信息數(shù)據(jù)交流。作戰(zhàn)行動模型具有典型的層次結(jié)構(gòu)特性，即作戰(zhàn)行動模型可分解到指揮信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的各個層次的節(jié)點上，而且層次的高低一般在時間上也有相應的先后關(guān)系。在UML工具中，作戰(zhàn)行動模型用活動圖來實現(xiàn)，活動圖中發(fā)送事件可以實現(xiàn)命令和情報等信息的發(fā)送，作戰(zhàn)活動可以通過活動圖中事件響應的方式接受命令和情報等信息。圖2為海軍航空兵某飛機發(fā)射反艦導彈的作戰(zhàn)活動圖，這里攜帶反艦導彈飛機平臺的機動被稱為“活動”，飛機上武器控制系統(tǒng)的發(fā)射過程被稱為“轉(zhuǎn)移”，發(fā)射后反艦導彈的作戰(zhàn)過程被稱為“動作”，實施這些作戰(zhàn)行動的主體被稱為“泳道”。

3 指控與火控一體化技術(shù)

指控和火控一體化是系統(tǒng)綜合集成中的難點和重點，也是網(wǎng)絡中心戰(zhàn)基于能力和基于效果作戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)。將使軍事理論和作戰(zhàn)方式發(fā)生深刻變革，未來作戰(zhàn)形態(tài)和指揮控制模式發(fā)生重大變化。將極大提高精確打擊能力和殺傷能力，將以更少的裝備獲取更大的作戰(zhàn)效果。提高作戰(zhàn)反應能力，特別是對付時間敏感目標有重大意義，并加速作戰(zhàn)進程。為作戰(zhàn)裝備無人化和智能化的發(fā)展提供堅實的技術(shù)基礎。

3.1 航空指控和火控一體化

岸基指揮所或者預警機上的指控系統(tǒng)和執(zhí)行反艦任務作戰(zhàn)飛機上的火控系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)鏈接入信息柵格，將極大地提高海軍航空兵的作戰(zhàn)能力。地面或空中指揮所與飛機的一體化設計如圖3所示。

圖3 航空指控和火控一體化

民航航空早已實現(xiàn)客機的程序控制飛行，預先裝訂由起飛機場到目的機場的飛行航線程序，飛行員控制起飛并進入平飛后，即啟動飛行航線程序給自動駕駛儀輸入飛行高度、速度、航向等參數(shù)，降落前轉(zhuǎn)為飛行員控制。在此基礎上，作戰(zhàn)飛機又提高一步，在相對較長時間的平飛過程中，指揮所根據(jù)敵艦的航跡進行實時規(guī)劃解算，通過數(shù)據(jù)鏈給飛機發(fā)送作戰(zhàn)指令報文，飛機從報文中提取飛行參數(shù)送入自動駕駛儀，控制飛機自動飛行。飛行員根據(jù)實際情況選擇自動或者手動飛行方式，如遇到敵方飛機近距離空中攔截時，飛行員操作才更加直接有效。

對敵方水面艦艇實施防區(qū)外空中打擊時，目標在作戰(zhàn)飛機火控雷達探測范圍以外，需要指揮所提供具有火控質(zhì)量的目標指示信息。如果目標在飛機的探測距離以內(nèi)且指控系統(tǒng)的目標指示信息不夠精確，但可將目標的活動區(qū)域發(fā)送給飛機，飛機上的計算機解算目標相對于自身的大概方位角，從而控制機載雷達或光學瞄準系統(tǒng)快速捕獲和跟蹤目標。飛機和其他平臺協(xié)同攻擊時，也可由指揮所根據(jù)作戰(zhàn)需要提示或直接控制導彈的準備和發(fā)射，從而控制導彈發(fā)射的位置和時機。

3.2 艦艇指控和火控一體化

艦艇指控系統(tǒng)和火控系統(tǒng)一體化，實施對武器系統(tǒng)火控級的情報支援與指揮控制，從而獲得對戰(zhàn)場空間的全面感知能力和對武器系統(tǒng)的協(xié)調(diào)使用能力，提高打擊的準確性、實時性、可靠性和靈活性，用于對快速機動、時間敏感目標的精確打擊或防衛(wèi)，從而實現(xiàn)從傳感器到武器的快速打擊。美國海軍的“宙斯盾”系統(tǒng)和協(xié)同作戰(zhàn)能力CEC系統(tǒng)分別是單艦和編隊一體化指揮程度較高的例子［12～14]。

艦艇指控與火控一體化如圖4所示，指揮員在對海綜合臺上做出目標分配和航路規(guī)劃預案，規(guī)劃出多枚導彈的突擊方向和時間順序，并通過信息情報綜合臺將禁飛區(qū)、威脅區(qū)和島嶼等目標附近的態(tài)勢情況發(fā)給武器控制臺，武器控制臺人員在艦上其它系統(tǒng)的輔助下做出更加詳細的規(guī)劃結(jié)果并上報給本艦指揮室，審批通過后發(fā)射控制臺操作員按照指控系統(tǒng)的指令準備并發(fā)射導彈。

傳統(tǒng)單艦指控火控系統(tǒng)一體化和自動化程度不高，幾乎整個工作過程都需要人工參與，戰(zhàn)前準備時間長、效率低。隨著艦載計算機性能的提高和人工智能技術(shù)的進步，輔助決策軟件功能越來越強大，能勝任從簡單戰(zhàn)術(shù)參數(shù)解算到自動擬制作戰(zhàn)方案的各種任務，可在線仿真評估并篩選出符合指揮員作戰(zhàn)意圖的多套可行方案，從而大大減少指揮員工作量，使其專心于更高層次的對抗性決策。智能決策軟件在指控系統(tǒng)層次就能夠自動做出具體的航路規(guī)劃方案，在指揮員的授權(quán)下可直接遙控發(fā)射反艦導彈，減少各種中間環(huán)節(jié)，縮短系統(tǒng)反應時間。

圖4 艦艇指控和火控一體化

編隊指控和火控一體化能夠提供多兵種協(xié)同作戰(zhàn)的統(tǒng)一態(tài)勢，實現(xiàn)單艦作戰(zhàn)指揮和編隊作戰(zhàn)指揮的協(xié)調(diào)一致，增強艦艇、飛機和發(fā)射車等平臺間的作戰(zhàn)協(xié)同能力，實現(xiàn)遠程目標指示與艦艦導彈武器共用等功能，提升跨平臺和跨區(qū)域協(xié)同作戰(zhàn)能力。

3.3 指控和反艦導彈一體化

指控系統(tǒng)和反艦導彈一體化依托于能實現(xiàn)在線飛行控制和彈上信息回傳的雙向數(shù)據(jù)鏈，是信息系統(tǒng)和武器系統(tǒng)更深層次的整合。現(xiàn)代反艦導彈射程越來越大，飛行過程中戰(zhàn)場環(huán)境和目標位置都可能發(fā)生變化，發(fā)射前裝訂的數(shù)據(jù)難以滿足作戰(zhàn)需要。指控系統(tǒng)將敵防空區(qū)、氣象和目標的動態(tài)情況發(fā)送給空中導彈，導彈自動規(guī)避臨時出現(xiàn)的威脅，指控系統(tǒng)也可以直接發(fā)送飛行控制指令，改變導彈的飛行路徑和雷達開機點，甚至是攻擊其它備選目標。

在多彈協(xié)同攻擊時，指控系統(tǒng)綜合所有導彈的飛行狀況和變化的戰(zhàn)場情況，實時規(guī)劃導彈的飛行航路，協(xié)調(diào)各枚導彈的臨空時間，實現(xiàn)彈群整體打擊效果的最優(yōu)化。反輻射型反艦導彈先期清除通往重要目標路線上的防空火力和雷達，裝有光學或紅外導引頭的導彈反饋打擊效果，為后續(xù)導彈攻擊奠定基礎。

4 結(jié)語

海軍多兵種多平臺協(xié)同作戰(zhàn)，是水面艦艇、岸艦導彈和海軍航空兵等兵種之間的合同作戰(zhàn)，指揮的復雜性僅次于軍種聯(lián)合作戰(zhàn)，需要指控與火控一體化、智能化的體系對抗決策能力，確保指揮系統(tǒng)與武器裝備系統(tǒng)、作戰(zhàn)保障系統(tǒng)的融合。以復雜系統(tǒng)分析設計理論為基礎、系統(tǒng)綜合集成技術(shù)為工具設計的指揮信息系統(tǒng)，通過以信息為主導的方式將不同作戰(zhàn)平臺的資源整合實現(xiàn)效能倍增，能夠指揮海陸空多種作戰(zhàn)平臺使用反艦導彈同時打擊敵方水面目標，這些作戰(zhàn)力量必須高度聯(lián)合融為一體，才能實施嚴格一致的協(xié)同作戰(zhàn)任務。