鄭 健

戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺構建技術

鄭 健

（中國電子科技集團公司第二十研究所，西安 710068）

本文在分析戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈概念的基礎上，提出了戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺的構建思想，分析了其功能定位，并研究了具體組成模塊，闡述了包括環(huán)境系統(tǒng)模擬、效能評估模型、智能對抗推演的關鍵技術。最后，文章對戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺的構建進行了總結與展望。

戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈；半實物仿真；效能分析

0 引言

戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈是利用各種無線通信和網(wǎng)絡手段，按規(guī)定的信息格式和傳輸協(xié)議，實現(xiàn)在傳感器、指控系統(tǒng)和武器系統(tǒng)內分發(fā)處理諸如戰(zhàn)場態(tài)勢、指揮控制和戰(zhàn)術協(xié)同等戰(zhàn)術數(shù)據(jù)的綜合化戰(zhàn)場信息系統(tǒng)[1]。戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈具備通信、識別和導航的能力，是信息化作戰(zhàn)中各種作戰(zhàn)平臺互聯(lián)互通互操作的基礎，在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)場中發(fā)揮著極其關鍵的作用。

美軍已經(jīng)為海軍、陸軍、空軍戰(zhàn)隊研發(fā)并裝備了30余種主要數(shù)據(jù)鏈裝備，其中聯(lián)合戰(zhàn)術信息分發(fā)系統(tǒng)（Joint Tactical Information Distribution System，JTIDS）/Link-16在美軍各兵種中都大量列裝，JTIDS/Link-16戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈于20世紀70年代開始研制，80年代開始裝備，采用直接序列擴頻、調頻和跳時等抗干擾技術，是一種大容量、保密、時分多址的戰(zhàn)術信息分發(fā)系統(tǒng)[2]。

在戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展中，建模仿真是一種關鍵的支撐技術，發(fā)揮著重要的作用，能夠推動戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈的設計開發(fā)和應用研究。戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的發(fā)展對仿真系統(tǒng)提出了更高的要求，如系統(tǒng)模型的復雜度與真實度、仿真結果的可靠性和仿真系統(tǒng)的效能評估能力[3]。目前，針對戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈的建模仿真方法主要有網(wǎng)絡仿真、半實物仿真、硬件仿真和外場測試[4-5]。其中，網(wǎng)絡仿真是指利用OPNET、OMNET++、NS2等仿真軟件對復雜的網(wǎng)絡通信和拓撲結構得到簡單而正確的仿真，建立起網(wǎng)絡對象的基本模型之間的互聯(lián)[6]。硬件仿真和外場測試可以通過外場試驗提供更為準確可靠的數(shù)據(jù)，但對地形、氣象等均有一定的要求，且在通常情況下會簡化網(wǎng)絡結構，存在一定的局限性。半實物仿真能夠綜合網(wǎng)絡仿真和外場測試的優(yōu)勢，通過在軟件仿真的基礎上將一部分功能或模塊用真實物理模型代替的方式，實現(xiàn)仿真模型與實際業(yè)務的交互，具有更高的仿真可信度，為數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的應用推廣提供技術基礎。

本文將構建戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺，并分析其具體組成和關鍵技術，研究面向作戰(zhàn)應用的數(shù)據(jù)鏈仿真系統(tǒng)。

1 平臺定位與主要功能

戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺基于半實物仿真設計，在網(wǎng)絡性能仿真的基礎上，將實裝數(shù)據(jù)鏈設備通過網(wǎng)口接入網(wǎng)絡仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)編隊作戰(zhàn)指揮信息系統(tǒng)的傳輸和處理[7]。具體地，通過加載不同作戰(zhàn)想定，戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺能夠記錄和分析各節(jié)點的信息傳輸質量，并在一定程度上測試戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)分發(fā)能力、作戰(zhàn)協(xié)同能力、指揮引導能力和態(tài)勢共享能力，評估戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的綜合效能。

戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺重點關注仿真系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈設備的數(shù)據(jù)交互，對不同作戰(zhàn)背景下的作戰(zhàn)應用流程進行建模仿真，通過模擬仿真進行系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)鏈指標和作戰(zhàn)效能等的驗證評估。戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺的定位與主要功能如下：

一是聚焦實戰(zhàn)能力生成，支持現(xiàn)役裝備的實操培訓、戰(zhàn)法推演、遠程保障和效能評估。武器裝備的戰(zhàn)斗力轉換需要動用大量的人力、物力、財力和時間，為了提高軍事訓練的效能，可以采用模擬訓練與實戰(zhàn)訓練相結合的方式來培養(yǎng)官兵對武器裝備的熟練應用能力。戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺可以將現(xiàn)役裝備與仿真系統(tǒng)進行深度鏈接，也可以進一步利用真實傳感器數(shù)據(jù)，使得官兵能夠在實操前進行紅藍雙方的戰(zhàn)法推演，并在戰(zhàn)法推演的全流程中進行作戰(zhàn)效能評估與分析。同時，戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺能夠以可視化的友好交互界面對部隊官兵進行數(shù)據(jù)鏈設備的培訓，提高部隊對數(shù)據(jù)鏈設備的戰(zhàn)術運用能力，進一步優(yōu)化發(fā)展現(xiàn)役數(shù)據(jù)鏈裝備。

二是聚焦裝備體系發(fā)展，驗證現(xiàn)役、在研數(shù)據(jù)鏈的體系運用，促進裝備研建一體，促成交裝備向交能力的轉變。戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺能夠在驗證作戰(zhàn)業(yè)務流程的基礎上，對數(shù)據(jù)鏈裝備的作戰(zhàn)能力提出需求，并形成體系作戰(zhàn)和協(xié)同作戰(zhàn)能力。同時，戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺所驗證和提出的作戰(zhàn)需求能夠進一步優(yōu)化現(xiàn)役和在研數(shù)據(jù)鏈設備的裝備頻譜，使得數(shù)據(jù)鏈設備能夠持續(xù)、成體系的發(fā)展。

三是聚焦創(chuàng)新發(fā)展，測試驗證新一代數(shù)據(jù)鏈核心關鍵技術體制，支撐數(shù)據(jù)鏈裝備科學化和可持續(xù)發(fā)展。在未來戰(zhàn)場中，強敵對抗、無人裝備的發(fā)展、強電磁干擾等戰(zhàn)場環(huán)境均對數(shù)據(jù)鏈設備的發(fā)展提出了新的要求。戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺瞄準數(shù)據(jù)鏈設備能力的提升，通過仿真驗證數(shù)據(jù)鏈裝備和作戰(zhàn)流程中的關鍵技術，促進部隊數(shù)據(jù)鏈設備的創(chuàng)新性持續(xù)發(fā)展，構建新一代數(shù)據(jù)鏈裝備體系。

2 平臺系統(tǒng)組成

戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺系統(tǒng)組成如圖1所示，主要包含導調控制模塊、綜合顯示模塊、作戰(zhàn)平臺模塊、戰(zhàn)場環(huán)境模塊、效能評估模塊、模擬訓練模塊、數(shù)據(jù)庫模塊和戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡模塊。戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺系統(tǒng)中的戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡模塊用于系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸，是真實設備，其余的模塊均由計算機模擬仿真實現(xiàn)，通過網(wǎng)口與戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈設備連接。

2.1 作戰(zhàn)平臺模塊

作戰(zhàn)平臺模塊指典型平臺及其分系統(tǒng)，諸如傳感器模塊、飛控模塊和武器模塊等的模型化實現(xiàn)，可根據(jù)兵種劃分為陸軍作戰(zhàn)平臺、海軍作戰(zhàn)平臺和空軍作戰(zhàn)平臺。典型作戰(zhàn)平臺有預警機、殲擊機、電子戰(zhàn)飛機、艦艇和坦克等。

圖1 戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺系統(tǒng)組成

2.2 戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡模塊

戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡模塊是指實裝的通信網(wǎng)絡設備，主要分為現(xiàn)役數(shù)據(jù)鏈和新型數(shù)據(jù)鏈設備，戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡模塊實現(xiàn)對抗仿真流程中態(tài)勢、指控等戰(zhàn)術信息的傳輸和處理，是戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺中需要驗證和評估的核心模塊。

2.3 模擬訓練模塊

模擬訓練模塊是戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺系統(tǒng)的作戰(zhàn)業(yè)務流程實現(xiàn)模塊。仿真開始后，模擬訓練模塊首先根據(jù)作戰(zhàn)場景和樣式配置作戰(zhàn)力量，生成我方作戰(zhàn)編隊，同時初始化傳感器和數(shù)據(jù)鏈設備的參數(shù)，并進行戰(zhàn)前任務規(guī)劃，由指揮控制系統(tǒng)生成各個參戰(zhàn)平臺的航跡規(guī)劃。仿真開始后，紅藍雙方編隊展開對抗，并形成觀察、判斷、決策、執(zhí)行（Observe，Orient，Decide，Act，OODA）戰(zhàn)斗閉環(huán)。

2.4 綜合顯示模塊

綜合顯示模塊提供戰(zhàn)場態(tài)勢的可視化顯示，通過對戰(zhàn)場環(huán)境的圖形化顯示，實時顯示敵我態(tài)勢（位置、速度、航向等）和傳感器探測等信息，便于指揮控制人員更加迅速、直觀地判斷戰(zhàn)場態(tài)勢，從而做出準確的決策。

2.5 戰(zhàn)場環(huán)境模塊

戰(zhàn)場環(huán)境模塊用于生成作戰(zhàn)區(qū)域內包括真實地形環(huán)境、氣象水文狀況、電磁輻射特性、大氣環(huán)境等的環(huán)境數(shù)據(jù)，為模擬訓練模塊提供盡可能逼近真實環(huán)境的模擬數(shù)據(jù)，提高仿真流程的真實度。

2.6 數(shù)據(jù)庫模塊

數(shù)據(jù)庫模塊用于進行數(shù)據(jù)采集，對仿真所需的戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)性能參數(shù)、武器平臺性能參數(shù)、戰(zhàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)以及仿真結果等進行存儲和管理。

2.7 效能評估模塊

效能評估模塊作用于作戰(zhàn)流程的全過程，用于評估偵察、火力打擊等各個作戰(zhàn)環(huán)節(jié)的效能指標。效能評估模塊能夠直觀反映紅藍雙方對抗的勝負，同時能夠為平臺功能、數(shù)據(jù)鏈性能等多項指標提供仿真推演和驗證[8]。

2.8 導調控制模塊

導調控制模塊能夠對戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺進行初始化參數(shù)設置和系統(tǒng)運行監(jiān)管維護，能夠在仿真全流程過程中對系統(tǒng)進行控制，包括對戰(zhàn)場環(huán)境的改變，控制系統(tǒng)的開始運行和停止等。

3 平臺構建關鍵技術

3.1 環(huán)境系統(tǒng)模擬

環(huán)境系統(tǒng)模擬包含對復雜地理地形、復雜電磁環(huán)境和復雜氣象環(huán)境等的空間屬性模擬，是能夠分析和處理在一定地理區(qū)域內分布的各種現(xiàn)象和過程的系統(tǒng)。戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺在構建作戰(zhàn)流程仿真的過程中，環(huán)境模擬系統(tǒng)發(fā)揮的作用有：

（1）提供形象化和逼真化的作戰(zhàn)背景，提高半實物仿真的真實度和可信度；

（2）合適的環(huán)境系統(tǒng)模擬能夠提高顯示效率，為每一次仿真流程提供實時、可視化的戰(zhàn)場態(tài)勢顯示；

（3）環(huán)境系統(tǒng)模擬能夠對目標運動模型進行建立。

在半實物仿真集成驗證的過程中，需要實現(xiàn)多種目標運動模型來滿足仿真需求。目標運動模型建立的優(yōu)劣會影響仿真對抗的結果，繼而影響對數(shù)據(jù)鏈裝備性能指標的評判。

3.2 效能評估模型

層次分析法是一種在軍事領域被廣泛應用的效能評估方法，該方法首先計算經(jīng)過等級劃分后的系統(tǒng)各層級的權值，然后通過匯總得到系統(tǒng)的總體效能。層次分析法具有一定的普適性，可以對作戰(zhàn)流程的全過程進行效能評估。

效能評估模型在對作戰(zhàn)推演結果進行建模的基礎上，重點考慮戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈的系統(tǒng)模型，借助戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈裝備的武器或平臺的“信息優(yōu)勢”提升的幅度，即在考慮效能評估的結果時，需要在傳統(tǒng)效能評估模型建立的基礎上，重點考慮建立戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)模型[9]。

3.3 智能對抗推演

隨著無人平臺的發(fā)展和武器裝備智能化水平的提高，現(xiàn)階段的軍事對抗正從基于“平臺”的對抗轉變?yōu)榛凇绑w系”的對抗。戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺在建立平臺模型的基礎上，需要研究基于體系作戰(zhàn)與協(xié)同作戰(zhàn)的智能對抗推演技術。

當前，智能對抗推演技術主要面臨“維數(shù)災難”問題，傳統(tǒng)的對抗推演無法支撐大規(guī)模的體系仿真?；谌斯ぶ悄艿母咝Щ?智能化體系對抗推演技術，可為大規(guī)模體系仿真和多種作戰(zhàn)樣式仿真提供智能化、高效率的公共支撐環(huán)境[10-11]。

4 總結

半實物仿真在戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈全生命周期中具有重要的作用。為了研究基于作戰(zhàn)應用的戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈仿真系統(tǒng)，本文提出了戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈半實物仿真集成驗證平臺體系框架，并分析了平臺定位，闡述了平臺的系統(tǒng)組成和關鍵技術。在下一步的研究中，將重點考慮進一步完善本文提出的關鍵技術，推動數(shù)據(jù)鏈裝備的體系發(fā)展。

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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。鄭健（1987.07-），山西運城人，碩士研究生，工程師，主要研究方向為數(shù)據(jù)鏈研究。