唐 健 張 林 王少平

（1.海軍大連艦艇學(xué)院導(dǎo)彈與艦炮系 大連 116018）（2.海軍大連艦艇學(xué)院學(xué)員五大隊(duì) 大連 116018）

1 引言

傳統(tǒng)反艦導(dǎo)彈采用“發(fā)射后不管”的作戰(zhàn)方式，武控系統(tǒng)解算導(dǎo)彈射擊參數(shù)，通?；诖驌糸_(kāi)闊海域無(wú)對(duì)抗目標(biāo)的典型作戰(zhàn)場(chǎng)景及內(nèi)置的靜態(tài)裝備性能參數(shù)，重點(diǎn)解決導(dǎo)彈“保捕捉”的射擊問(wèn)題。隨著海上戰(zhàn)場(chǎng)空間的顯著擴(kuò)大及攻防技術(shù)水平、對(duì)抗強(qiáng)度的不斷提升，敵我雙方的交戰(zhàn)態(tài)勢(shì)更為復(fù)雜多變，低精度目指條件下、目標(biāo)綜合防御條件下對(duì)海打擊等復(fù)雜作戰(zhàn)任務(wù)逐漸成為常態(tài)。在此背景下，傳統(tǒng)武控系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜作戰(zhàn)條件和外界因素變化考慮不夠的問(wèn)題愈加凸顯，難以滿足指揮員精確、快速實(shí)施導(dǎo)彈射擊指揮、達(dá)成攻擊任務(wù)的需要［1］。

為此，針對(duì)復(fù)雜條件下艦艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用需求，以導(dǎo)彈捕捉、選擇、突防等面向任務(wù)的一體化設(shè)計(jì)思想為指導(dǎo)，以現(xiàn)代海戰(zhàn)場(chǎng)多元、體系對(duì)抗為背景，構(gòu)建新形態(tài)的導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用在線支持系統(tǒng)，為指揮員實(shí)施導(dǎo)彈射擊指揮提供高效的決策手段支撐，成為迫切需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

2 艦艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用在線支持系統(tǒng)需求分析

隨著未來(lái)對(duì)海作戰(zhàn)敵我對(duì)抗行動(dòng)、導(dǎo)彈武器裝備等的發(fā)展變化，傳統(tǒng)“離線”式艦艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用輔助決策方法已難以滿足實(shí)戰(zhàn)需求，急需滿足高動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)性要求的“在線”方法支持［2］。

2.1 射擊參數(shù)裝定多，需提供射前決策

艦艦導(dǎo)彈火控系統(tǒng)在使用中，可能需要人工裝定包括導(dǎo)彈側(cè)向和縱向飛行、搜捕、選擇、突防命中等各類(lèi)射擊參數(shù)，但如缺乏實(shí)時(shí)在線參數(shù)裝定建議，以及不同參數(shù)取值帶來(lái)的可能作戰(zhàn)效能影響，指揮員在復(fù)雜海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，以及攻防對(duì)抗作戰(zhàn)大壓力下，將無(wú)法實(shí)現(xiàn)精細(xì)化快速?zèng)Q策。

2.2 理想條件假設(shè)多，需融合復(fù)雜因素

對(duì)海作戰(zhàn)中，導(dǎo)彈射擊參數(shù)解算、導(dǎo)彈作戰(zhàn)效果評(píng)估等都存在諸多因素影響，但受限于基于“可靠發(fā)射”的導(dǎo)彈武器裝備使用理念，以及導(dǎo)彈射擊解算模型過(guò)渡簡(jiǎn)化等問(wèn)題，導(dǎo)彈射擊參數(shù)解算等過(guò)程中，理想條件假設(shè)多，與導(dǎo)彈實(shí)際使用環(huán)境、戰(zhàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)目標(biāo)實(shí)際等存在一定程度脫節(jié)，無(wú)法為導(dǎo)彈提供基于“精確命中”的參數(shù)解算支持。

2.3 協(xié)同使用考慮少，需綜合運(yùn)用籌劃

為了達(dá)成預(yù)期作戰(zhàn)效果，在具體對(duì)海作戰(zhàn)行動(dòng)中，可能需要多枚同型導(dǎo)彈、異型導(dǎo)彈進(jìn)行協(xié)同突擊，彈群整體作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃決策、單枚導(dǎo)彈作戰(zhàn)決策等，都需要根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)、平臺(tái)、導(dǎo)彈武器類(lèi)型等進(jìn)行實(shí)時(shí)在線綜合評(píng)估，給出多彈綜合運(yùn)用方法建議，以及可能作戰(zhàn)效能，進(jìn)而充分發(fā)揮多彈協(xié)同作戰(zhàn)優(yōu)勢(shì)，提高實(shí)戰(zhàn)效果。

3 艦艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用在線支持系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

艦艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用在線支持系統(tǒng)是基于艦艦導(dǎo)彈射擊指揮體系，結(jié)合戰(zhàn)場(chǎng)信息和艦艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)信息，通過(guò)動(dòng)態(tài)更新戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、實(shí)時(shí)優(yōu)化解算作戰(zhàn)方案、平行仿真推演決策來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)彈射擊指揮的決策支撐［3］。決定了系統(tǒng)需要具有與艦艇指控系統(tǒng)之間較好的兼容能力、對(duì)輸入信息快速的處理能力、對(duì)決策方案有高性能的平行仿真推演能力，以及與指揮員、導(dǎo)彈系統(tǒng)之間強(qiáng)大的人機(jī)交互能力［4］。

3.1 總體功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要以艦艇指控系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸信息、人工裝訂信息作為數(shù)據(jù)來(lái)源，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和戰(zhàn)場(chǎng)條件，利用建模解算、平行仿真推演等方法，在線實(shí)時(shí)對(duì)預(yù)定的捕捉、選擇、突防、航路等攻擊方案進(jìn)行優(yōu)化，給出相應(yīng)的導(dǎo)彈射擊參數(shù)和攻擊方案要素等輔助決策建議，并通過(guò)可視化顯示實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。如圖1 所示，系統(tǒng)可由戰(zhàn)場(chǎng)信息更新子系統(tǒng)、在線決策支持子系統(tǒng)、攻擊方案推演子系統(tǒng)、可視化人機(jī)交互子系統(tǒng)四部分組成。

圖1 系統(tǒng)總體功能組成圖

1）戰(zhàn)場(chǎng)信息更新子系統(tǒng)

主要通過(guò)接收和處理艦艇指控系統(tǒng)或人工裝訂的各類(lèi)作戰(zhàn)信息，包含環(huán)境信息、目標(biāo)指示信息、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息等，為系統(tǒng)各子系統(tǒng)提供所需的各類(lèi)信息。

2）在線決策支持子系統(tǒng)

主要通過(guò)接收戰(zhàn)場(chǎng)信息更新子系統(tǒng)分發(fā)的信息，結(jié)合敵我裝備性能數(shù)據(jù)、預(yù)定攻擊方案，實(shí)時(shí)解算生成攻擊方案和相應(yīng)的射擊參數(shù)組，生成射擊方案，包含目標(biāo)捕捉方案、目標(biāo)選擇方案、末端突防方案等信息，為指揮員射擊指揮決策提供輔助支持。

3）攻擊方案推演子系統(tǒng)

主要通過(guò)構(gòu)建平行仿真系統(tǒng)，對(duì)在線決策支持子系統(tǒng)生成的攻擊方案進(jìn)行超實(shí)時(shí)仿真推演，快速得到仿真推演的結(jié)果，分析比較各攻擊方案的優(yōu)劣，為指揮員確定攻擊方案提供建議［5～7］。

4）可視化人機(jī)交互子系統(tǒng)

主要是基于二維態(tài)勢(shì)地圖等手段，顯示當(dāng)前作戰(zhàn)信息、導(dǎo)彈攻擊方案、導(dǎo)彈攻擊仿真推演過(guò)程等信息，采用圖表等可視化形式，展示導(dǎo)彈射擊輔助決策的各項(xiàng)結(jié)果，為指揮員提供直觀、友好的人機(jī)交互體驗(yàn)。

3.2 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體架構(gòu)從兩個(gè)層面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1）與指控系統(tǒng)之間的串行架構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖2 所示，主要通過(guò)數(shù)據(jù)接入層與艦艇指控系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈攻擊方案的傳輸，及決策生成的導(dǎo)彈射擊參數(shù)與導(dǎo)彈武控系統(tǒng)之間的傳輸。

圖2 系統(tǒng)與指控系統(tǒng)之間的串行架構(gòu)圖

2）系統(tǒng)內(nèi)部的體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖3 所示，主要包含人機(jī)交互層、功能層、模型層、數(shù)據(jù)層和數(shù)據(jù)接入層。

圖3 系統(tǒng)體系架構(gòu)圖

（1）人機(jī)交互層

主要為指揮員提供直觀、可操作的圖形化人機(jī)界面，利用態(tài)勢(shì)地圖顯控插件展示戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、輔助決策、仿真推演等信息，以及地圖操控、作戰(zhàn)信息編輯、攻擊方案編輯等人機(jī)交互。

（2）功能層

主要包括戰(zhàn)場(chǎng)信息更新與處理、艦艦導(dǎo)彈射擊在線輔助決策、攻擊方案推演三大功能模塊，作為系統(tǒng)核心，專(zhuān)注于業(yè)務(wù)功能和業(yè)務(wù)流程的實(shí)現(xiàn)。

（3）模型層

主要包括支撐實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各功能所需要的算法與模型，其中，推演模型庫(kù)，用于支撐攻擊方案推演引擎計(jì)算，包括導(dǎo)彈推演模型、發(fā)射器推演模型；在線輔助決策模型庫(kù)，用于支撐實(shí)時(shí)艦艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用決策，包括目標(biāo)捕捉方案決策模型、目標(biāo)選擇方案決策模型、末端突防方案決策模型等。

（4）數(shù)據(jù)層

主要包括支撐實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各功能、模型所需要的各種數(shù)據(jù)，包括目標(biāo)情報(bào)數(shù)據(jù)、射擊平臺(tái)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、艦艦導(dǎo)彈數(shù)據(jù)、導(dǎo)引頭數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)、導(dǎo)彈攻擊方案數(shù)據(jù)、導(dǎo)彈射擊參數(shù)決策數(shù)據(jù)、推演態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)等。

（5）數(shù)據(jù)接入層

主要包括系統(tǒng)與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的接口，其中，信息適配服務(wù)，用于實(shí)現(xiàn)指控系統(tǒng)的信息接入功能，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收指控系統(tǒng)報(bào)文數(shù)據(jù)，并分發(fā)到系統(tǒng)內(nèi)部模塊；數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)服務(wù)，用于提供與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接、數(shù)據(jù)操作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理與持久化。

3.3 運(yùn)行流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用一體化、輕量級(jí)設(shè)計(jì)思想，運(yùn)行流程如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

1）用戶登錄：用戶在軟件啟動(dòng)后，首先輸入用戶名/密碼驗(yàn)證通過(guò)后，然后選擇對(duì)應(yīng)的平臺(tái)類(lèi)型并加載相關(guān)配置信息，即可進(jìn)入系統(tǒng)主界面。

2）參數(shù)讀?。喊ㄗx取本艦平臺(tái)參數(shù)、目標(biāo)平臺(tái)情報(bào)、導(dǎo)彈參數(shù)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境等基礎(chǔ)參數(shù)，和接收指控系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸?shù)暮瑢?shí)時(shí)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)。

3）戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)構(gòu)建與顯示：融合處理戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)，構(gòu)建戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，接收攻擊方案，并在態(tài)勢(shì)地圖上進(jìn)行綜合顯示與編輯。

4）在線決策支持：用戶選擇某一攻擊方案后，調(diào)用實(shí)時(shí)輔助決策模型，依次計(jì)算生成目標(biāo)捕捉方案（包含最優(yōu)搜捕區(qū)、捕捉概率）、目標(biāo)選擇方案（包含選捕方法、選擇概率）、末端突防方案（包含發(fā)射數(shù)量、飛行航路、飛行高度等）及導(dǎo)彈射擊參數(shù)組等，并將決策結(jié)果通過(guò)態(tài)勢(shì)地圖、可視化圖表等方式進(jìn)行顯示。

5）攻擊方案推演：當(dāng)?shù)玫捷o助決策結(jié)果后，平行仿真模塊進(jìn)行超實(shí)時(shí)推演，超實(shí)時(shí)計(jì)算引擎調(diào)用推演模型，開(kāi)展相應(yīng)的導(dǎo)彈攻擊過(guò)程仿真，包括艦艇機(jī)動(dòng)、導(dǎo)彈發(fā)射、導(dǎo)彈飛行、導(dǎo)彈搜索、導(dǎo)彈捕獲、導(dǎo)彈選擇及目標(biāo)軟硬武器綜合抗擊等，產(chǎn)生推演態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)，并通過(guò)平行試驗(yàn)協(xié)同軟件及態(tài)勢(shì)地圖進(jìn)行可視化展示，直至推演完成。

6）任務(wù)效果評(píng)估：推演完成后，指揮員可根據(jù)任務(wù)執(zhí)行效果調(diào)整攻擊方案參數(shù)，重新進(jìn)行輔助決策計(jì)算和超實(shí)時(shí)平行推演，直到打擊效果滿足任務(wù)要求。

7）決策方案應(yīng)用：指揮員將符合任務(wù)要求的最終方案，下發(fā)至指控系統(tǒng)和導(dǎo)彈武控系統(tǒng)，進(jìn)行導(dǎo)彈發(fā)射最后準(zhǔn)備。

4 艦艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用在線支持關(guān)鍵技術(shù)

4.1 基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的火力運(yùn)用決策建模技術(shù)

目標(biāo)軟硬武器綜合抗擊條件下導(dǎo)彈突防方案決策的需要，對(duì)導(dǎo)彈彈型、彈量、導(dǎo)引頭配置、發(fā)射間隔等輔助計(jì)算結(jié)果的精準(zhǔn)性提出了高要求。如圖5 所示，以基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)［8］的彈型彈量輔助計(jì)算模型為例，通過(guò)構(gòu)建基于導(dǎo)彈實(shí)彈射擊演習(xí)/試驗(yàn)數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的攻防對(duì)抗推演系統(tǒng)訓(xùn)練環(huán)境，使智能體在突防策略的驅(qū)動(dòng)下生成動(dòng)作、與環(huán)境交互、從環(huán)境中得到獎(jiǎng)勵(lì)或者懲罰而不斷更新策略，通過(guò)迭代訓(xùn)練，形成基于態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)、滿足目標(biāo)毀傷概率的彈型彈量方案的智能體，即彈型彈量輔助計(jì)算模型。

圖5 基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的彈型彈量決策模型

4.2 導(dǎo)彈射擊參數(shù)平行仿真計(jì)算技術(shù)

傳統(tǒng)導(dǎo)彈射擊參數(shù)計(jì)算主要基于靜態(tài)作戰(zhàn)場(chǎng)景與裝備基礎(chǔ)性能參數(shù)，無(wú)法體現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)動(dòng)態(tài)變化對(duì)導(dǎo)彈飛行、導(dǎo)引頭工作及目標(biāo)實(shí)施軟硬武器抗擊、機(jī)動(dòng)規(guī)避等方面的影響，需要利用平行仿真技術(shù)提高射擊參數(shù)計(jì)算的智能性與自適應(yīng)性。其原理是利用復(fù)雜系統(tǒng)、智能科學(xué)及建模仿真等理論，構(gòu)建與導(dǎo)彈發(fā)射、飛行、捕捉、選擇、制導(dǎo)、對(duì)抗等物理過(guò)程一致的實(shí)體模擬系統(tǒng)，并利用平行試驗(yàn)協(xié)同軟件實(shí)現(xiàn)與導(dǎo)彈實(shí)體模擬系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸［9～10］。通過(guò)對(duì)導(dǎo)彈發(fā)射后作戰(zhàn)過(guò)程進(jìn)行虛擬平行仿真試驗(yàn)，能夠?qū)δ恐妇?、目?biāo)防御、海情氣象、島礁陸岸等影響因素，末端攻擊角、攻擊航路、捕捉模式、選擇模式等射擊參數(shù)，及其之間的交互影響進(jìn)行聯(lián)動(dòng)分析，使仿真計(jì)算結(jié)果更為科學(xué)、準(zhǔn)確。

4.3 導(dǎo)彈攻擊方案超實(shí)時(shí)推演評(píng)估技術(shù)

戰(zhàn)場(chǎng)戰(zhàn)機(jī)轉(zhuǎn)瞬即逝，對(duì)指揮決策的快速性提出了高要求。導(dǎo)彈攻擊方案超實(shí)時(shí)推演評(píng)估，是在平行仿真的基礎(chǔ)上，利用超實(shí)時(shí)任務(wù)推演評(píng)估引擎和克隆戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)多分支超實(shí)時(shí)平行推演及效能評(píng)估［6］。一方面，通過(guò)基于模糊敵情的多方案平行推演，結(jié)合導(dǎo)彈武器、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、目標(biāo)防御等多方面的規(guī)則，能夠精確預(yù)測(cè)各個(gè)候選攻擊方案的執(zhí)行效果，使指揮員在導(dǎo)彈發(fā)射前能夠直觀評(píng)估和比較多組可選方案，更為科學(xué)、精細(xì)地確定打擊方案；另一方面，還能夠針對(duì)不確定敵情，推演、預(yù)測(cè)方案態(tài)勢(shì)，便于指揮員及時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整攻擊方案和打擊計(jì)劃，直至達(dá)成作戰(zhàn)任務(wù)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于復(fù)雜條件下艦艦導(dǎo)彈射擊指揮決策能力的提升，對(duì)復(fù)雜條件下艦艦作戰(zhàn)使用在線支持系統(tǒng)進(jìn)行了體系設(shè)計(jì)，通過(guò)決策交互、仿真支持等過(guò)程，構(gòu)建了系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)。但是艦艦導(dǎo)彈對(duì)海打擊指揮決策能力的提升除了取決于裝備的先進(jìn)性還取決于作戰(zhàn)指揮模式和編隊(duì)協(xié)同模式的科學(xué)性。但由于整個(gè)系統(tǒng)仍然處于試驗(yàn)驗(yàn)證階段，后續(xù)系統(tǒng)研發(fā)后將實(shí)際參與訓(xùn)練實(shí)踐，不斷優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)艦艦導(dǎo)彈射擊指揮的精細(xì)化輔助決策支持。