萬建平

（海裝駐武漢地區(qū)軍代局，湖北武漢430011）

飛航導彈協(xié)同作戰(zhàn)信息化體系構建及分布式仿真

萬建平

（海裝駐武漢地區(qū)軍代局，湖北武漢430011）

分析了空/天平臺與多導彈協(xié)同的作戰(zhàn)信息化體系，提出了全體系下信息化協(xié)同作戰(zhàn)典型作戰(zhàn)使用流程，且利用HLA-RTI建立了信息化體系四導彈協(xié)同作戰(zhàn)的仿真系統(tǒng)，并進行了信息化體系的多導彈協(xié)同作戰(zhàn)偵察、指揮與控制功能演示。為多導彈協(xié)同作戰(zhàn)信息化體系建設提供參考。

信息化體系；多導彈協(xié)同作戰(zhàn)；HLA-RTI仿真

0 引言

未來的戰(zhàn)爭是系統(tǒng)與系統(tǒng)、體系與體系之間的對抗，信息戰(zhàn)和電子戰(zhàn)將貫穿戰(zhàn)爭的始終。精確制導武器在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中扮演著重要的角色，在這種情況下，單個武器已經(jīng)不能充分發(fā)揮其應有的作用，多武器協(xié)同作戰(zhàn)將變得越來越重要。在信息化武器協(xié)同應用上，俄羅斯л-700“花崗巖”超聲速反艦導彈[1]，可將陸、海、空基傳感器，衛(wèi)星獲得的信息融合，實現(xiàn)目標信息共享。國內(nèi)學者[2]提出導彈在信息化體系下的時間協(xié)同、空間協(xié)同、功能協(xié)同和平臺協(xié)同方案。多彈齊射戰(zhàn)術攻擊航母戰(zhàn)斗群，領彈攻擊、“靜默”攻擊是典型策略，多導彈協(xié)同作戰(zhàn)是今后戰(zhàn)爭的重要發(fā)展趨勢[3]。采用HLA的技術進行大規(guī)模的多對多/部隊對部隊、戰(zhàn)略原則研究和演練仿真，可提供多武器系統(tǒng)的體系攻防對抗和武器性能評估仿真[4]。

本文通過國外武器協(xié)同作戰(zhàn)能力分析，總結了信息化體系下多導彈協(xié)同對抗大型艦艇編隊的信息化協(xié)同作戰(zhàn)流程，通過高層體系結構HLA進行了多導彈協(xié)同仿真。有效的驗證了多導彈協(xié)同算法，摸索了信息化數(shù)據(jù)傳輸量與多導彈協(xié)同的關系，將對信息化體系建設的需求方向提供有益參考。

1 多導彈協(xié)同對海作戰(zhàn)信息化體系構建

1.1 協(xié)同作戰(zhàn)信息化需求分析

未來海戰(zhàn)中，單艘水面艦艇很少獨自進行作戰(zhàn)，而是多艘艦艇組成一定規(guī)模的編隊 （如驅(qū)護艦艇編隊、航母編隊等）進行作戰(zhàn)。如：日本海上自衛(wèi)隊“八·八”艦隊和編入“宙斯盾”防空導彈驅(qū)逐艦后提出了“九·十”艦隊[5]；印度“維拉特”號[6]能與“戈爾什尼科夫”號組成航母編隊，實施編隊作戰(zhàn)。

大型艦艇編隊具備1 000 km以上的防空探測能力，飛航導彈武器系統(tǒng)須具備目標指示滿足其長時間機動的位置變化；具備多信息融合的多導彈協(xié)同攻擊能力，滿足艦載突防。因此，信息化協(xié)同遠程精確打擊是飛航導彈對海攻擊的必然趨勢。信息化體系構建主要研究適合多導彈協(xié)同作戰(zhàn)樣式下的目標偵查、目標指示以及在線任務更改等指揮控制一體的信息傳遞體系，實現(xiàn)未來空/天平臺與多導彈的戰(zhàn)術協(xié)同。

1.2 空/天平臺與多導彈協(xié)同的信息化體系(圖1）

圖1 多導彈協(xié)同信息化體系

多導彈協(xié)同作戰(zhàn)主要有衛(wèi)星、臨近空間飛行器、長航時無人機/高空預警機等空/天平臺[3]。信息化體系信息流程傳遞如下：

1）處理偵查信息，空/天平臺所獲得的海上目標圖像回傳到地面情報信息處理中心進行處理；

2）信息上傳下達，指揮控制中心主要指陣前指揮所，接收上級指揮所下達的指示和戰(zhàn)場態(tài)勢信息，并定期向上級匯報作戰(zhàn)進程，負責向編隊內(nèi)各個指揮所下達作戰(zhàn)指揮信息、目標指示信息，并監(jiān)控各艘艦艇導彈發(fā)射情況。

3）各發(fā)射平臺接收到指揮控制中心下達的作戰(zhàn)任務后，進行導彈發(fā)射準備，向?qū)椦b訂發(fā)射參數(shù)等工作，必要時可以進行監(jiān)控導彈的飛行狀況等信息。

4）飛行的導彈可以向通信中繼平臺回傳飛行狀況和目標圖像信息等。

1.3 信息化體系下的協(xié)同作戰(zhàn)流程(圖2）

圖2 信息化體系作戰(zhàn)信息流程示意

信息化體系下協(xié)同可以利用空/天平臺進行多導彈協(xié)同作戰(zhàn)，其可能的作戰(zhàn)使用流程如下：

1）協(xié)同作戰(zhàn)規(guī)劃，通過空/天偵察平臺獲取目標艦艇編隊信息；指揮當局規(guī)劃作戰(zhàn)地點、時間以及導彈協(xié)同作戰(zhàn)部隊；指揮者協(xié)調(diào)戰(zhàn)斗區(qū)域和時間，分發(fā)目標艦艇編隊到達區(qū)域、多導彈中心規(guī)劃航跡和編隊形式。

2）導彈協(xié)同發(fā)射，導彈根據(jù)協(xié)同規(guī)劃確定自身平臺發(fā)射導彈時間和網(wǎng)絡編號，完成發(fā)射該導彈。

3）協(xié)同飛行，導彈慣性/衛(wèi)星組合導航飛行，指揮控制中心與導彈互通，確立導彈角色，并施行高低飛行策略，導彈任務策略；在衛(wèi)星不可靠情況下，進行彈間通信、彈間測距、測角，完成編隊組織，編隊縱向、橫向距離調(diào)節(jié)。

4）協(xié)同目標搜索，多導彈到達末制導雷達開機時刻，搜索導彈進行協(xié)同搜索，共享目標信息，目標信息融合，目標列表在彈間信息共享。

5）協(xié)同目標分配，領彈進行目標分配，向網(wǎng)絡內(nèi)成員下發(fā)目標分配信息。網(wǎng)絡內(nèi)成員從彈接收目標分配信息動態(tài)規(guī)劃末制導航路，進行策略目標攻擊。

6）毀傷評估，導彈命中目標的最后幾幅圖像回傳指揮控制中心，用于目標毀傷評估。

2 基于HLA-RTI分布式仿真設計

2.1 HLA-RTI仿真構架及仿真開發(fā)形式

仿真平臺采用分布式構架，由RTI服務器、仿真控制平臺、指揮控制模擬平臺、導彈模擬平臺、顯示與評估平臺組成。仿真系統(tǒng)中采用有線及無線兩種網(wǎng)絡，如圖3所示，無線網(wǎng)絡描述多導彈組網(wǎng)信息傳遞、指揮控制模擬；有線網(wǎng)絡實時下傳導彈仿真數(shù)據(jù)、模擬導彈發(fā)射任務規(guī)劃、仿真時間同步以及仿真任務控制。利用D-Link DWA-130 802.11n無線網(wǎng)卡將指揮控制模擬平臺、目標模擬平臺以及導彈模擬平臺組成無線網(wǎng)絡，用于模擬數(shù)據(jù)的傳輸。仿真系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境采用Windows server 7，開發(fā)環(huán)境Visual stdio 2008，使用語言C++，圖形引擎DerictX9.0運行支撐環(huán)境BH RTI2.4。

圖3 仿真方案網(wǎng)絡拓撲結構

2.2 HLA-RTI仿真庫算法

2.2.1 RTI服務器

在基于HLA的分布式虛擬環(huán)境中，使用RTIRTI交互協(xié)議進行通信。RTI服務器負責管理其它各平臺上運行的RTI節(jié)點，負責分布式環(huán)境中全局數(shù)據(jù)的處理，是各個RTI節(jié)點的協(xié)調(diào)中心。

2.2.2 仿真控制平臺

負責管理整個仿真系統(tǒng)的運行/停止、暫停/恢復等，同時協(xié)調(diào)其它所有平臺之間的同步運行以及控制仿真時間的推進。仿真控制平臺除完成以上功能之外，同時負責配置和裝載各平臺的初始化參數(shù)，是仿真系統(tǒng)的控制中心。主要交互數(shù)據(jù)：

1）導彈狀態(tài)，數(shù)目、編號、經(jīng)度緯度高度、發(fā)射時間、發(fā)射平臺性質(zhì)；

2）導彈隊形，導彈角色、戰(zhàn)術隊形、調(diào)整時間、編隊區(qū)域；

3）目標及威脅，威脅中心、威脅半徑、威脅特性、目標特性；

4）彈目關系。

主要算法：

1）協(xié)同任務規(guī)劃，采用“中心航跡”思想，以導彈編隊為單位，規(guī)劃一條航跡，使導彈編隊中處于中心位置的導彈沿此航跡飛行，其他導彈根據(jù)相對于中心位置導彈的位置自動生成航跡點；

2）多平臺協(xié)同發(fā)射，考慮各戰(zhàn)斗平臺的到達預定發(fā)射區(qū)域的時間窗口T、位置區(qū)域窗口（λ，L）約束、導彈在平臺的發(fā)射任務準備時間和發(fā)射扇面約束。同時，載機、水面艇和潛艇均為運動平臺，可以在一定范圍內(nèi)進行發(fā)射位置區(qū)域窗口與時間窗口轉換，表達各運動平臺的協(xié)同發(fā)射窗口的轉換。

2.2.3 指揮控制模擬平臺（圖4）

指揮控制模擬平臺負責實時顯示導彈、目標的運行信息以及戰(zhàn)場態(tài)勢，并向?qū)椖M平臺下達作戰(zhàn)任務以及任務調(diào)整，它是對戰(zhàn)場環(huán)境中指揮控制中心的模擬。主要交互數(shù)據(jù)：

1）飛行控制，指揮臺多導彈任務更改數(shù)據(jù)；

2）任務控制，多導彈協(xié)同飛行任務調(diào)整；

3）空/天平臺模擬，數(shù)據(jù)傳遞信息量、信息速率；

4）彈間數(shù)據(jù)管理，傳遞導彈實時數(shù)據(jù)。

主要算法：

1）在線任務更改；

2）巡邏待機任務。結合運動目標速度和初始目標位置，判斷是否為目標更改；結合更改后目標位置和剩余航程估計能否進行目標更改；接收到目標更改位置和更改切入點，進行直線航路規(guī)劃或盤旋待機。

2.2.4 導彈模擬平臺

導彈模擬平臺的主要功能是綜合虛擬周邊環(huán)境及導彈初始化參數(shù)，對作戰(zhàn)任務進行彈道解算，并接收任務調(diào)整指示，與其它導彈模擬平臺交互，組成作戰(zhàn)編隊，共同完成作戰(zhàn)任務。主要交互數(shù)據(jù)：

1）彈道初始化；

2）彈道解算，導彈飛行六自由度飛行；

3）任務數(shù)據(jù)監(jiān)聽；

4）戰(zhàn)場態(tài)勢融合。

主要算法：

1）自主編隊飛行，依據(jù)網(wǎng)內(nèi)導彈的通信范圍和信道質(zhì)量優(yōu)勢進行網(wǎng)絡網(wǎng)管優(yōu)選；彈群隊形調(diào)整通過導彈位置、速度共享，計算自身位置與領彈水平投影縱向距離，對比戰(zhàn)斗隊形，再計算出彈群速度調(diào)節(jié)周期和調(diào)節(jié)速度。速度調(diào)節(jié)采用某型航空渦扇發(fā)動機模型，調(diào)速以9.5 s為周期，6.5 s為調(diào)速模值，發(fā)動機點火達到正常工作轉速時間為47.5 s，調(diào)速選擇范圍為正常轉速的10%，相互調(diào)節(jié)時間19 s。

2）目標協(xié)同搜索算法，對大型艦艇編隊目標采用主動+被動雷達形式協(xié)同搜索[7]，在區(qū)域協(xié)同下，在被動導引頭視場內(nèi)多個目標，對導引頭閾值加權組合形成的協(xié)同被動信號。

3）目標分配算法，構造與軍艦防空、攻擊導彈飛行高度、攻擊彈彈目距離、目標群組合方位相關的，多導彈對艦艇編隊的突防廣義末制導距離，進行整數(shù)分配。

2.2.5 目標模擬平臺

目標模擬平臺集成在仿真控制平臺中，通過初始化參數(shù)模擬目標的運動，并實時發(fā)布目標運動信息。艦艇編隊初始位置、速度以及航向進行運動仿真，仿真中可以加入艦隊巡邏、停止等防御與攻擊狀態(tài)。

2.2.6 顯示評估平臺

顯示評估平臺通過3D場景及特定對象的三維模型構造虛擬戰(zhàn)場，實時、直觀地顯示戰(zhàn)場態(tài)勢、彈間協(xié)作以及對作戰(zhàn)效果進行評估。

3 仿真演示

系統(tǒng)仿真條件為：4枚導彈，2個目標，導彈射程2 000 km，飛行速度0.75 Ma；導彈六自由度飛行計算，10 ms計算周期。導彈典型作戰(zhàn)過程為：彈群進行任務規(guī)劃→編隊區(qū)→編隊飛行→巡航飛行→被動導引→目標區(qū)域→目標搜索→目標分配→協(xié)同攻擊，如4所示。同時目標進行40 kn機動，編隊飛行后多導彈通過衛(wèi)星進行任務回傳，同時高空無人機、衛(wèi)星進行目標偵查 （仿真數(shù)據(jù)雙向傳輸），偵查信息/導彈群信息回傳指揮控制模擬平臺。指揮控制模擬平臺發(fā)出多導彈組網(wǎng)信息、目標更改信息，周期5 min。仿真計算數(shù)據(jù)格式按16字節(jié)雙精度，相同數(shù)據(jù)傳輸3遍。

圖5表明，在空/天平臺完備情況下，四導彈協(xié)同時指揮控制模擬平臺傳輸數(shù)據(jù)流量。在導彈仿真飛行時，導彈數(shù)據(jù)流量約500 kbps，滿足仿真顯示需求；在10 min中流量增大且持續(xù)時間為6 s，此時導彈組網(wǎng)成功，并回告指揮控制中心組網(wǎng)后各導彈狀態(tài)；在50 min處，導彈處于戰(zhàn)術隊形調(diào)整中，仿真數(shù)據(jù)流量持續(xù)在500 kbps，并且戰(zhàn)術隊形調(diào)整到位后，每隔5 min進行導彈狀態(tài)回傳和目標指示，此時仿真網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)量將增大至620 kbps左右；在105 min點數(shù)據(jù)流量在700 kbps，此時彈目距離約150 km，被動導引頭開機并協(xié)同搜索目標，導彈與通信衛(wèi)星以及指揮控制模擬平臺通信；約130.5 min，導彈協(xié)同目標分配后，進行最后2幅圖像回傳，圖像為200 k圖片，數(shù)據(jù)流量達到1 300 kbps。因此，多導彈協(xié)同需要信息化提供相應數(shù)據(jù)流量的支持。

圖4 指揮控制模擬平臺

圖5 指揮控制模擬平臺數(shù)據(jù)流量

4 結語

從多導彈協(xié)同對抗大型艦艇編隊典型作戰(zhàn)模式出發(fā)，構建了融合空/天平臺的偵查、指揮與控制的全體下的信息化體系，并對全體系下的信息化多導彈協(xié)同作戰(zhàn)進行了分布式仿真。分布式仿真有效的驗證了信息化體系功能，并且考察了信息流量與多導彈協(xié)同關系。

[1]劉桐林.庫爾斯克核潛艇與花崗巖反艦導彈[J].飛航導彈,2002,(3):34-37.

[2]林濤,劉永才,關成啟,關世義等.飛航導彈協(xié)同作戰(zhàn)使用方法探討[J].戰(zhàn)術導彈技術,2005,(2):8-12.

[3]肖增博，雷虎民，夏訓輝.多導彈協(xié)同作戰(zhàn)關鍵技術研究與展望[J].飛航導彈,2008(6):24-26.

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[5]何川,日本的“八·八”艦隊[J].電子對抗技術,2005,20卷(2):45-46.

[6]杜朝平,梁桂華.重出江湖的印度航母維特納[M].名艦檔案,2008.

[7]劉穎.主/被動雷達雙模導引頭[J].航空科學技術,2009:6-8.

>>>作者簡介

萬建平,1961年出生，本科，高級工程師，現(xiàn)從事裝備質(zhì)量管理工作。

Construction on Information System and Distributed simulation for Cruise Missiles Cooperative Engagement

Wan Jianping
（Navy Representative Office in Wuhan,Hubei Wuhan 430011）

The construction on information system is analyzed for cruise missile cooperative engagement with space flight and aviation platform.It was suggested that the campaign usage procedure used in the information system with cruise missile cooperative engagement.At the same time,constituted four missiles cooperative engagement simulation system using HLA-RTI.The information system function was demonstrated reconnaissance,command and control.This research can be use in the information system constructed with the cruise missiles cooperative engagement.

Information System；Cruise Missiles Cooperative Engagement；HLA-RTI simulation

2011-10-28)