李海燕 王 娟 毛 杰

（海軍指揮學(xué)院 南京 210016）

1 引言

空間戰(zhàn)場是未來海戰(zhàn)場的重要組成部分，空間信息支援以其無可比擬的位置優(yōu)勢、技術(shù)優(yōu)勢和能量優(yōu)勢，已成為信息化海戰(zhàn)制勝的重要保障［1～3］。指揮員只有充分掌握我空間信息支援能力和敵空間作戰(zhàn)威脅情況，才能做到“知己知彼，百戰(zhàn)不殆”。建設(shè)海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)，是利用空間信息支援力量提高海軍體系作戰(zhàn)能力的重要途徑。海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)旨在通過展現(xiàn)對海戰(zhàn)場進行偵察、預(yù)警、導(dǎo)航、通信等信息支援的衛(wèi)星平臺，為指揮員提供直觀形象的二維、三維空間態(tài)勢顯示以及相關(guān)分析和服務(wù)的能力。

2 海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)功能

空間態(tài)勢主要包括空間目標(biāo)和空間環(huán)境兩個方面，其中空間目標(biāo)包括各類航天器和空間碎片；空間環(huán)境是指空間中各種自然和人造的物質(zhì)及其變化，包括中性大氣、等離子體、電磁場和粒子等。海軍作戰(zhàn)主要考慮的是如何利用空間信息支援力量，即各種類別的衛(wèi)星平臺，保障海軍兵力部署及其作戰(zhàn)行動，從而提升海軍部隊的體系作戰(zhàn)能力。因此，海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)側(cè)重于對海戰(zhàn)場參戰(zhàn)兵力及其作戰(zhàn)行動產(chǎn)生影響的衛(wèi)星平臺進行模擬［4～7］。

電子偵察衛(wèi)星主要通過監(jiān)測對方雷達信號和電磁信息，為實施有效的電子戰(zhàn)提供重要情報保障；海洋監(jiān)視衛(wèi)星主要用于對海上艦船和潛艇進行實時的偵測定位和跟蹤監(jiān)視；預(yù)警衛(wèi)星主要用于監(jiān)視和發(fā)現(xiàn)作戰(zhàn)海域及周邊可能發(fā)射的各類彈道導(dǎo)彈和巡航導(dǎo)彈，并提前發(fā)出警報；導(dǎo)航定位衛(wèi)星主要是幫助確定導(dǎo)航位置和精確授時；氣象衛(wèi)星主要利用空間遙感技術(shù)，為海上作戰(zhàn)提供可靠的氣象預(yù)報和戰(zhàn)場環(huán)境信息保障；通信衛(wèi)星主要負(fù)責(zé)為各級指揮機構(gòu)提供重要通信保障等。這些衛(wèi)星都是打贏現(xiàn)代海戰(zhàn)必不可少的重要手段。因此，海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)的模擬對象包括電子偵察衛(wèi)星、海洋監(jiān)視衛(wèi)星、預(yù)警衛(wèi)星、導(dǎo)航定位衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、通信衛(wèi)星等多種類別的各國在軌運行衛(wèi)星。

海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)是整個海軍作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)的重要組成部分。它是通過對空間衛(wèi)星平臺的模擬，為受訓(xùn)人員提供一個逼真的海戰(zhàn)場空間態(tài)勢分析訓(xùn)練環(huán)境。在功能需求上，以提高海軍部隊指揮人員對海戰(zhàn)場空間態(tài)勢掌控能力為目的，著重解決指揮人員對空間目標(biāo)情況、空間態(tài)勢信息對海戰(zhàn)的支持以及對敵方空間威脅認(rèn)識不足、不清的問題，同時幫助指揮參謀人員了解空間力量對海上作戰(zhàn)信息支援的流程與方法［8～10］。

系統(tǒng)建設(shè)從信息化海戰(zhàn)對空間態(tài)勢的需求出發(fā)，綜合采用計算機模擬技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、可視化技術(shù)等先進手段，構(gòu)建一個空間信息支援條件下的海軍作戰(zhàn)環(huán)境。通過建設(shè)衛(wèi)星平臺數(shù)據(jù)庫和衛(wèi)星平臺一系列仿真模型，模擬出空間衛(wèi)星在軌運行的狀態(tài)和作戰(zhàn)支援能力，實時生成海戰(zhàn)場空間態(tài)勢，為指揮人員提供一個貼近實戰(zhàn)的直觀、全面的海戰(zhàn)場空間態(tài)勢，同時能夠進行空間態(tài)勢的分析與評估，并用可視化的方式將分析結(jié)果以二、三維態(tài)勢和表頁形式顯示出來。主要功能如下:

1）為指揮人員展現(xiàn)海戰(zhàn)場空間態(tài)勢

通過對衛(wèi)星平臺運行軌道的計算與仿真［11～12］，可以清晰地將不被人眼直接察覺的空間態(tài)勢呈現(xiàn)出來，支持二維、三維場景形式，為指揮人員提供直觀的空間全局展示，幫助他們感知衛(wèi)星平臺在空間的分布與運動。

2）輔助指揮人員進行衛(wèi)星作戰(zhàn)能力分析

通過衛(wèi)星探測覆蓋模型、鏈路通信模型和衛(wèi)星平臺數(shù)據(jù)庫的建立［13～15］，可以方便地進行衛(wèi)星屬性參數(shù)的查詢，衛(wèi)星過頂時間、覆蓋能力和通信能力的查詢與分析，支持分析結(jié)果可視化顯示與分析報告按需定制，便于指揮人員全面掌握空間態(tài)勢。

3）支持空間態(tài)勢的導(dǎo)調(diào)干預(yù)

根據(jù)導(dǎo)調(diào)或其它系統(tǒng)對空間態(tài)勢的需要，允許在當(dāng)前空間態(tài)勢的基礎(chǔ)上增刪衛(wèi)星平臺的類型和數(shù)量，便于指揮人員觀察空間態(tài)勢的變化情況，允許對衛(wèi)星運行情況進行仿真回放。

3 海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)組成

海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)主要由衛(wèi)星平臺數(shù)據(jù)庫、衛(wèi)星平臺仿真模型、空間態(tài)勢顯示、空間態(tài)勢分析和想定數(shù)據(jù)管理等五個模塊組成，如圖1所示。

圖1 海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

3.1 衛(wèi)星平臺數(shù)據(jù)庫

衛(wèi)星平臺數(shù)據(jù)庫主要是提供面向?qū)ξ液?zhàn)場有影響的各國在軌衛(wèi)星的基本信息、軌道參數(shù)、配載裝備等數(shù)據(jù)。

1）衛(wèi)星裝備數(shù)據(jù)

衛(wèi)星裝備數(shù)據(jù)主要包括衛(wèi)星名稱、類型、國籍、配載裝備等性能參數(shù)。

2）衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)

衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)主要包括衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)即軌道根數(shù)等數(shù)據(jù)。

3.2 衛(wèi)星平臺仿真模型

衛(wèi)星平臺仿真模型主要包括衛(wèi)星軌道機動模型、衛(wèi)星探測覆蓋模型和衛(wèi)星鏈路通信模型等，分別用于對空間衛(wèi)星平臺的飛行、覆蓋和鏈路情況進行仿真計算，為海戰(zhàn)場空間態(tài)勢的顯示與分析提供模型支撐。

1）衛(wèi)星軌道機動模型

負(fù)責(zé)根據(jù)衛(wèi)星軌道根數(shù)實時計算衛(wèi)星的位置，主要包括坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換、衛(wèi)星飛行軌跡計算模型、星下點軌跡計算模型等。

2）衛(wèi)星探測覆蓋模型

負(fù)責(zé)根據(jù)衛(wèi)星裝備性能參數(shù)和運行姿態(tài)計算衛(wèi)星對海戰(zhàn)場的偵察覆蓋范圍，主要包括衛(wèi)星區(qū)域覆蓋計算模型、衛(wèi)星對給定地面/海上區(qū)域的覆蓋時段計算模型、最早覆蓋時間和重訪周期計算模型等。

3）衛(wèi)星鏈路通信模型

負(fù)責(zé)在衛(wèi)星平臺之間以及衛(wèi)星與其他作戰(zhàn)平臺之間建立通信或者數(shù)據(jù)傳輸路徑，計算對象之間鏈路連通情況，主要包括衛(wèi)星鏈路連通計算模型、衛(wèi)星對給定地面/海上/空中目標(biāo)或其他衛(wèi)星平臺的連通時段計算模型等。

海戰(zhàn)場空間態(tài)勢面向?qū)Ｉ献鲬?zhàn)有影響的衛(wèi)星平臺，并未涵蓋整個空間環(huán)境，這樣既可以突出重點聚焦衛(wèi)星平臺的建模仿真，又可以有效控制系統(tǒng)的開發(fā)工作量。在系統(tǒng)功能定位的基礎(chǔ)上，重點建設(shè)空間衛(wèi)星平臺，描述其在情報信息、指揮信息、打擊信息、保障信息和評估信息等方面的有關(guān)功能與流程，營造貼近實戰(zhàn)的虛擬訓(xùn)練環(huán)境，為空間信息支援保障、空間威脅與對抗等分析訓(xùn)練內(nèi)容提供技術(shù)支撐。

3.3 空間態(tài)勢顯示

空間態(tài)勢顯示用于顯示對海上作戰(zhàn)區(qū)域有影響的空間態(tài)勢，主要從衛(wèi)星飛行軌道、覆蓋范圍、鏈路關(guān)系以及衛(wèi)星實體信息等方面對空間態(tài)勢進行顯示，具體有二維、三維和表頁等多種表現(xiàn)形式。

1）衛(wèi)星飛行軌道實時顯示

根據(jù)衛(wèi)星軌道機動模型實時解算出來的空間位置和星下點位置，在二維、三維場景中顯示衛(wèi)星的飛行軌跡、星下點軌跡等信息，并動態(tài)顯示飛行位置、速度和加速度等參數(shù)。

2）衛(wèi)星覆蓋范圍實時顯示

根據(jù)衛(wèi)星覆蓋模型給出的對指定作戰(zhàn)區(qū)域覆蓋的開始/結(jié)束時間、覆蓋率等計算結(jié)果，在二維、三維場景中實時顯示出區(qū)域覆蓋隨時間的變化情況。

3）衛(wèi)星鏈路關(guān)系實時顯示

根據(jù)衛(wèi)星覆蓋模型給出的對指定目標(biāo)鏈路連接的開始/結(jié)束時間、方位/距離等計算結(jié)果，在二維、三維場景中實時顯示出目標(biāo)鏈路隨時間的變化情況。

4）衛(wèi)星實體信息顯示

對衛(wèi)星平臺數(shù)據(jù)庫中衛(wèi)星裝備性能參數(shù)、軌道機動參數(shù)等戰(zhàn)術(shù)技術(shù)參數(shù)、覆蓋能力、通信狀態(tài)等進行查詢顯示。

空間態(tài)勢顯示是受訓(xùn)人員深刻感知空間態(tài)勢的有效手段，系統(tǒng)通過指揮關(guān)系線、信息關(guān)系線、衛(wèi)星覆蓋包絡(luò)、衛(wèi)星過頂星下點等不同的顯示手段，為受訓(xùn)人員呈現(xiàn)一個貼近實戰(zhàn)的空間態(tài)勢。后期與其他訓(xùn)練模擬系統(tǒng)對接，可以為受訓(xùn)人員提供多角度、全方位的海戰(zhàn)場綜合態(tài)勢，既包括海上戰(zhàn)場態(tài)勢，又包括對當(dāng)前海域有影響的空間態(tài)勢。

3.4 空間態(tài)勢分析

系統(tǒng)主要提供三種空間環(huán)境分析功能，包括衛(wèi)星分布分析、衛(wèi)星覆蓋分析、衛(wèi)星鏈路分析等。支持空間態(tài)勢分析報告的生成和圖表顯示，允許用戶定制報告的對象、內(nèi)容和格式等，以Word、Excel文件格式或JPG圖片格式輸出。

1）衛(wèi)星分布分析

根據(jù)想定數(shù)據(jù)或從戰(zhàn)場獲取的實時數(shù)據(jù)信息，提供衛(wèi)星平臺的整體分布情況，生成海戰(zhàn)場空間態(tài)勢圖，即某時刻衛(wèi)星的空間分布與運行態(tài)勢。支持按國籍、類型、屬方等不同屬性對衛(wèi)星分布進行統(tǒng)計，計算每種分類衛(wèi)星平臺的具體數(shù)量和所占比重等。

2）衛(wèi)星覆蓋分析

主要提供海戰(zhàn)場空間衛(wèi)星平臺的覆蓋分析能力，尤其是為海戰(zhàn)場提供空間信息支援的偵察衛(wèi)星的探測覆蓋情況，允許用戶自定義感興趣的區(qū)域、觀測站點、時間段等分析要素。

3）衛(wèi)星鏈路分析

主要提供海戰(zhàn)場空間衛(wèi)星平臺的鏈路分析能力，即衛(wèi)星與其他通信設(shè)施（如地面通信站、艦載/機載通信裝備等）建立通信或者數(shù)據(jù)傳輸路徑的情況，允許用戶自定義關(guān)注的通信網(wǎng)絡(luò)、通信節(jié)點、時間段等分析要素。

空間態(tài)勢分析是為海上作戰(zhàn)指揮訓(xùn)練服務(wù)的，空間態(tài)勢與海上戰(zhàn)場態(tài)勢實時聯(lián)動起來，實現(xiàn)空間態(tài)勢與海戰(zhàn)態(tài)勢的無縫集成，將使受訓(xùn)人員感受到比以往陸、海、空作戰(zhàn)范圍更大的戰(zhàn)場態(tài)勢。因此，空間態(tài)勢分析著重從空間力量與其他作戰(zhàn)兵力在指揮控制、信息流程等方面考慮衛(wèi)星的探測、通信能力，并在模型設(shè)計和態(tài)勢顯示中充分體現(xiàn)這種關(guān)聯(lián)，從而生成空間態(tài)勢與海戰(zhàn)態(tài)勢相結(jié)合的完整海戰(zhàn)場綜合態(tài)勢。

3.5 想定數(shù)據(jù)管理

想定數(shù)據(jù)管理主要負(fù)責(zé)海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬所需的想定編輯和數(shù)據(jù)管理。

1）想定編輯

想定編輯主要負(fù)責(zé)管理衛(wèi)星平臺列表以及觀測站點列表兩部分，為衛(wèi)星軌道機動仿真和空間態(tài)勢分析提供空間態(tài)勢想定。

2）數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理主要是對衛(wèi)星平臺數(shù)據(jù)庫進行管理和維護，用于增加、修改和刪除衛(wèi)星平臺裝備數(shù)據(jù)和軌道數(shù)據(jù)。

想定和數(shù)據(jù)是串聯(lián)衛(wèi)星平臺仿真、顯示和分析的手段。系統(tǒng)構(gòu)建衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫的接口，定期更新維護衛(wèi)星平臺數(shù)據(jù)庫，保持在軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)的可靠性和保鮮性。

4 海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

在體系結(jié)構(gòu)上，海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)采取層次化、開放式的“平臺+組件”方法，包括資源層、平臺層、組件層和應(yīng)用層，如圖2所示。資源層包括硬件資源和軟件資源（如衛(wèi)星平臺數(shù)據(jù)庫等），為整個模擬系統(tǒng)的開發(fā)、集成和應(yīng)用提供底層支撐。平臺層提供模擬系統(tǒng)的技術(shù)框架，主要實現(xiàn)二維、三維態(tài)勢顯示、組件管理等功能，并支持標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的數(shù)據(jù)訪問和網(wǎng)絡(luò)通信接口。組件層是模擬系統(tǒng)的功能核心，包括模型計算組件、態(tài)勢顯示組件、態(tài)勢分析組件以及管理組件等，負(fù)責(zé)系統(tǒng)功能模塊的具體實現(xiàn)。應(yīng)用層包括呈現(xiàn)給用戶的不同場景下的功能應(yīng)用，如空間態(tài)勢二維顯示、三維顯示，空間態(tài)勢分析、信息查詢等。組件化的設(shè)計有利于空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)與其他基于平臺開發(fā)的訓(xùn)練模擬系統(tǒng)進行集成，從而實現(xiàn)互聯(lián)互通。

5 海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)服務(wù)模式

海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)提供三個層次的服務(wù)模式:系統(tǒng)級服務(wù)、組件級服務(wù)和數(shù)據(jù)級服務(wù)。

系統(tǒng)級服務(wù)，是指海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)獨立運行，直接參與與海戰(zhàn)場空間態(tài)勢分析相關(guān)的教學(xué)訓(xùn)練活動。系統(tǒng)級服務(wù)側(cè)重于滿足對空間態(tài)勢理解與掌握的專門訓(xùn)練，可以幫助受訓(xùn)人員靈活運用空間態(tài)勢顯示與分析功能，快速了解各國的空間態(tài)勢分布，及時發(fā)現(xiàn)敵我空間力量分布的優(yōu)勢與不足，有助于增強指揮參謀人員的空間戰(zhàn)場意識，為本方空間力量的建設(shè)和使用提出建議和意見，提高對空間態(tài)勢的運用能力。

組件級服務(wù)，是指將海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)的功能組件集成在海軍作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)中，與原有的海軍作戰(zhàn)兵力兵器模擬相結(jié)合。組件級服務(wù)不僅要提供空間態(tài)勢顯示與分析功能，更要體現(xiàn)出空間態(tài)勢對戰(zhàn)場感知、信息對抗、指揮控制、兵力運用、精確打擊和全維防護等信息化條件下海上作戰(zhàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和過程產(chǎn)生的影響和作用，以克服傳統(tǒng)海軍作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)對空間戰(zhàn)場環(huán)境構(gòu)建的不足。這樣，指揮參謀人員能在更近似實戰(zhàn)的環(huán)境中開展指揮對抗演練，更為直觀形象地理解空間態(tài)勢對信息化條件下海上作戰(zhàn)的影響，在今后的軍事活動中能夠揚長避短，優(yōu)化兵力編組和精準(zhǔn)指揮，最大限度地發(fā)揮戰(zhàn)場各兵力兵器的綜合作戰(zhàn)效益。

數(shù)據(jù)級服務(wù)，是指海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)可以為用戶提供衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源查詢、請領(lǐng)、上傳等數(shù)據(jù)服務(wù)，也可為用戶或其他實驗訓(xùn)練系統(tǒng)生成空間態(tài)勢數(shù)據(jù)產(chǎn)品。例如，支持衛(wèi)星分布分析報告、衛(wèi)星覆蓋分析報告和衛(wèi)星鏈路分析報告的生成和圖表顯示，允許用戶定制報告的對象、內(nèi)容和格式等，產(chǎn)品以Word、Excel文件格式或JPG圖片格式輸出。對于衛(wèi)星平臺基礎(chǔ)信息、空間態(tài)勢分析結(jié)果等數(shù)據(jù)產(chǎn)品，可通過訪問數(shù)據(jù)庫的方式提供服務(wù)。

6 結(jié)語

海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)的設(shè)計要切實把握服務(wù)于海軍作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練的宗旨。未來發(fā)展方向既要實現(xiàn)空間態(tài)勢與海戰(zhàn)態(tài)勢的無縫鏈接，又要突出描述空間衛(wèi)星平臺在情報信息、指揮信息、打擊信息、保障信息和評估信息等方面的有關(guān)功能與流程，明確空間信息支援力量與其他作戰(zhàn)力量的信息關(guān)系及協(xié)同方式，為海上作戰(zhàn)空間信息支援保障等分析訓(xùn)練內(nèi)容提供技術(shù)支撐。運用海戰(zhàn)場空間態(tài)勢模擬系統(tǒng)，既滿足對空間態(tài)勢理解與掌握的專門訓(xùn)練，又滿足空間信息支援背景下的海上作戰(zhàn)多層次、多方面的綜合訓(xùn)練，有助于提升海軍部隊運用空間力量的意識和體系作戰(zhàn)的能力。