門星火 周含冰 薛芳俠 劉 波

（電子信息系統(tǒng)復(fù)雜電磁環(huán)境效應(yīng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 洛陽 471003）

1 引言

由于裝備體系的復(fù)雜性，單純依靠真實(shí)仿真、虛擬仿真或構(gòu)造仿真難以滿足裝備體系效能分析評估的需要。實(shí)際應(yīng)用時，通常需要構(gòu)建分布式LVC聯(lián)合仿真環(huán)境，集成各種真實(shí)、虛擬和構(gòu)造的仿真資源，進(jìn)行虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時、分布式的仿真測試。指揮控制（C2）系統(tǒng)作為整個裝備體系的“中樞”和作戰(zhàn)要素的“黏合劑”，是連接仿真系統(tǒng)中其它模型的橋梁和紐帶，控制著整個體系的運(yùn)轉(zhuǎn)，對它的模擬是構(gòu)建體系仿真環(huán)境的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如何建立真實(shí)、可信的指揮控制模型已成為當(dāng)前裝備體系仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。

國外針對 C2建模問題開展了很多研究[1～4]，如美國國防部（DoD）的指揮控制研究計(jì)劃（CCRP）項(xiàng)目，北大西洋公約組織（NATO）提出一套適應(yīng)信息化時代一般作戰(zhàn)過程的SAS-050指揮控制概念模型，David S.Alberts博士在和Richard E.Hayes博士研究分析了C2方法和概念模型，約翰霍普金斯大學(xué)的Paul D.North等提出用路徑分析模型對指揮控制工作流進(jìn)行評估，國外也在C2仿真基礎(chǔ)平臺、M&S與C4ISR系統(tǒng)的互操作性、仿真系統(tǒng)對C4ISR系統(tǒng)的支持等領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行了大量工作，存在一些較為成熟的產(chǎn)品。國內(nèi)也針對一些具體應(yīng)用開展了相關(guān)技術(shù)研究[3，5～9]，如曹曉東針對模型執(zhí)行序列提出了一種層次性的結(jié)構(gòu)化指控系統(tǒng)規(guī)則模型，劉秀羅基于CGF行為建模方法提出一種指揮控制建模框架C2MF等。總體來說，國內(nèi)指控系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)與國外相比尚比較薄弱，缺乏平臺化、規(guī)范化的仿真技術(shù)與產(chǎn)品。

對于指揮控制建模，其主要內(nèi)容通常包括指揮控制概念模型、指揮控制仿真模型，以及指揮控制模型在仿真中的應(yīng)用等方面。本文針對裝備體系仿真測試需求，基于指揮控制過程，以信息處理流程為主線建立了指揮控制仿真模型，并對情報融合、威脅評估、目標(biāo)分配等模型主要功能模塊的建模方法進(jìn)行了探索。

2 指揮控制過程模型

指揮控制是一個過程，這個過程由指揮控制系統(tǒng)支持運(yùn)轉(zhuǎn)。大量學(xué)者研究并提出了一些經(jīng)典的指揮控制模型，這些模型從廣義的角度對指揮控制的業(yè)務(wù)過程進(jìn)行了描述，比較經(jīng)典的模型如Lawson模型、OODA模型、HEAT模型等[11～12]。分析研究這些模型，對于抽象指揮控制系統(tǒng)功能，進(jìn)行指揮控制系統(tǒng)仿真建模十分必要。

OODA（Observe-Orient-Decide-Act）模型是由美國空軍上校John R.Boyd于1987年提出的一個非常經(jīng)典的作指揮控制模型，該模型以指揮控制為核心描述了“觀測-判斷-決定-行動”的作戰(zhàn)過程環(huán)路，如圖1所示。OODA模型最初是為了幫助飛行員在戰(zhàn)術(shù)級的空戰(zhàn)中做出決策，后來被用作描述一般情況下的指揮控制過程。

圖1 OODA模型

2006年美軍根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的思想，在OODA模型的基礎(chǔ)上提出了網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)指揮控制概念模型，即對以網(wǎng)絡(luò)為中心的指揮控制過程進(jìn)行概念建模。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的C2部分（NCW-C2），是網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的核心，連接著傳感器系統(tǒng)和武器系統(tǒng)。其主要作用包括提供指揮作業(yè)平臺、提高信息綜合處理能力及提供智能決策能力等，其目標(biāo)是在復(fù)雜環(huán)境中能夠獲取信息優(yōu)勢并將之進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為知識優(yōu)勢及決策優(yōu)勢，從而更有效地實(shí)施作戰(zhàn)指揮，將己方部隊(duì)的作戰(zhàn)潛力最大限度地轉(zhuǎn)換為現(xiàn)實(shí)戰(zhàn)斗力[2，13]。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)指揮控制概念模型的總體流圖如圖2所示[1]。

圖2 網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)指揮控制概念模型流圖

3 指揮控制仿真模型框架

在裝備體系仿真測試中，仿真模型主要用于構(gòu)建被研究對象的仿真測試和評估的環(huán)境，即用于環(huán)境仿真。在構(gòu)建體系仿真環(huán)境時，通常需要模擬紅藍(lán)雙方的指揮控制系統(tǒng)，將各自的傳感器、火力單元等與指揮所有機(jī)結(jié)合起來，形成紅藍(lán)作戰(zhàn)體系進(jìn)行仿真測試。

指揮控制作為一個過程，是整個裝備體系中信息處理的重要節(jié)點(diǎn)和環(huán)節(jié)，需要處理各類信息，同時，指揮控制離不開人的參與，由于人的行為的復(fù)雜性，在建模時采用了人在環(huán)中的建模方式，以信息為主線進(jìn)行指揮控制系統(tǒng)的建模。人在環(huán)中的指揮控制仿真模型通過提供人可操作的模型交互環(huán)境來模擬人機(jī)結(jié)合的指揮決策過程和行為?；谥笓]控制一般特點(diǎn)，給出一通用的指揮控制仿真模型基本組成如圖3所示[10]。其中，仿真態(tài)勢生成模塊主要通過接收模擬的戰(zhàn)場環(huán)境ISR情報信息并進(jìn)行綜合處理，生成指揮控制系統(tǒng)當(dāng)前的戰(zhàn)場綜合態(tài)勢信息；決策支持工具主要輔助指揮員開展指揮控制；作戰(zhàn)計(jì)劃生成與下達(dá)，是在戰(zhàn)場綜合態(tài)勢的基礎(chǔ)上，輔助指揮員制定作戰(zhàn)計(jì)劃并下發(fā)，實(shí)施作戰(zhàn)指揮。

圖3 人在環(huán)中的指揮控制仿真模型基本組成

4 模型關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)

在宏觀上，不同種類的指揮控制仿真模型功能上是相近的，具有類似的結(jié)構(gòu)。針對某特定指揮控制系統(tǒng)進(jìn)行建模時，模型涉及到的具體功能、算法會有所不同，可進(jìn)行針對性建模。如在某防空指揮控制系統(tǒng)仿真模型中，仿真態(tài)勢生成重點(diǎn)對情報融合建模，決策支持工具模塊重點(diǎn)對威脅評估建模，作戰(zhàn)計(jì)劃生成與下達(dá)模塊重點(diǎn)對目標(biāo)分配建模等，以下分別給出建模思路。

4.1 情報融合

情報融合，是信息的綜合與處理過程。由于傳感器感知信息的精度不同，感知信息的維數(shù)不同，感知信息的測度不同，為充分利用各種傳感器所感知的情報信息，獲取目標(biāo)的更精確、更完全的信息，同時消除數(shù)據(jù)重疊或冗余，需要進(jìn)行情報融合。防空指揮控制系統(tǒng)最重要的一類情報是雷達(dá)情報，在指揮控制仿真模型中，情報融合主要包括了目標(biāo)航跡關(guān)聯(lián)和屬性融合。

航跡關(guān)聯(lián)是防空指揮控制系統(tǒng)仿真模型對運(yùn)動目標(biāo)處理的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。在仿真過程中，同一批目標(biāo)可能同時被多個傳感器發(fā)現(xiàn)，從而形成不同的航跡。情報融合的基本任務(wù)之一，就是對所有航跡與綜合航跡進(jìn)行相關(guān)處理，處理方法為判斷在本地航跡數(shù)據(jù)中是否已經(jīng)存在該測量數(shù)據(jù)，如果存在，就找出該測量航跡在本地航跡數(shù)據(jù)中的存放位置，以便將后續(xù)處理的結(jié)果在此位置上進(jìn)行更新，如果沒有就創(chuàng)建一個新的航跡，并加入到本地航跡數(shù)據(jù)中去，處理流程如圖4所示。

圖4 航跡關(guān)聯(lián)處理流程

情報屬性融合，目的是將各傳感器報告的情報屬性進(jìn)行協(xié)調(diào)統(tǒng)一，提高目標(biāo)屬性的可信性。防空情報屬性融合處理的重點(diǎn)是對雷達(dá)情報屬性進(jìn)行融合，處理流程如下：在進(jìn)行航跡關(guān)聯(lián)處理后，如果多個傳感器報告的目標(biāo)屬性一致，則無需進(jìn)行綜合航跡的屬性更新；如果多個傳感器報告的目標(biāo)屬性不一致，則采信等級最高傳感器報告的目標(biāo)屬性值，如果傳感器等級相同，則采信相對目標(biāo)距離最近的那個傳感器報告的目標(biāo)屬性值，對綜合航跡進(jìn)行屬性更新。

4.2 威脅評估

威脅評估主要通過對目標(biāo)信息進(jìn)行實(shí)時處理，判明來襲目標(biāo)的活動企圖、主攻方向，形成正確的戰(zhàn)場態(tài)勢感知，并根據(jù)威脅大小程度對目標(biāo)進(jìn)行編批、排序，威脅評估處理的流程如圖5所示。

圖5 威脅評估處理流程圖

在進(jìn)行目標(biāo)威脅判斷時主要考慮了如下因素：上級指定目標(biāo)、保衛(wèi)目標(biāo)重要程度、目標(biāo)類型、目標(biāo)距離、到達(dá)關(guān)鍵區(qū)域邊界時間、目標(biāo)高度、目標(biāo)航路捷徑等。根據(jù)威脅判斷考慮因素，可按表1的規(guī)則對目標(biāo)的威脅進(jìn)行排序。在一級排序中，威脅自身安全的目標(biāo)威脅度最大，上級指定的目標(biāo)威脅度其次，最后考慮保衛(wèi)目標(biāo)的重要程度。根據(jù)一級排序后的威脅目標(biāo)，再根據(jù)目標(biāo)類型、臨近時間、航路捷徑依次進(jìn)行三級排序。

表1 目標(biāo)威脅評估排序規(guī)則表

4.3 目標(biāo)分配

目標(biāo)分配是根據(jù)威脅判斷所提供的結(jié)果，為不同的防空作戰(zhàn)單元劃分?jǐn)r截任務(wù)，以期取得更好的作戰(zhàn)效果。當(dāng)敵空襲兵器多批次、多架次、多目標(biāo)來襲時，應(yīng)及時進(jìn)行目標(biāo)分配。對空中目標(biāo)進(jìn)行分配，主要是如何選擇合適的作戰(zhàn)單元對威脅目標(biāo)進(jìn)行交戰(zhàn)，目標(biāo)分配的處理流程如圖6所示。

圖6 目標(biāo)分配處理流程

目標(biāo)分配處理流程主要包括如下四步：

1）進(jìn)行可交戰(zhàn)性判斷，所選的作戰(zhàn)單元對所指定的目標(biāo)應(yīng)具備交戰(zhàn)條件。

2）對于給定的目標(biāo)類型，根據(jù)分配規(guī)則對作戰(zhàn)單元進(jìn)行優(yōu)先級排序，并選擇最佳可用的作戰(zhàn)單元。目前，目標(biāo)分配算法考慮的分配規(guī)則主要包括：最早/最晚摧毀時間、最早/最晚開火時間、最大殺傷概率、武器種類、武器庫存量（攜彈量）等。

3）進(jìn)行武器的有效殺傷點(diǎn)計(jì)算。根據(jù)目標(biāo)當(dāng)前相對于殺傷區(qū)的位置情況，計(jì)算武器反應(yīng)時間與目標(biāo)到達(dá)有效殺傷點(diǎn)的發(fā)射時間，如果武器反應(yīng)時間在允許時間范圍內(nèi)，該武器就會被選中。當(dāng)目標(biāo)分配中有多個作戰(zhàn)單元可供使用時，需進(jìn)行交戰(zhàn)任務(wù)的沖突消解。

4）目標(biāo)分配還應(yīng)受作戰(zhàn)單元交戰(zhàn)區(qū)域的限制。待分配的目標(biāo)必須位于該作戰(zhàn)單元的交戰(zhàn)區(qū)域或者責(zé)任區(qū)域，不在該作戰(zhàn)單元的交戰(zhàn)區(qū)域或者責(zé)任區(qū)域的目標(biāo)不能進(jìn)行分配。

5 指揮控制仿真模型應(yīng)用實(shí)例

設(shè)計(jì)的防空指揮控制仿真模型在一體化建模仿真測試環(huán)境（C4MSE）下實(shí)現(xiàn)，基于C4MSE構(gòu)建的仿真測試環(huán)境如圖7所示。在某裝備體系仿真測試中，利用開發(fā)的防空指控模型構(gòu)建了紅方防空體系。仿真以多個來襲飛機(jī)和導(dǎo)彈為防空作戰(zhàn)背景，紅方指控系統(tǒng)模型對接收到的雷達(dá)探測情報進(jìn)行融合處理，對空中目標(biāo)進(jìn)行威脅評估后進(jìn)行火力分配，指揮所屬作戰(zhàn)單元對藍(lán)方空中兵力進(jìn)行攔截。考慮到目標(biāo)分配總體最佳和不同作戰(zhàn)單元的攔截能力，設(shè)計(jì)了如下仿真實(shí)例：藍(lán)方有4個（T1，T2，T3，T4）不同類型的來襲目標(biāo)，紅方有3個（G1，G2，G3）不同類型的地面作戰(zhàn)單元部署在保衛(wèi)目標(biāo)周圍，通過仿真對所建模型的情報融合，威脅評估和目標(biāo)分配等功能進(jìn)行了驗(yàn)證。來襲目標(biāo)情況和目標(biāo)分配結(jié)果見表2。

圖7 仿真環(huán)境組成結(jié)構(gòu)示意圖

表2 來襲目標(biāo)設(shè)計(jì)與相應(yīng)的目標(biāo)分配結(jié)果

6 結(jié)語

體系仿真是度量信息化戰(zhàn)爭條件下武器裝備體系效能的有效途徑，指揮控制系統(tǒng)建模是其中需要突破的關(guān)鍵技術(shù)。本文在分析理解指揮控制過程模型的基礎(chǔ)上，建立了某防空指揮控制仿真模型，詳述了情報融合、威脅評估、目標(biāo)分配等模型主要功能的建模思路，所建模型在體系仿真測試環(huán)境中進(jìn)行了驗(yàn)證，仿真結(jié)果表明該模型能夠在一定程度上反映指揮控制系統(tǒng)在裝備體系中起的作用，滿足體系仿真測試的需要。指控系統(tǒng)建模與仿真對于全域多維的大規(guī)模聯(lián)合仿真應(yīng)用意義重大，考慮到指揮控制建模的復(fù)雜性，下一步還有很多內(nèi)容需要更為深入的研究和探索。