張路青

（武漢市74223信箱 武漢 430074）

1 引言

為了明確作戰(zhàn)任務(wù)，分析作戰(zhàn)方案，檢驗(yàn)作戰(zhàn)計(jì)劃，預(yù)估作戰(zhàn)效果，在作戰(zhàn)行動(dòng)實(shí)施之前，有必要進(jìn)行作戰(zhàn)方案模擬推演，以提供科學(xué)可靠的輔助決策建議。但是現(xiàn)行的預(yù)先制作的作戰(zhàn)方案規(guī)劃無法將人的因素、動(dòng)態(tài)環(huán)境因素、任務(wù)目標(biāo)與系統(tǒng)能力之間的協(xié)調(diào)因素完全容納，因此在作戰(zhàn)任務(wù)計(jì)劃出來后，如何確保作戰(zhàn)任務(wù)計(jì)劃的有效完成，如何保證相關(guān)指揮人員和保障部門對(duì)任務(wù)計(jì)劃的關(guān)鍵部分進(jìn)行操練和協(xié)同執(zhí)行，這都是預(yù)先作戰(zhàn)計(jì)劃無法保證的，這時(shí)就需要針對(duì)作戰(zhàn)任務(wù)計(jì)劃進(jìn)行在線模擬推演。

上世紀(jì)80年代以來，美軍就在其武器裝備系統(tǒng)中嵌入推演模擬模塊，并用于輔助決策以及在線仿真訓(xùn)練，并取得了較好的效果。其陸軍的推演模擬系統(tǒng)在美軍中被廣泛應(yīng)用，該系統(tǒng)包含一些大型的、復(fù)雜的計(jì)算機(jī)模型，這些模型可模擬營(yíng)、旅、師、軍和軍以上的作戰(zhàn)行動(dòng)，主要用于各級(jí)指揮所的訓(xùn)練和演習(xí)。美軍涉及到推演模擬訓(xùn)練具體的型號(hào)系統(tǒng)主要有旅營(yíng)戰(zhàn)斗模擬系統(tǒng)（Brigade and Battalion System，BBS）、軍團(tuán)戰(zhàn)役模擬系統(tǒng)（Corps Battle System，CBS）、“兩面神（JANUS）”模擬系統(tǒng)等。

近年，我國(guó)對(duì)作戰(zhàn)模擬和智能化在線推演評(píng)估與輔助決策方面的研究投入也很大，并取得了一定的進(jìn)展，同時(shí)建成了一批作戰(zhàn)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。例如，國(guó)防大學(xué)研制的“SDS2000戰(zhàn)略決策綜合集成研討與模擬環(huán)境系統(tǒng)”和南京陸軍指揮學(xué)院等院校聯(lián)合研制的“分布交互式作戰(zhàn)指揮訓(xùn)練模擬系統(tǒng)”。但在海軍指控系統(tǒng)領(lǐng)域的發(fā)展還比較落后，目前的作戰(zhàn)方案編制過程復(fù)雜，實(shí)時(shí)性與智能化程度不高，方案擬制與當(dāng)前態(tài)勢(shì)脫節(jié)，方案優(yōu)選只能由指揮人員自己主觀定性判斷，而且沒有形成多臺(tái)位甚至多平臺(tái)的方案同步推演、優(yōu)化與合作決策體系。因此研究一個(gè)開放、靈活的作戰(zhàn)方案在線推演體系，可以支持對(duì)作戰(zhàn)方案優(yōu)選和優(yōu)化的支持，提高方案的可信度。

圖1 作戰(zhàn)方案智能推演體系架構(gòu)

2 智能推演技術(shù)總體架構(gòu)

作戰(zhàn)模擬推演是指在作戰(zhàn)行動(dòng)實(shí)施前或?qū)嵤┻^程中，按作戰(zhàn)計(jì)劃意圖、方案、順序和進(jìn)程，對(duì)后續(xù)各個(gè)作戰(zhàn)階段中作戰(zhàn)部署和作戰(zhàn)行動(dòng)所造成的狀態(tài)進(jìn)行演練分析的過程。

方案智能推演是基于作戰(zhàn)模擬和智能兵力的方式對(duì)作戰(zhàn)方案進(jìn)行推演預(yù)測(cè)，利用戰(zhàn)術(shù)規(guī)則知識(shí)、基于知識(shí)的推理和面向任務(wù)的決策支持（Decision Support，DS）等技術(shù)為指揮人員提供作戰(zhàn)分析、方案優(yōu)選時(shí)的智能化輔助決策。

方案智能推演技術(shù)的研究目的是能夠解析態(tài)勢(shì)整編計(jì)算機(jī)軟件下發(fā)的推演方案，并能進(jìn)行有一定的仿真精度并且可控的模擬推演。圖1是作戰(zhàn)方案智能推演體系架構(gòu)圖。

作戰(zhàn)方案智能推演主要包括基本模塊、方案解析模塊和AI兵力計(jì)算模塊。其中AI兵力計(jì)算模塊包括實(shí)體模型和實(shí)體運(yùn)算模塊；方案解析模塊包括實(shí)體解析模塊和命令解析模塊。當(dāng)接收到作戰(zhàn)方案后，方案解析模塊將方案解析為兵力實(shí)體和命令分解，兵力實(shí)體將由AI兵力計(jì)算模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)推演，在推演過程中基本模塊將控制推演的進(jìn)程，并將命令以類似“事務(wù)處理”的方式進(jìn)行命令回壓，以“分解”產(chǎn)生的“動(dòng)作”來驅(qū)動(dòng)推演過程。本架構(gòu)的可擴(kuò)展性和可控性較強(qiáng)，推演過程完全按照推演方案的內(nèi)容來執(zhí)行，在推演過程可以很簡(jiǎn)單地通過回壓新的“命令”來改變推演行為。

3 智能推演關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 實(shí)體模型和實(shí)體工廠

實(shí)體模型是軟件內(nèi)部使用的運(yùn)算對(duì)象模型，對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)中的各種作戰(zhàn)平臺(tái)，如：“戰(zhàn)斗機(jī)”、“驅(qū)逐艦”、“核潛艇”等。實(shí)體模型的屬性配置是以XML格式進(jìn)行部署。其實(shí)體模型的具體設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 實(shí)體模型

我們將實(shí)體模型分為傳感器模型、武器模型、平臺(tái)模型和裝備模型。各模型又派生出其他模型，如武器模型可以派生攻擊武器模型和防御武器模型，裝備模型可以派生出飛機(jī)模型、艦船模型等。

實(shí)體工廠負(fù)責(zé)對(duì)某一個(gè)實(shí)體進(jìn)行“裝配”。當(dāng)解析到一個(gè)實(shí)體的時(shí)候，實(shí)體工廠將根據(jù)解析進(jìn)行模型選擇，獲取到系統(tǒng)需要的實(shí)體。如我們?cè)谧鲬?zhàn)方案中解析到一艘艦船，我們將選擇“平臺(tái)模型”賦予它運(yùn)動(dòng)特性，然后選擇相應(yīng)的武器模型和傳感器模型，最終我們獲得了這艘艦船的實(shí)體。

3.2 實(shí)體運(yùn)算

實(shí)體運(yùn)算主要涉及到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、導(dǎo)彈彈道模型、傳感器探測(cè)模型以及毀傷模型等。本文主要介紹平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和傳感器探測(cè)模型，這兩個(gè)模型主要驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)解算和和傳感器探測(cè)解算。

1）實(shí)體運(yùn)動(dòng)解算

本文采用MMG運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型來建立實(shí)體運(yùn)動(dòng)解算。MMG（艦艇操縱運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型）算法建立和描述艦艇的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型。這種模型能很好的響應(yīng)各種因素對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響，尤其是外部環(huán)境對(duì)運(yùn)動(dòng)的影響。

MMG算法建立在雙坐標(biāo)系體系下。如圖3所示。

圖3 MMG算法坐標(biāo)系

如圖所示，一個(gè)坐標(biāo)系是固定于地球的固定坐標(biāo)系Oo－xoyozo，如圖中正東和正南坐標(biāo)系；是與船體一起運(yùn)動(dòng)的O－XYZ，坐標(biāo)原點(diǎn)與艦艇重心重合，如圖中船體所處的坐標(biāo)系。

假定船體運(yùn)行在無限深廣水域，船體為剛體，自由液面為靜水面，并且忽略艦艇搖蕩的影響，其基本運(yùn)動(dòng)方程為

其中，m是艦船的質(zhì)量、mx，my是x和y方向的附加質(zhì)量、Iz是z軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、Jzz是z軸上的附加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。u和v表示喘振和搖擺速度，而r表示偏航角速度。X和Y是在參照系中作用在艦船上的外力向量F的分量，而N是z軸的動(dòng)量。

2）傳感器探測(cè)解算

傳感器探測(cè)解算主要是指?jìng)鞲衅靼l(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率解算。傳感器探測(cè)概率或稱雷達(dá)截獲成功概率定義為雷達(dá)從發(fā)現(xiàn)目標(biāo)或接收目標(biāo)指示至轉(zhuǎn)入穩(wěn)定跟蹤的過程具有概率或統(tǒng)計(jì)特性，在規(guī)定的指示精度條件下轉(zhuǎn)入跟蹤成功的概率。通常，雷達(dá)的照準(zhǔn)概率服從正態(tài)分布，即滿足以下表達(dá)式：

式中：Pt為目標(biāo)落入搜索區(qū)域的概率；Pdi為第i次與目標(biāo)接觸時(shí)的發(fā)現(xiàn)概率（1≤i≤n）。

幾點(diǎn)說明：

1）目標(biāo)落入搜索區(qū)域的概率

目標(biāo)落入搜索區(qū)域的概率Pt在許多情況下為1，但有些情況下小于1。例如，按上級(jí)指示搜捕目標(biāo)，由于存在各種觀測(cè)誤差與隨機(jī)擾動(dòng)，所指示的目標(biāo)位置不能準(zhǔn)確無誤，這時(shí)按所指示的目標(biāo)位置確定的搜索區(qū)域不一定能覆蓋住目標(biāo)，對(duì)其落入概率要進(jìn)行分析計(jì)算，可由戰(zhàn)前積累的先驗(yàn)知識(shí)估出。

2）接觸條件下的發(fā)現(xiàn)概率

接觸條件下的發(fā)現(xiàn)概率即目標(biāo)落入視場(chǎng)被探測(cè)到的概率取決于雷達(dá)系統(tǒng)的類型以及戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能。

3.3 基于XML的方案解析

XML是一種帶標(biāo)簽的解析型語(yǔ)言和文件格式，以易編輯和易讀性著稱，而且也屏蔽了平臺(tái)差異。我們采用XML解析技術(shù)，將運(yùn)動(dòng)模型、武器模型、雷達(dá)模型等屬性參數(shù)，以XML的格式嵌入到系統(tǒng)中，通過對(duì)XML文件中各種參數(shù)的修改來調(diào)整各種模型，使得模型的可擴(kuò)展性得到極大的提升。

方案解析是用來對(duì)“輸入”的作戰(zhàn)方案進(jìn)行分析，對(duì)“兵力”相關(guān)信息調(diào)用“實(shí)體模型和實(shí)體工廠”生成“實(shí)體”，并臨時(shí)保存在態(tài)勢(shì)實(shí)體結(jié)構(gòu)中。對(duì)于方案中非“兵力”信息的內(nèi)容就會(huì)以“命令”的方式進(jìn)行解析，“命令”如下：

1）指揮控制類：攻擊、防御、改變防御模式、改變雷達(dá)狀態(tài)、改變干擾狀態(tài)、報(bào)告命令、口頭指令等；

2）運(yùn)動(dòng)干預(yù)類：改變速度、改變高度、改變水平方、改變垂直方向、移動(dòng)命令、水平航向修正、垂直航向修正等；

3）演練過程干預(yù)類：演練狀態(tài)、時(shí)序、階段改變命令、合理性調(diào)整等。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有指控系統(tǒng)中輔助決策存在的自動(dòng)化和智能程度較低、作戰(zhàn)計(jì)劃生成與方案優(yōu)選能力較弱、缺乏在線推演與評(píng)估功能等問題，本文開展了作戰(zhàn)模擬推演技術(shù)研究，通過對(duì)AI兵力生成技術(shù)和在線作戰(zhàn)推演等技術(shù)的研究，建立了一個(gè)可擴(kuò)展和可控的作戰(zhàn)方案智能推演系統(tǒng)，為作訓(xùn)參謀提供一個(gè)快速的演示作戰(zhàn)計(jì)劃的平臺(tái)，通過對(duì)作戰(zhàn)計(jì)劃快速、靈活的推演，以直觀的方式對(duì)推演進(jìn)程進(jìn)行干預(yù)，輔助作訓(xùn)參謀查找和發(fā)現(xiàn)計(jì)劃中的缺陷，進(jìn)而對(duì)計(jì)劃進(jìn)行修改和完善。本系統(tǒng)可輔助參謀人員檢驗(yàn)和完善作戰(zhàn)計(jì)劃，從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)的沙盤推演和圖上推演，為方案制定的合理性以及跨平臺(tái)方案協(xié)同會(huì)商等提供了基礎(chǔ)技術(shù)支撐。

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