萬建平

（海裝駐武漢地區(qū)軍代局，湖北武漢430011）

飛航導(dǎo)彈協(xié)同作戰(zhàn)信息化體系構(gòu)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(dǎo)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(dǎo)彈協(xié)同作戰(zhàn)的仿真系統(tǒng)，并進(jìn)行了信息化體系的多導(dǎo)彈協(xié)同作戰(zhàn)偵察、指揮與控制功能演示。為多導(dǎo)彈協(xié)同作戰(zhàn)信息化體系建設(shè)提供參考。

信息化體系；多導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)用上，俄羅斯л-700“花崗巖”超聲速反艦導(dǎo)彈[1]，可將陸、海、空基傳感器，衛(wèi)星獲得的信息融合，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信息共享。國內(nèi)學(xué)者[2]提出導(dǎo)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(shù)攻擊航母戰(zhàn)斗群，領(lǐng)彈攻擊、“靜默”攻擊是典型策略，多導(dǎo)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(shù)進(jìn)行大規(guī)模的多對多/部隊(duì)對部隊(duì)、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(jié)了信息化體系下多導(dǎo)彈協(xié)同對抗大型艦艇編隊(duì)的信息化協(xié)同作戰(zhàn)流程，通過高層體系結(jié)構(gòu)HLA進(jìn)行了多導(dǎo)彈協(xié)同仿真。有效的驗(yàn)證了多導(dǎo)彈協(xié)同算法，摸索了信息化數(shù)據(jù)傳輸量與多導(dǎo)彈協(xié)同的關(guān)系，將對信息化體系建設(shè)的需求方向提供有益參考。

1 多導(dǎo)彈協(xié)同對海作戰(zhàn)信息化體系構(gòu)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(dú)自進(jìn)行作戰(zhàn)，而是多艘艦艇組成一定規(guī)模的編隊(duì) （如驅(qū)護(hù)艦艇編隊(duì)、航母編隊(duì)等）進(jìn)行作戰(zhàn)。如：日本海上自衛(wèi)隊(duì)“八·八”艦隊(duì)和編入“宙斯盾”防空導(dǎo)彈驅(qū)逐艦后提出了“九·十”艦隊(duì)[5]；印度“維拉特”號[6]能與“戈?duì)柺材峥品颉碧柦M成航母編隊(duì)，實(shí)施編隊(duì)作戰(zhàn)。

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

1.2 空/天平臺與多導(dǎo)彈協(xié)同的信息化體系(圖1）

圖1 多導(dǎo)彈協(xié)同信息化體系

多導(dǎo)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(jī)/高空預(yù)警機(jī)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(biāo)圖像回傳到地面情報信息處理中心進(jìn)行處理；

2）信息上傳下達(dá)，指揮控制中心主要指陣前指揮所，接收上級指揮所下達(dá)的指示和戰(zhàn)場態(tài)勢信息，并定期向上級匯報作戰(zhàn)進(jìn)程，負(fù)責(zé)向編隊(duì)內(nèi)各個指揮所下達(dá)作戰(zhàn)指揮信息、目標(biāo)指示信息，并監(jiān)控各艘艦艇導(dǎo)彈發(fā)射情況。

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

4）飛行的導(dǎo)彈可以向通信中繼平臺回傳飛行狀況和目標(biāo)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(jìn)行多導(dǎo)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(biāo)艦艇編隊(duì)信息；指揮當(dāng)局規(guī)劃作戰(zhàn)地點(diǎn)、時間以及導(dǎo)彈協(xié)同作戰(zhàn)部隊(duì)；指揮者協(xié)調(diào)戰(zhàn)斗區(qū)域和時間，分發(fā)目標(biāo)艦艇編隊(duì)到達(dá)區(qū)域、多導(dǎo)彈中心規(guī)劃航跡和編隊(duì)形式。

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

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

4）協(xié)同目標(biāo)搜索，多導(dǎo)彈到達(dá)末制導(dǎo)雷達(dá)開機(jī)時刻，搜索導(dǎo)彈進(jìn)行協(xié)同搜索，共享目標(biāo)信息，目標(biāo)信息融合，目標(biāo)列表在彈間信息共享。

5）協(xié)同目標(biāo)分配，領(lǐng)彈進(jìn)行目標(biāo)分配，向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)成員下發(fā)目標(biāo)分配信息。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)成員從彈接收目標(biāo)分配信息動態(tài)規(guī)劃末制導(dǎo)航路，進(jìn)行策略目標(biāo)攻擊。

6）毀傷評估，導(dǎo)彈命中目標(biāo)的最后幾幅圖像回傳指揮控制中心，用于目標(biāo)毀傷評估。

2 基于HLA-RTI分布式仿真設(shè)計(jì)

2.1 HLA-RTI仿真構(gòu)架及仿真開發(fā)形式

仿真平臺采用分布式構(gòu)架，由RTI服務(wù)器、仿真控制平臺、指揮控制模擬平臺、導(dǎo)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(luò)，如圖3所示，無線網(wǎng)絡(luò)描述多導(dǎo)彈組網(wǎng)信息傳遞、指揮控制模擬；有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時下傳導(dǎo)彈仿真數(shù)據(jù)、模擬導(dǎo)彈發(fā)射任務(wù)規(guī)劃、仿真時間同步以及仿真任務(wù)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(biāo)模擬平臺以及導(dǎo)彈模擬平臺組成無線網(wǎng)絡(luò)，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(yùn)行支撐環(huán)境BH RTI2.4。

圖3 仿真方案網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.2 HLA-RTI仿真庫算法

2.2.1 RTI服務(wù)器

在基于HLA的分布式虛擬環(huán)境中，使用RTIRTI交互協(xié)議進(jìn)行通信。RTI服務(wù)器負(fù)責(zé)管理其它各平臺上運(yùn)行的RTI節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)分布式環(huán)境中全局?jǐn)?shù)據(jù)的處理，是各個RTI節(jié)點(diǎn)的協(xié)調(diào)中心。

2.2.2 仿真控制平臺

負(fù)責(zé)管理整個仿真系統(tǒng)的運(yùn)行/停止、暫停/恢復(fù)等，同時協(xié)調(diào)其它所有平臺之間的同步運(yùn)行以及控制仿真時間的推進(jìn)。仿真控制平臺除完成以上功能之外，同時負(fù)責(zé)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(dǎo)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(dǎo)彈隊(duì)形，導(dǎo)彈角色、戰(zhàn)術(shù)隊(duì)形、調(diào)整時間、編隊(duì)區(qū)域；

3）目標(biāo)及威脅，威脅中心、威脅半徑、威脅特性、目標(biāo)特性；

4）彈目關(guān)系。

主要算法：

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

2）多平臺協(xié)同發(fā)射，考慮各戰(zhàn)斗平臺的到達(dá)預(yù)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(dǎo)彈在平臺的發(fā)射任務(wù)準(zhǔn)備時間和發(fā)射扇面約束。同時，載機(jī)、水面艇和潛艇均為運(yùn)動平臺，可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行發(fā)射位置區(qū)域窗口與時間窗口轉(zhuǎn)換，表達(dá)各運(yùn)動平臺的協(xié)同發(fā)射窗口的轉(zhuǎn)換。

2.2.3 指揮控制模擬平臺（圖4）

指揮控制模擬平臺負(fù)責(zé)實(shí)時顯示導(dǎo)彈、目標(biāo)的運(yùn)行信息以及戰(zhàn)場態(tài)勢，并向?qū)椖M平臺下達(dá)作戰(zhàn)任務(wù)以及任務(wù)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(dǎo)彈任務(wù)更改數(shù)據(jù)；

2）任務(wù)控制，多導(dǎo)彈協(xié)同飛行任務(wù)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(dǎo)彈實(shí)時數(shù)據(jù)。

主要算法：

1）在線任務(wù)更改；

2）巡邏待機(jī)任務(wù)。結(jié)合運(yùn)動目標(biāo)速度和初始目標(biāo)位置，判斷是否為目標(biāo)更改；結(jié)合更改后目標(biāo)位置和剩余航程估計(jì)能否進(jìn)行目標(biāo)更改；接收到目標(biāo)更改位置和更改切入點(diǎn)，進(jìn)行直線航路規(guī)劃或盤旋待機(jī)。

2.2.4 導(dǎo)彈模擬平臺

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

1）彈道初始化；

2）彈道解算，導(dǎo)彈飛行六自由度飛行；

3）任務(wù)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(duì)飛行，依據(jù)網(wǎng)內(nèi)導(dǎo)彈的通信范圍和信道質(zhì)量優(yōu)勢進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管優(yōu)選；彈群隊(duì)形調(diào)整通過導(dǎo)彈位置、速度共享，計(jì)算自身位置與領(lǐng)彈水平投影縱向距離，對比戰(zhàn)斗隊(duì)形，再計(jì)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(jī)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(jī)點(diǎn)火達(dá)到正常工作轉(zhuǎn)速時間為47.5 s，調(diào)速選擇范圍為正常轉(zhuǎn)速的10%，相互調(diào)節(jié)時間19 s。

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

3）目標(biāo)分配算法，構(gòu)造與軍艦防空、攻擊導(dǎo)彈飛行高度、攻擊彈彈目距離、目標(biāo)群組合方位相關(guān)的，多導(dǎo)彈對艦艇編隊(duì)的突防廣義末制導(dǎo)距離，進(jìn)行整數(shù)分配。

2.2.5 目標(biāo)模擬平臺

目標(biāo)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(biāo)的運(yùn)動，并實(shí)時發(fā)布目標(biāo)運(yùn)動信息。艦艇編隊(duì)初始位置、速度以及航向進(jìn)行運(yùn)動仿真，仿真中可以加入艦隊(duì)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(gòu)造虛擬戰(zhàn)場，實(shí)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(jìn)行評估。

3 仿真演示

系統(tǒng)仿真條件為：4枚導(dǎo)彈，2個目標(biāo)，導(dǎo)彈射程2 000 km，飛行速度0.75 Ma；導(dǎo)彈六自由度飛行計(jì)算，10 ms計(jì)算周期。導(dǎo)彈典型作戰(zhàn)過程為：彈群進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃→編隊(duì)區(qū)→編隊(duì)飛行→巡航飛行→被動導(dǎo)引→目標(biāo)區(qū)域→目標(biāo)搜索→目標(biāo)分配→協(xié)同攻擊，如4所示。同時目標(biāo)進(jìn)行40 kn機(jī)動，編隊(duì)飛行后多導(dǎo)彈通過衛(wèi)星進(jìn)行任務(wù)回傳，同時高空無人機(jī)、衛(wèi)星進(jìn)行目標(biāo)偵查 （仿真數(shù)據(jù)雙向傳輸），偵查信息/導(dǎo)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(dǎo)彈組網(wǎng)信息、目標(biāo)更改信息，周期5 min。仿真計(jì)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(dǎo)彈協(xié)同時指揮控制模擬平臺傳輸數(shù)據(jù)流量。在導(dǎo)彈仿真飛行時，導(dǎo)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(dǎo)彈組網(wǎng)成功，并回告指揮控制中心組網(wǎng)后各導(dǎo)彈狀態(tài)；在50 min處，導(dǎo)彈處于戰(zhàn)術(shù)隊(duì)形調(diào)整中，仿真數(shù)據(jù)流量持續(xù)在500 kbps，并且戰(zhàn)術(shù)隊(duì)形調(diào)整到位后，每隔5 min進(jìn)行導(dǎo)彈狀態(tài)回傳和目標(biāo)指示，此時仿真網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量將增大至620 kbps左右；在105 min點(diǎn)數(shù)據(jù)流量在700 kbps，此時彈目距離約150 km，被動導(dǎo)引頭開機(jī)并協(xié)同搜索目標(biāo)，導(dǎo)彈與通信衛(wèi)星以及指揮控制模擬平臺通信；約130.5 min，導(dǎo)彈協(xié)同目標(biāo)分配后，進(jìn)行最后2幅圖像回傳，圖像為200 k圖片，數(shù)據(jù)流量達(dá)到1 300 kbps。因此，多導(dǎo)彈協(xié)同需要信息化提供相應(yīng)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(jié)語

從多導(dǎo)彈協(xié)同對抗大型艦艇編隊(duì)典型作戰(zhàn)模式出發(fā)，構(gòu)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(dǎo)彈協(xié)同作戰(zhàn)進(jìn)行了分布式仿真。分布式仿真有效的驗(yàn)證了信息化體系功能，并且考察了信息流量與多導(dǎo)彈協(xié)同關(guān)系。

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>>>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)