夏永春，吳東亞，尹光洪

(1.裝甲兵工程學院裝備指揮與管理系，北京100072;2.裝甲兵工程學院科研部，北京100072;3.95963部隊，湖北武漢430313)

近年來，隨著指揮信息系統(tǒng)的快速發(fā)展，現代戰(zhàn)爭的特點也發(fā)生了深刻變革，戰(zhàn)爭由重視單件裝備性能的“平臺中心戰(zhàn)”演變成為重視整體作戰(zhàn)效能的“網絡中心戰(zhàn)”［1］。作為“網絡中心戰(zhàn)”大腦和中樞的指控系統(tǒng)地位不斷提升，其復雜程度也大大增加。盡管經歷了軟件工程所規(guī)定的單元測試、集成測試、系統(tǒng)測試等活動和硬件的定型論證階段，指控系統(tǒng)在實際使用中仍然暴露出不能滿足作戰(zhàn)需求的問題。為了完善指揮信息系統(tǒng)功能，美軍已經以試驗與訓練使能體系結構(Test and Training Enabling Architecture，TENA)為基礎，開展了很多集演習、訓練、指揮信息系統(tǒng)評估、指揮信息系統(tǒng)驗證于一體的項目研究，開發(fā)了很多專業(yè)驗證工具［2-8］。北約在荷蘭海牙也舉行了首個分布式網絡戰(zhàn)場實驗室(Distributed Networked Battle Labs，DNBL)的會議，旨在用標準的程序來組織支持測試、試驗、驗證活動［9-10］。國內的科研單位也開始對各軍兵種指揮信息系統(tǒng)驗證開展研究，在這些研究中，指控系統(tǒng)驗證都是核心研究內容。

1 指控系統(tǒng)驗證的概念

指控系統(tǒng)驗證是指在實戰(zhàn)(或者演習、訓練、模擬實戰(zhàn))的環(huán)境下，以指控系統(tǒng)為核心，連接該級別指控系統(tǒng)所涉及的武器裝備(或者模擬裝備)，形成與戰(zhàn)時指揮關系、裝備互聯關系相一致的作戰(zhàn)體系，用以驗證指控系統(tǒng)功能、性能等屬性是否滿足實際作戰(zhàn)需求的活動，以達到促進指控裝備快速形成實戰(zhàn)能力的目的。指控系統(tǒng)驗證具有3個重要的特征。

1)對抗性。通過建立真實(或者接近真實)的作戰(zhàn)環(huán)境，提供能夠支持指控系統(tǒng)實現對抗的環(huán)境，以檢驗指控系統(tǒng)是否滿足作戰(zhàn)需求。

2)系統(tǒng)性。以指控系統(tǒng)為核心，連接該指控系統(tǒng)所涉及的裝備或模擬器，形成體系作戰(zhàn)能力，真實反映指控系統(tǒng)的運行效果。

3)真實性。指控系統(tǒng)不是靜態(tài)的運轉，也不是被動的運轉，而是需要在指揮人員的操作下以實戰(zhàn)要求為標準運行。

2 指控系統(tǒng)驗證方法

指控系統(tǒng)驗證活動的開展必須具備由戰(zhàn)場環(huán)境等組成的驗證支持系統(tǒng)來提供數據支撐。以驗證支持系統(tǒng)中的實兵參與程度為標準，可將當前的指控系統(tǒng)驗證方法分為3大類，即:實兵、實裝驗證法;人在環(huán)、模擬環(huán)境、實裝驗證法;虛擬兵力、模擬環(huán)境、實裝驗證法。

2.1 實兵、實裝驗證法

實兵、實裝驗證法是指驗證支持系統(tǒng)的組成以實兵、實裝形式為主，典型方式是通過戰(zhàn)爭、演習或訓練進行驗證?！都~約時報》曾報道稱，美國TRW/馬格納沃克斯研制成功的戰(zhàn)場作戰(zhàn)識別系統(tǒng)(Battlefield Combat Identification System，BCIS)就是在海灣戰(zhàn)爭中進行實戰(zhàn)檢驗后，得到系統(tǒng)運行良好、目標識別正確率為99%、具有良好抗干擾能力的結論后，才開始大面積裝備美軍的。然而在和平時期，大規(guī)模的陸軍戰(zhàn)役演習、訓練費時費力且不能實現對抗，陸軍聯合戰(zhàn)役經驗和作戰(zhàn)動態(tài)數據的匱乏，使得很難依靠戰(zhàn)爭本身來研究戰(zhàn)爭這個復雜系統(tǒng)，從戰(zhàn)爭中學習戰(zhàn)爭已變得不可能［11］。

2.2 人在環(huán)、模擬環(huán)境、實裝驗證法

人在環(huán)、模擬環(huán)境、實裝驗證法是指驗證支持系統(tǒng)主要采用人在環(huán)的半實物仿真方式，包含了部分實裝系統(tǒng)部件，驅動被驗指控系統(tǒng)運行，從而開展驗證活動。這種模式通常也稱為半實物仿真或系統(tǒng)試驗床［12］。

人在環(huán)、模擬環(huán)境、實裝驗證法是在考慮控制成本的情況下，盡可能地保留指揮人員，使指控系統(tǒng)的智能決策能最大程度地模擬實戰(zhàn)情況。其顯著特點是驗證支持環(huán)境由大量的半實物裝備組成，指揮節(jié)點由指揮員進行操作，縮短了戰(zhàn)場的時間、空間特性。人在環(huán)、模擬環(huán)境、實裝驗證法體系結構如圖1所示。虛擬戰(zhàn)場環(huán)境不僅為指揮人員提供可視化的模擬戰(zhàn)場環(huán)境，還可根據仿真導控提供的戰(zhàn)場想定產生驅動驗證活動進行的戰(zhàn)場事件。人在環(huán)技術盡可能地確保裝備的實際性能，需要建造大量的半實物裝備，包括軟的因素和相應的價值測量［13］。

圖1 人在環(huán)、模擬環(huán)境、實裝驗證法體系結構

2.3 虛擬兵力、模擬環(huán)境、實裝驗證法

虛擬兵力、模擬環(huán)境、實裝驗證法是一種強調以計算機生成兵力為主搭建驗證支持系統(tǒng)的方法。該方法不需要大規(guī)模地動用實裝或者建立半實物裝備，能夠大幅降低驗證成本;但是計算機生成兵力的逼真程度是該方法的重點，尤其是計算機生成兵力的智能化程度。在開發(fā)表示指揮與控制過程的模型時，多數方法是建立在專家系統(tǒng)的人工智能方法基礎上的［14］，這些方法通過一系列相互影響的決策原則表示指揮員的決策過程(任何層次的指揮)?；谌斯ぶ悄茉瓌t的模型是實際使用中存在模型龐大、復雜和運行緩慢等問題，且在很多情況下決策原則本身也是非常依賴于想定的。

2.4 指控系統(tǒng)驗證方法的比較分析

表1給出了3類方法的特征比較，比較的依據主要是從該特征對指控系統(tǒng)驗證影響因素的支持強弱進行逐一對比分析。為簡化起見，將實兵、實裝系統(tǒng)驗證法記為RARE;人在環(huán)、模擬環(huán)境、實裝驗證法記為HVERE;虛擬兵力、模擬環(huán)境、實裝驗證法記為VAVE。

表1 指控系統(tǒng)驗證方法比較分析

從總體來看，實兵、實裝的驗證方法具有真實的戰(zhàn)場環(huán)境，有軍事應用支持，且指控系統(tǒng)操作由真實指揮人員完成，可信性高;缺點是不能反復采集驗證數據，并且驗證活動不是演習、戰(zhàn)斗的首要任務，是處于從屬地位的。虛擬兵力、模擬環(huán)境的驗證方法能夠進行反復驗證;但是指控系統(tǒng)的操作卻缺少真實指揮人員的智能。目前，建模與仿真的可信性分析是系統(tǒng)仿真中重要而又困難的問題，尚無普遍適用并得到廣泛認同的方法和技術，甚至人們對仿真可信性的范疇和一般方法論都還沒有統(tǒng)一的認識［15］，尤其是基于復雜巨系統(tǒng)的指揮信息系統(tǒng)建模仿真更是一個巨大的挑戰(zhàn)。當前，人工智能尚未達到完全代替真實指揮員操作的高度，人在環(huán)能夠在控制費用的情況下保證指揮的合理性，杜絕了戰(zhàn)場環(huán)境中基于規(guī)則的“條件反射式”指揮現象，并且能夠準確地提供指揮時延，提高戰(zhàn)場真實性。綜合比較分析，采取由高逼真度的作戰(zhàn)仿真環(huán)境提供戰(zhàn)場環(huán)境數據，由真實指揮員控制半實物指控裝備，操作指控系統(tǒng)完成響應，針對指控系統(tǒng)驗證目的進行驗證想定設計，是比較適合于指控系統(tǒng)驗證特點的策略。

3 基于作戰(zhàn)仿真和指揮人員在環(huán)的指控系統(tǒng)驗證法

在分析現有條件下指控系統(tǒng)驗證方法優(yōu)缺點的基礎上，本文提出了基于作戰(zhàn)仿真和指揮人員在環(huán)(Combat Simulation ＆ Commanders-in-Loop，CS＆CL)的指控系統(tǒng)驗證法。

3.1 CS＆CL指控系統(tǒng)驗證法的階段劃分

CS＆CL指控系統(tǒng)驗證法的總體思路是以高逼真度的作戰(zhàn)仿真完成數據支持，以軍事想定為驅動，通過虛實轉換網關完成半實物裝備中的指控系統(tǒng)數據和作戰(zhàn)仿真數據交互，從而達到驅動驗證活動開展，并進行數據采集、分析以及生成驗證報告的目的。該方法的總體思路如圖2所示，分為3個主要階段:驗證準備階段、驗證執(zhí)行階段和驗證分析階段。

圖2 CS＆CL指控系統(tǒng)驗證方法的階段

驗證準備階段的目標是確定驗證內容并制定驗證執(zhí)行方案;驗證執(zhí)行階段包括驗證環(huán)境建設、驗證活動預演和驗證正式執(zhí)行，可以通過多次的驗證活動預演對驗證方案進行優(yōu)化調整;驗證分析階段主要是對驗證的結果進行分析并得出結論，主要包括驗證數據采集、驗證數據分析和驗證報告生成3個部分，驗證數據采集不僅包括驗證正式執(zhí)行階段的數據，還可以從驗證活動預演中提取有用的局部數據。

3.2 CS＆CL指控系統(tǒng)驗證方法的主要流程

CS＆CL指控系統(tǒng)驗證方法是以軍事應用為牽引，包括3個階段，主要流程如下。

1)建立驗證指標體系。充分分析被驗證的指控系統(tǒng)，確定系統(tǒng)的驗證指標，層層分解，建立驗證指標體系。

2)計算驗證復雜度，判斷可驗證性。由于時間、條件、復雜度的制約，遍歷所有影響因素組合的驗證方法操作性較差，在實際驗證中需要根據復雜度判斷指標的可驗證性。對于不同的驗證指標，其驗證復雜度也不同，需要分析其是否屬于NP問題，如何規(guī)約為一個可驗證問題。

3)設計驗證劇情。針對驗證指標體系的各個指標設計驗證劇情。驗證劇情是用于描述被驗系統(tǒng)的即時輸入，包括戰(zhàn)場環(huán)境條件、敵情、天候等。對每一個驗證劇情都有一個相應的期望結果，即被驗系統(tǒng)在此劇情下的正確響應。

4)設計驗證想定。由于對某項驗證指標一般會有多個驗證場景，所以想定要把盡可能多的驗證場景整合起來，驅動指控系統(tǒng)在連續(xù)調節(jié)、復雜環(huán)境下運行。驗證劇情是面向被驗系統(tǒng)功能的，驗證想定是面向軍事任務的。驗證想定就是最大程度地將驗證劇情整合在一起，以完成驗證目標。

5)驗證環(huán)境構建。在實兵演習時，驗證環(huán)境就是實際戰(zhàn)場;然而由于經費、物力、人力的限制，實兵驗證不可能常態(tài)化使用。CS＆CL指控系統(tǒng)驗證法要求的支持環(huán)境主要還是靠半實物裝備和仿真環(huán)境來實現，該環(huán)境能夠模擬實際戰(zhàn)場環(huán)境，驅動指控系統(tǒng)在類似實際戰(zhàn)場環(huán)境下運行。

6)執(zhí)行驗證并采集數據。被驗系統(tǒng)在以想定驅動的仿真戰(zhàn)場環(huán)境中，采集驗證指標相關的數據。

7)分析驗證數據，生成驗證報告。通過分析戰(zhàn)場環(huán)境因素對驗證結果的影響，驗證被驗系統(tǒng)某項指標的有效性和穩(wěn)定性，并確定一項戰(zhàn)場環(huán)境影響因素的單一影響或多項戰(zhàn)場環(huán)境影響因素的交互影響，進而找出變化趨勢和規(guī)律。判斷采集到的數據是否與期望數據相吻合，并分析誤差原因，最后生成驗證結果報告。

4 驗證支持系統(tǒng)

驗證支持系統(tǒng)是指控系統(tǒng)驗證活動實施所需的人員、器材、裝備、設施、仿真系統(tǒng)等硬件環(huán)境，以及支持指控系統(tǒng)驗證活動的時間、空間等環(huán)境的統(tǒng)稱。驗證支持系統(tǒng)的建設質量高低是指控系統(tǒng)驗證活動成功執(zhí)行的關鍵因素。

4.1 驗證支持系統(tǒng)的體系結構

驗證支持系統(tǒng)的體系結構由用戶層、驗證策劃層、驗證活動層、軟件層和硬件層5個層次構成。軟件層和硬件層屬于基礎支撐類，驗證策劃層和驗證活動層屬于執(zhí)行類，如圖3所示。

圖3 驗證支持系統(tǒng)的體系結構

4.2 驗證支持系統(tǒng)的支撐技術

驗證支持系統(tǒng)的一個重要特點就是構建體系完整、要素齊全、逼真高效的驗證環(huán)境，采用人在環(huán)模擬、虛實交互的方式開展綜合演練，有以下關鍵技術需要突破。

1)指控系統(tǒng)與支持系統(tǒng)的無縫連接技術。實現指控系統(tǒng)與支持系統(tǒng)的無縫連接，可以通過專門的數據交互軟件來實現實裝指揮信息的提取、解析和交互，進而實現指揮員與作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的虛實交互。針對實裝指揮信息種類繁多的難題，將指揮信息分類處理，通過“實兵→仿真”、“仿真→實兵”2類數據轉換規(guī)則，實現指揮信息的提取、解析和交互。

2)高逼真度的作戰(zhàn)仿真技術。為了達到接近實戰(zhàn)的驗證效果，采用作戰(zhàn)仿真技術動態(tài)生成作戰(zhàn)背景，驗證想定的制作與仿真技術是支持驗證的重要技術，主要包括以下2個方面:一是開發(fā)高逼真度的軍兵種全要素仿真模型;二是引進高性能計算機，確保作戰(zhàn)仿真實戰(zhàn)性。

3)可視化環(huán)境構建技術?？梢暬h(huán)境構建技術主要包括2方面:一是高沉浸感的可視化環(huán)境，主要為指揮員提供成體系的可視化感知環(huán)境;二是不可見信息可視化，主要是根據驗證的具體內容和過程的需要，為驗證管控人員和驗證數據采集人員提供各類與驗證相關信息的直觀綜合顯示。

4)導調控制技術。指控系統(tǒng)驗證活動也需要導調控制，導調控制軟件是實現驗證想定導入、驗證場景設置、動態(tài)驗證的重要工具。導調控制軟件實現的難點在于與作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)、驗證作業(yè)環(huán)境中真實席位的連接。為實現導調控制軟件與作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的連接，應開發(fā)專門的數據交互軟件，按照約定的接口規(guī)范，實現對導調方案的接收和解析。

5)驗證數據采集分析技術。驗證數據采集分析主要是按照采集計劃要求，采集指控系統(tǒng)各個席位的操作日志、收發(fā)的數據報文、作業(yè)席位產生的作戰(zhàn)文書和對作業(yè)席位界面實時監(jiān)控，并將采集的數據保存，以實現各個人在環(huán)的指揮作業(yè)環(huán)境、兵種專業(yè)作業(yè)環(huán)境之間交互的指揮流、信息流數據的顯示、監(jiān)視和記錄。

5 結論

指控系統(tǒng)驗證是一項復雜而艱巨的系統(tǒng)工程。本文分析了當前條件下的具體實現方法，并對驗證支持系統(tǒng)的體系結構和支撐技術進行了較詳細的論述，是對指控系統(tǒng)驗證活動的探索。下一步，需要針對指控系統(tǒng)驗證的完備性、可驗證性等相關理論以及方法和技術開展深入研究。

［1］ 軍事科學院軍隊建設研究部.軍隊信息化建設概論［M］.北京:軍事科學出版社，2009:1-2.

［2］ Dod U S.TENA:The Test and Training Enabling Architecture Reference Document［R］.USA:US DoD，2002.

［3］ 周玉芳，余云智，瞿永翠.LVC仿真技術綜述［J］.指揮控制與仿真，2010，32(8):45-49.

［4］ 孟凡松.TENA體系結構在美軍JMETC中的成功運用［J］.外軍信息戰(zhàn)，2009，4(6):47-51.

［5］ 徐忠富，王國玉，張玉竹，等.TENA的現狀與展望［J］.系統(tǒng)仿真學報，2008，20(23):6325.

［6］ Hudgins G，Lucas J.The Test and Training Enabling Architecture，TENA，Range Interoperability and Resource Reuse Solutions［EB/OL］.(2006-07-11)［2012-11-19］.http://www.tena-sda.org

［7］ Hudgins G.Test and Training Enabling Architecture(TENA)，An Important Component in Joint Mission Environment Test Capability(JMETC)［C］∥25th Annual NDIA T＆E National Conference.Atlantic City:NDIA，2009:795-802.

［8］ Weller E F.Practical Applications of Statistical Process Control［J］.IEEE Software，2000，17(3):48-55.

［9］ NCIA-NATO Communications and Information Agency.Distributed Networked Battle Labs(DNBL)［EB/OL］.(2012-10-14)［2012-11-19］.https://DNBL.NCIA.nato.int

［10］ Thorvaldsen R，Erulin J.DNBL Framework［J］.Transformer，2011，7(2):11-13.

［11］ 王精業(yè).系統(tǒng)論與作戰(zhàn)復雜性［M］.濟南:黃河出版社，2006:33-34.

［12］ 包衛(wèi)東，于云程，沙基昌.C3I快速原型法與試驗床［J］.小型微型計算機系統(tǒng)，1998，19(5):24-30.

［13］ Kass R A，Alberts D S，Hayes R E.作戰(zhàn)試驗及其邏輯［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2010:73-74.

［14］ Alberts D S.Code of Best Practice for Experimentation［M］. 北京:電子工業(yè)出版社，2009:65.

［15］ 黃柯棣，查亞兵.系統(tǒng)仿真可信性研究綜述［J］.系統(tǒng)仿真學報，1997，9(1):4-9.