鄧克波,程文迪,雷鳴,饒佳人

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第28研究所,江蘇南京 210007）

基于離散事件仿真的防空C4ISR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)評(píng)估

鄧克波,程文迪,雷鳴,饒佳人

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第28研究所,江蘇南京 210007）

針對(duì)防空C4ISR系統(tǒng),綜合考慮通信網(wǎng)絡(luò)和信息關(guān)系結(jié)構(gòu),提出基于離散事件仿真的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)評(píng)估方法。通過(guò)分析防空C4ISR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),對(duì)防空系統(tǒng)的離散仿真事件進(jìn)行了定義,給出了事件處理流程、相互邏輯關(guān)系和公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù),建立了防空系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)評(píng)估指標(biāo)及其計(jì)算模型。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn),在相同想定下比較了樹(shù)型與網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)C4ISR系統(tǒng)的目標(biāo)探測(cè)概率和目標(biāo)分配率等,驗(yàn)證了文中方法的有效性。

系統(tǒng)評(píng)估與可行性分析；離散事件仿真；防空系統(tǒng)；C4ISR結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)評(píng)估

0 引言

C4ISR系統(tǒng)是指由指揮、控制、通信、信息處理與計(jì)算處理、情報(bào)、監(jiān)視和偵察等要素組成的綜合電子信息系統(tǒng)。隨著“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”和“空海一體戰(zhàn)”等概念的提出[1-2],C4ISR系統(tǒng)由“平臺(tái)為中心”向“網(wǎng)絡(luò)為中心”發(fā)展,其結(jié)構(gòu)也從樹(shù)型集中式向扁平化、網(wǎng)絡(luò)化轉(zhuǎn)型[3-4],規(guī)模和復(fù)雜度逐漸增加。

C4ISR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括節(jié)點(diǎn)底層的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及上層的信息關(guān)系結(jié)構(gòu),其合理與否對(duì)于系統(tǒng)作戰(zhàn)效能發(fā)揮具有重要影響,目前研究主要是將系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)和信息關(guān)系彼此孤立地分析。針對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的仿真評(píng)估,商業(yè)軟件包括OPNET[5]、COMNET和BONeS等,開(kāi)源仿真軟件包括NS-2、GloMo-Sim、OMNET++等。文獻(xiàn)[6-9]研究了軍事通信網(wǎng)絡(luò)的建模與仿真方法,并利用商用軟件或自研原型系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)評(píng)估。在C4ISR系統(tǒng)信息關(guān)系結(jié)構(gòu)方面,Dekker建立了FINC模型[10-11],但該模型限于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息流時(shí)效性方面的評(píng)估。文獻(xiàn)[12]建立了基于無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的防空系統(tǒng)模型,這種采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論高度抽象的結(jié)構(gòu)建模,適用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)特性和宏觀規(guī)律的分析。文獻(xiàn)[13]研究了網(wǎng)絡(luò)化防空系統(tǒng)的特性,并與樹(shù)形結(jié)構(gòu)比較了優(yōu)劣,但沒(méi)有涉及定量的評(píng)估方法。

本文針對(duì)防空C4ISR系統(tǒng),綜合考慮通信網(wǎng)絡(luò)和信息關(guān)系結(jié)構(gòu),提出了基于離散事件仿真的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)評(píng)估方法。離散事件仿真本質(zhì)是將系統(tǒng)隨時(shí)間的變化抽象成一系列離散時(shí)間點(diǎn)上的事件,通過(guò)處理事件,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的演進(jìn)變化[14]。防空C4ISR系統(tǒng)從作戰(zhàn)應(yīng)用流程和狀態(tài)變化上分析,可以視為離散事件系統(tǒng),包括周期性的目標(biāo)檢測(cè)判斷、情報(bào)發(fā)送、目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)分配和目標(biāo)攔截等離散事件,采用離散事件仿真方法分析防空C4ISR系統(tǒng)可以兼顧實(shí)驗(yàn)可信度和實(shí)驗(yàn)效率。

首先,基于離散事件仿真,建立了通信網(wǎng)絡(luò)和防空C4ISR單元的基本事件類型及其處理流程；然后,從系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間、目標(biāo)探測(cè)、指揮控制和目標(biāo)分配能力等方面,建立了防空C4ISR系統(tǒng)評(píng)估指標(biāo)及其計(jì)算模型；最后,通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn),舉例分析了不同類型結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性能,驗(yàn)證了本文方法的有效性。

1 防空C4ISR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

防空C4ISR系統(tǒng)的組成包括雷達(dá)、電子支援措施（ESM）等傳感探測(cè)單元,雷達(dá)旅團(tuán)、情報(bào)處理中心等情報(bào)處理單元,航空兵指揮所、地防指揮所等決策控制單元,以及地導(dǎo)、飛機(jī)等響應(yīng)執(zhí)行單元。防空C4ISR系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示,包括系統(tǒng)單元及其之間通過(guò)底層骨干網(wǎng)、接入網(wǎng)等形成的通信連接結(jié)構(gòu),以及上層完成情報(bào)保障、態(tài)勢(shì)共享、指揮控制和協(xié)同執(zhí)行等所進(jìn)行的信息交互關(guān)系結(jié)構(gòu),其中交互的信息包括情報(bào)態(tài)勢(shì)、指揮指令和作戰(zhàn)計(jì)劃等。

2 防空C4ISR系統(tǒng)離散事件仿真

采用離散事件仿真來(lái)模擬防空C4ISR系統(tǒng)運(yùn)行,首先需要建立基礎(chǔ)的事件類型,然后采用事件掃描法驅(qū)動(dòng)仿真運(yùn)行。事件掃描法基本過(guò)程如下：

圖1 防空C4ISR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of air defense C4ISR structure

1）初始化,置仿真時(shí)鐘和系統(tǒng)狀態(tài)為初態(tài),生成初始的離散事件,插入事件表。

2）仿真開(kāi)始,掃描事件表,將仿真時(shí)鐘推進(jìn)到最早發(fā)生事件的時(shí)間上。

3）處理該事件,相應(yīng)地改變系統(tǒng)狀態(tài),并生成新的事件,插入事件表。

4）若仿真終止條件未滿足,返回步驟2,否則,結(jié)束。

下文重點(diǎn)介紹防空C4ISR系統(tǒng)的基礎(chǔ)事件。

根據(jù)防空C4ISR系統(tǒng)的功能組成、作戰(zhàn)應(yīng)用流程和閉環(huán)實(shí)驗(yàn)需求,提出了10種基礎(chǔ)離散事件,包括3種戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境事件、4種系統(tǒng)應(yīng)用處理事件和3種通信網(wǎng)事件,如表1所示。不同類型離散事件對(duì)應(yīng)的配置參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài),以及事件之間的生成關(guān)系如圖2所示。

表1 防空C4ISR系統(tǒng)離散仿真事件Tab.1 Discrete simulation events of air defense C4ISR system

2.1 戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境事件

2.1.1 目標(biāo)狀態(tài)更新事件

圖2 離散事件邏輯關(guān)系示意圖Fig.2 Logic relationship among the discrete events

事件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表2所示,參數(shù)配置包括：目標(biāo)狀態(tài)更新周期、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)起點(diǎn)、拐點(diǎn)、終點(diǎn)、速度和高度等。事件處理關(guān)聯(lián)的目標(biāo)狀態(tài)數(shù)據(jù)為：目標(biāo)結(jié)束標(biāo)識(shí)和目標(biāo)位置等,其中當(dāng)目標(biāo)到達(dá)終點(diǎn)或被擊毀時(shí),結(jié)束標(biāo)識(shí)置為1,否則為0,目標(biāo)位置根據(jù)目標(biāo)狀態(tài)、速度和更新周期等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

事件時(shí)間tk事件類型處理模型

目標(biāo)狀態(tài)更新事件的處理流程如圖3所示,其中,生成的新目標(biāo)狀態(tài)更新事件的事件時(shí)間tk+1為當(dāng)前事件時(shí)間tk加上目標(biāo)更新周期TTUP：

2.1.2 目標(biāo)擊毀事件

目標(biāo)擊毀事件是由處理火力單元判斷與打擊事件時(shí)產(chǎn)生的,事件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表3所示。

表3 目標(biāo)擊毀事件Tab.3 Intercept event

該類事件的處理流程為：

1）判斷事件時(shí)間是否大于仿真時(shí)間,若大于,不處理。

2）若事件時(shí)間不大于仿真時(shí)間,根據(jù)事件中目標(biāo)標(biāo)識(shí)遍歷目標(biāo)列表。

3）在目標(biāo)列表中找到事件的目標(biāo)后,將其結(jié)束標(biāo)識(shí)置為1,意味著該目標(biāo)狀態(tài)消失,其狀態(tài)不再更新。

圖3 目標(biāo)狀態(tài)更新事件處理流程Fig.3 Processing flow of target state update event

2.1.3 系統(tǒng)單元失效事件

系統(tǒng)單元失效事件是根據(jù)實(shí)驗(yàn)想定,在仿真初始化階段產(chǎn)生,事件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表4所示。

表4 系統(tǒng)單元失效事件Tab.4 System unit failure event

該類事件處理流程為：

1）更新系統(tǒng)單元狀態(tài)表,根據(jù)失效單元標(biāo)識(shí),在系統(tǒng)單元狀態(tài)表中將相應(yīng)單元的狀態(tài)標(biāo)識(shí)置為0,意味著該單元失效。

2）更新信息交互關(guān)系表,刪除與失效單元有關(guān)的信息交互關(guān)系,按照一定規(guī)則接替信息交互關(guān)系。

3）更新收件箱,刪除收件箱中失效節(jié)點(diǎn)接收的所有信息。

2.2 系統(tǒng)應(yīng)用事件

2.2.1 雷達(dá)情報(bào)生成與發(fā)送事件

事件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表5所示。事件配置參數(shù)包括：雷達(dá)位置、探測(cè)半徑、探測(cè)精度、掃描周期TSP、扇區(qū)個(gè)數(shù)n和接入的通信節(jié)點(diǎn)等。事件處理依賴的系統(tǒng)狀態(tài)包括：目標(biāo)狀態(tài)、系統(tǒng)單元狀態(tài)和信息交互關(guān)系等。

表5 雷達(dá)情報(bào)生成與發(fā)送事件Tab.5 Radar intelligence generation and transition event

事件處理流程如圖4所示。

圖4 雷達(dá)情報(bào)生成與發(fā)送事件處理流程Fig.4 Flow chart of radar intelligence generation and sending event

其中,單個(gè)雷達(dá)的目標(biāo)探測(cè)概率[15]根據(jù)（2）式計(jì)算：

式中：Pf為虛警概率；Pd為探測(cè)概率；SNR為信噪比； K為常系數(shù)；d為目標(biāo)距離。生成新的雷達(dá)情報(bào)生成與發(fā)送事件的事件時(shí)間為

2.2.2 空情處理與發(fā)送事件

事件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表6所示。

事件配置參數(shù)包括情報(bào)發(fā)送周期、接入通信節(jié)點(diǎn)等。事件處理依賴的系統(tǒng)狀態(tài)包括系統(tǒng)單元狀態(tài)、信息交互關(guān)系和收件箱狀態(tài)等。事件處理流程如圖5所示。

表6 空情處理與發(fā)送事件Tab.6 Air information processing and sending event

圖5 空情處理與發(fā)送事件處理流程Fig.5 Flow chart of air information processing and sending event

2.2.3 防空作戰(zhàn)指揮決策與控制事件

事件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括事件時(shí)間、事件類型、指控節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)和事件處理模型等。事件配置參數(shù)包括指令發(fā)送周期、接入通信節(jié)點(diǎn)等。事件處理依賴的系統(tǒng)狀態(tài)包括系統(tǒng)單元狀態(tài)、信息交互關(guān)系和收件箱狀態(tài)等。事件處理流程如圖6所示,包括目標(biāo)威脅估計(jì)、打擊能力判斷和目標(biāo)分配方案生成等。其中,指控單元仿真模型利用0或1的狀態(tài)值表示是否正常,不正常表示失去決策與控制能力,調(diào)用結(jié)構(gòu)自適應(yīng)算法,確定新的指控關(guān)系,更新信息交互關(guān)系表,其中結(jié)構(gòu)自適應(yīng)算法不在此文范圍,不再贅述。

2.2.4 火力單元判斷與打擊事件

事件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括事件時(shí)間、事件類型、火力單元標(biāo)識(shí)、分配目標(biāo)標(biāo)識(shí)和事件處理模型等。事件處理流程如圖7所示。在判斷火力單元狀態(tài)正常的情況下,判斷收件箱有無(wú)本地信息。根據(jù)目標(biāo)信息和打擊規(guī)則判斷是否進(jìn)行目標(biāo)打擊。在滿足打擊條件情況下,估計(jì)目標(biāo)擊毀時(shí)間和目標(biāo)擊毀概率,生成目標(biāo)擊毀事件。遍歷目標(biāo)結(jié)束后,刪除收件箱中本地信息,生成下一個(gè)判斷與打擊事件。

圖6 防空作戰(zhàn)指揮決策與控制事件Fig.6 Air-defense decision and control event

圖7 火力單元判斷與打擊事件處理流程Fig.7 Processing flow of fire unit decision and fighting event

2.3 通信傳輸事件

2.3.1 通信節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)事件

雷達(dá)、情報(bào)處理單元和指揮決策單元在完成處理與決策后,將生成的情報(bào)或指令等通過(guò)接入的通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送到通信網(wǎng)絡(luò)上。因此,由圖2可見(jiàn),初始的通信節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)事件是在處理雷達(dá)情報(bào)生成與發(fā)送事件、空情處理與發(fā)送事件和防空作戰(zhàn)指揮決策與控制事件的過(guò)程中產(chǎn)生的。通信節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)事件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表7所示。

處理通信節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)事件依賴的通信網(wǎng)參數(shù)包括：通信節(jié)點(diǎn)位置、處理時(shí)延、緩存大小、傳輸鏈路帶寬、路由表等。相關(guān)的系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)為通信節(jié)點(diǎn)忙閑狀態(tài)。通信節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)事件處理流程如圖8所示。

表7 通信節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)事件Tab.7 Sending event of communication node

圖8 通信節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)事件處理流程Fig.8 Processing flow of sending event of communication node

其中,生成轉(zhuǎn)發(fā)事件1意味著由于通信節(jié)點(diǎn)狀態(tài)忙導(dǎo)致的本地等待轉(zhuǎn)發(fā)事件,事件時(shí)間tk+1等于事件列表中該通信節(jié)點(diǎn)變閑事件的時(shí)間（設(shè)置變閑事件比轉(zhuǎn)發(fā)事件優(yōu)先級(jí)高,以解決事件時(shí)間相同時(shí)的處理順序）,轉(zhuǎn)發(fā)事件1的其他數(shù)據(jù)項(xiàng)不變。通信節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)事件2意味著傳輸?shù)较乱惶ㄐ殴?jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)事件,該事件的數(shù)據(jù)項(xiàng)中事件時(shí)間取決于處理時(shí)延TPD、發(fā)送時(shí)延TTD和傳播時(shí)延TBD,其中發(fā)送時(shí)延由信息長(zhǎng)度LIL和傳輸帶寬STB決定,傳播時(shí)延由鏈路長(zhǎng)度DLL和傳播速度vBV決定,如（4）式所示。

通信節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)為下一跳節(jié)點(diǎn),其他數(shù)據(jù)項(xiàng)不變。

2.3.2 通信節(jié)點(diǎn)變閑事件

通信節(jié)點(diǎn)變閑事件是在處理通信節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)事件時(shí)產(chǎn)生,事件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：事件時(shí)間、事件類型、通信節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)和事件處理模型。處理該事件時(shí)只需查找通信節(jié)點(diǎn)狀態(tài)表,將相應(yīng)通信節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)置為閑。

2.3.3 傳輸結(jié)束事件

傳輸結(jié)束事件是在處理通信節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)事件時(shí)產(chǎn)生,意味著信息經(jīng)過(guò)若干轉(zhuǎn)發(fā)后出通信網(wǎng),傳輸結(jié)束。事件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括：事件時(shí)間、事件類型、信宿標(biāo)識(shí)、信息標(biāo)識(shí)和事件處理模型。處理該事件只需將相應(yīng)信息寫(xiě)入收件箱。

3 系統(tǒng)性能評(píng)估指標(biāo)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)直接影響著防空C4ISR系統(tǒng)的高效性和抗毀性。從結(jié)構(gòu)層面,防空系統(tǒng)發(fā)展包括：一是縮短了情報(bào)保障和指揮控制的層次,從樹(shù)型結(jié)構(gòu)向扁平化結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,有利于時(shí)效性的提高；二是增強(qiáng)了系統(tǒng)單元間協(xié)同,當(dāng)某單元失效情況下,可以通過(guò)協(xié)同和功能接替抑制態(tài)勢(shì)感知和指揮控制能力的波動(dòng)。為了分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣,建立的系統(tǒng)性能評(píng)估指標(biāo)包括：系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間、目標(biāo)探測(cè)概率、目標(biāo)覆蓋系數(shù)和目標(biāo)分配率。

系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間指從情報(bào)獲取單元發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到?jīng)Q策控制單元形成對(duì)該目標(biāo)的作戰(zhàn)計(jì)劃或作戰(zhàn)指令并下達(dá)給響應(yīng)執(zhí)行單元的時(shí)間間隔。

目標(biāo)探測(cè)概率是指空中入侵目標(biāo)被防空C4ISR系統(tǒng)所有傳感單元探測(cè)的聯(lián)合發(fā)現(xiàn)概率。假設(shè)共有M個(gè)入侵目標(biāo)、N個(gè)傳感探測(cè)單元,目標(biāo)平均探測(cè)概率可以表示為

式中：pij表示目標(biāo)i被傳感器j探測(cè)到的概率,與傳感器j威力范圍和目標(biāo)i距離等有關(guān)。對(duì)于雷達(dá),可以通過(guò)公式法或查表法等進(jìn)行計(jì)算。

目標(biāo)覆蓋系數(shù)是指入侵目標(biāo)被防空C4ISR系統(tǒng)所有探測(cè)單元威力范圍同時(shí)覆蓋的次數(shù)。目標(biāo)平均覆蓋系數(shù)可以表示為

式中：ri表示目標(biāo)i坐標(biāo)；rj表示傳感器j坐標(biāo)；Rj表示傳感器j威力半徑。

目標(biāo)分配率β是指被防空C4ISR系統(tǒng)分配給作戰(zhàn)平臺(tái)的藍(lán)方目標(biāo)個(gè)數(shù)M″占入侵目標(biāo)總數(shù)M的比例,M″在處理防空作戰(zhàn)指揮決策與控制事件過(guò)程中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿真實(shí)驗(yàn)案例

共開(kāi)展了兩組仿真實(shí)驗(yàn)：一是對(duì)特定結(jié)構(gòu)的防空C4ISR系統(tǒng)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)；二是對(duì)不同類型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與對(duì)比分析。通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證本文方法的可行性與有效性。

4.1 特定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿真實(shí)驗(yàn)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿真實(shí)驗(yàn)配置如圖9所示,其中粗的連線代表通信網(wǎng)絡(luò),細(xì)的有向連線代表應(yīng)用節(jié)點(diǎn)之間的信息交互關(guān)系,藍(lán)色連線代表應(yīng)用節(jié)點(diǎn)到通信節(jié)點(diǎn)的接入關(guān)系。系統(tǒng)單元包括5部雷達(dá)、4個(gè)雷達(dá)旅團(tuán)、2個(gè)情報(bào)處理中心、2個(gè)航空兵指揮所、2個(gè)地防指揮所、4個(gè)機(jī)場(chǎng)、4個(gè)地導(dǎo)火力單元。設(shè)置60批入侵目標(biāo),目標(biāo)運(yùn)動(dòng)航跡由遠(yuǎn)及近,速度為800 km/h,雷達(dá)探測(cè)半徑為250 km,掃描周期為10 s,情報(bào)處理單元情報(bào)發(fā)送周期為1 s,仿真時(shí)間設(shè)置為2 200 s.

圖9 仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基本配置界面Fig.9 Basic configuration interface of simulation system

在仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,系統(tǒng)的目標(biāo)探測(cè)質(zhì)量指標(biāo)隨仿真時(shí)間的變化如圖10所示。隨著仿真運(yùn)行,入侵目標(biāo)逼近防空系統(tǒng),目標(biāo)探測(cè)質(zhì)量逐漸提高,最終達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的取值。目標(biāo)平均探測(cè)概率從初始的0逐漸提高到大約等于1.目標(biāo)平均覆蓋系數(shù)從0逐漸提高到大約等于3.當(dāng)時(shí)間大于1 200 s,幾乎所有目標(biāo)均被發(fā)現(xiàn)。防空作戰(zhàn)任務(wù)對(duì)特定區(qū)域目標(biāo)有特定的探測(cè)質(zhì)量要求,基于此可以判斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能否滿足探測(cè)需求。假設(shè)要求越過(guò)警戒線的目標(biāo)探測(cè)概率不能低于90%,覆蓋系數(shù)不能低于3,那么在本實(shí)驗(yàn)中如圖10（b）所示,可以初步估計(jì)當(dāng)前的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)難以滿足任務(wù)對(duì)目標(biāo)探測(cè)能力的需求。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果與根據(jù)參數(shù)與想定設(shè)置的理論分析結(jié)果基本一致,說(shuō)明了本文離散事件仿真方法的可行性。

圖10 目標(biāo)探測(cè)質(zhì)量隨仿真時(shí)間變化情況Fig.10 Target detection quality as function of simulation time

4.2 不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

在系統(tǒng)單元組成相同的前提下,對(duì)兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。如圖11所示,兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)均包括2個(gè)綜合類指揮所、4個(gè)航空兵師指揮所、4個(gè)地防指揮所,2個(gè)情報(bào)融合中心、4個(gè)雷達(dá)旅團(tuán)和雷達(dá)站。與結(jié)構(gòu)1相比,結(jié)構(gòu)2增加了扁平化的情報(bào)保障和指揮控制關(guān)系,以及友鄰系統(tǒng)單元間的協(xié)同（功能接替）關(guān)系。

首先,在相同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)和目標(biāo)想定條件下對(duì)兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的時(shí)效性進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),柵格網(wǎng)通信帶寬設(shè)為1 M,在信息傳輸完整性同為100%的情況下,結(jié)構(gòu)1的情報(bào)保障時(shí)效性和系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別為2.23 s和6.43 s,結(jié)構(gòu)2的情報(bào)保障時(shí)效性和系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別為1.26 s和4.98 s.通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn),扁平化的信息關(guān)系結(jié)構(gòu)能夠有效提高系統(tǒng)情報(bào)保障和指揮控制的時(shí)效性。

其次,在相同的系統(tǒng)單元?dú)录l件下對(duì)兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),毀傷事件為：在仿真時(shí)刻00h：18m：20s,2個(gè)旅團(tuán)級(jí)情報(bào)處理單元失效；在00h：33m：20s,2個(gè)航空兵師指揮所失效。在上述想定事件條件下,兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖12所示。由圖12可見(jiàn),與結(jié)構(gòu)1相比,結(jié)構(gòu)2協(xié)調(diào)關(guān)系結(jié)構(gòu)能夠有效抑制單元?dú)麕Ыo系統(tǒng)的能力波動(dòng)。

圖11 單元組成相同條件下的兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.11 Different structures with the same units

圖12 相同想定條件下兩種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性能對(duì)比Fig.12 Performance comparison between two structures in the same scenario

需要說(shuō)明的是,文中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取決于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景,重在驗(yàn)證本文仿真實(shí)驗(yàn)方法用在防空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)評(píng)估的可行性和有效性。

5 結(jié)論

在將防空C4ISR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為底層通信網(wǎng)絡(luò)和上層信息關(guān)系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,本文采用離散事件仿真方法,提出實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿真評(píng)估的基礎(chǔ)離散事件類型,并給出不同事件的處理流程和數(shù)據(jù)依賴。建立了防空系統(tǒng)度量指標(biāo)及評(píng)估模型。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn),本文方法有效支持了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的仿真實(shí)驗(yàn)和性能評(píng)估,并為進(jìn)一步對(duì)比分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了支撐。

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Evaluation of Air-defense C4ISR System Structure Based on Discrete-event Simulation

DENG Ke-bo,CHENG Wen-di,LEI Ming,RAO Jia-ren
（The 28th Research Institute,China Electronics Technology Group Corporation,Nanjing 210007,Jiangsu,China）

An approach to evaluate the air-defense C4ISR system in the consideration of relationship between communication network and information is proposed based on the discrete-event simulation.Various kinds of discrete events in the air-defense C4ISR are defined,and the event processing flows,logic relations and common basic data are presented.The evaluation indexes and their computation models are constructed for the air-defense C4ISR system,and some experiments are implemented to prove the effectiveness of the proposed method,in which the target detection probabilities and assignment rates of C4ISR systems with tree and network structures are compared in the same scenario.

system assessment and feasibility analysis；discrete-event simulation；air-defense system； C4ISR structure；system evaluation

E917

A

1000-1093（2014）10-1721-08

10.3969/j.issn.1000-1093.2014.10.029

2013-08-19

總裝備部“十二五”預(yù)先研究項(xiàng)目（50306010401）

鄧克波（1980—）,男,高級(jí)工程師,博士研究生。E-mail：dkb612@163.com；程文迪（1986—）,女,工程師。E-mail：97498126@qq.com