石教華

（中國電子科學(xué)研究院，北京100041）

分布式多平臺態(tài)勢一致性的實現(xiàn)機制*

石教華

（中國電子科學(xué)研究院，北京100041）

聯(lián)合作戰(zhàn)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭的主要作戰(zhàn)形式，參與聯(lián)合作戰(zhàn)的平臺之間需要進(jìn)行情報共享，形成協(xié)同一致的戰(zhàn)場態(tài)勢圖。重點研究了Link16在分布式多平臺之間實現(xiàn)態(tài)勢一致性的機制，分析了其總體思路、采用的處理流程和方法、使用的消息種類、存在的問題和不足，并結(jié)合我軍實際，提出了分布式多平臺態(tài)勢一致性的系統(tǒng)架構(gòu)和實現(xiàn)方法。

態(tài)勢一致性，航跡融合，分布式多平臺，戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭的形式已經(jīng)從傳統(tǒng)的平臺中心戰(zhàn)轉(zhuǎn)為網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)，信息化條件下的聯(lián)合作戰(zhàn)成為作戰(zhàn)的主要形式，其基本特征是采用分布互聯(lián)、多維一體的戰(zhàn)場信息網(wǎng)絡(luò)將戰(zhàn)場態(tài)勢感知系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)與武器平臺融合為一體，形成立體化的聯(lián)合作戰(zhàn)體系。戰(zhàn)爭的勝負(fù)不再依賴于特定武器裝備的先進(jìn)程度，而取決于整個作戰(zhàn)體系的對抗結(jié)果，戰(zhàn)場態(tài)勢感知、共享與信息對抗能力成為克敵制勝的關(guān)鍵因素［1］。

戰(zhàn)場態(tài)勢是作戰(zhàn)決策的依據(jù)，各作戰(zhàn)平臺獲得戰(zhàn)場目標(biāo)的公共的、連續(xù)的、清晰的航跡信息是聯(lián)合作戰(zhàn)的關(guān)鍵。美軍集成架構(gòu)行為模型（IABM）［6］中對態(tài)勢一致性的內(nèi)涵作出了明確的定義：

①每一個被探測到的目標(biāo)具有唯一的航跡號和相關(guān)的屬性信息（位置、速度、敵我等信息）；

②每一條航跡在存續(xù)期內(nèi)屬性信息始終保持一致；

③每一個作戰(zhàn)平臺得到同一條航跡的信息是相同的。

實現(xiàn)態(tài)勢一致性的基本方法有兩種，一種是集中式情報處理，另一種是分布式情報處理［2］。集中式情報處理是將所有戰(zhàn)場態(tài)勢信息匯集到處理中心，進(jìn)行統(tǒng)一處理，然后再發(fā)布給其他作戰(zhàn)平臺。其優(yōu)點是協(xié)議簡單，沒有復(fù)雜的處理規(guī)則，能夠保證態(tài)勢的一致性；缺點是容錯性和抗毀性較弱。分布式情報處理是各作戰(zhàn)平臺獨自處理本平臺的戰(zhàn)場態(tài)勢信息，按照一定的規(guī)則和協(xié)議進(jìn)行態(tài)勢共享和分發(fā)。其優(yōu)點是沒有中心節(jié)點，抗毀性較強；缺點是處理協(xié)議較為復(fù)雜，對系統(tǒng)的集成要求較高。

Link16是美軍聯(lián)合作戰(zhàn)使用的主流戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，與Link 4A、Link 11、Link 11B一樣，Link16的基本用途也是在作戰(zhàn)平臺之間交換實時戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)［3］。Link16采用分布式情報處理模式來實現(xiàn)作戰(zhàn)平臺之間的態(tài)勢一致性。MIL-STD-6016［4］消息標(biāo)準(zhǔn)和CJCSM 6120多鏈操作規(guī)程（JMTOP）［5］詳細(xì)規(guī)定了作戰(zhàn)平臺發(fā)送消息和接收消息的處理要求，但是對態(tài)勢一致性的實現(xiàn)機制沒有進(jìn)行明確闡述。不搞清楚Link16態(tài)勢一致性的實現(xiàn)機制，就不能正確合理地運用MIL-STD-6016消息標(biāo)準(zhǔn)，也就不能夠保證作戰(zhàn)平臺之間態(tài)勢的一致性。本文重點研究Link16在分布式多平臺之間實現(xiàn)態(tài)勢一致性的機制，分析其總體思路、采用的處理流程和方法、使用的消息種類、存在的問題和不足，并結(jié)合我軍實際，提出了分布式多平臺態(tài)勢一致性的系統(tǒng)架構(gòu)和實現(xiàn)方法。

1 Link16態(tài)勢共享機制

1.1總體思路

Link16數(shù)據(jù)鏈與態(tài)勢共享有關(guān)的消息主要包括：

①監(jiān)視類消息J3.X；

②PPLI消息J2.X；

③航跡管理消息J7.0；

④相關(guān)/解相關(guān)消息J7.2；

⑤數(shù)據(jù)更新請求消息J7.1。

圖1 Link16數(shù)據(jù)鏈態(tài)勢共享機制

Link16數(shù)據(jù)鏈態(tài)勢共享的總體思路如圖1所示，通過推送（Push）方式將本平臺發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)航跡發(fā)送出去；通過拉（Pull）的方式從其他平臺請求目標(biāo)航跡信息；通過航跡管理消息消除平臺之間態(tài)勢信息的不一致。

公共航跡（Common Track）是指本地航跡與遠(yuǎn)端航跡相關(guān)進(jìn)行合并處理后形成的綜合航跡。公共航跡是兩個或兩個以上的平臺同時探測到的目標(biāo)。對于公共航跡，為了避免重復(fù)報告，采用報告權(quán)限控制的方法確保同一個目標(biāo)只有一個平臺具有航跡報告權(quán)限。

1.2航跡報告流程

每個平臺的航跡庫中，包含3類航跡信息：本地航跡、遠(yuǎn)端航跡和公共航跡。本地航跡是本平臺發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)航跡，遠(yuǎn)端航跡是其他平臺探測到的目標(biāo)航跡，公共航跡是本平臺和其他平臺共同探測到的目標(biāo)航跡。

對于本地航跡，只要它與遠(yuǎn)端航跡不相關(guān)，則認(rèn)為只有本平臺探測到該目標(biāo)，本平臺具有報告職責(zé)，向其他平臺推送（Push）航跡報告。

對于遠(yuǎn)端航跡，如果與本地航跡不相關(guān)，則認(rèn)為是其他平臺探測到的目標(biāo)，本平臺將其補充到本地航跡庫，本平臺不具有遠(yuǎn)端航跡的報告職責(zé)。

公共航跡是本地航跡與遠(yuǎn)端航跡融合后生成的航跡，是本平臺和其他平臺共同探測到的目標(biāo)，需要根據(jù)報告職責(zé)來確定是否推送航跡報告。

航跡報告流程如圖2所示。

圖2 航跡報告流程

1.3報告權(quán)限控制

在進(jìn)行態(tài)勢共享過程中，有些作戰(zhàn)平臺只接收態(tài)勢信息，有些作戰(zhàn)平臺不僅從其他平臺接收態(tài)勢信息，同時需要發(fā)送本平臺感知的態(tài)勢信息。對于只接收態(tài)勢信息平臺，只需要將接收到的態(tài)勢信息融合到本地態(tài)勢信息中。對于既能接收又能發(fā)送態(tài)勢信息的平臺來說，就需要對態(tài)勢信息進(jìn)行選擇和過濾，只發(fā)送那些對整體態(tài)勢有貢獻(xiàn)的信息。因為，如果每個平臺都將所有態(tài)勢信息發(fā)送到數(shù)據(jù)鏈上，勢必造成信息的大量冗余和鏈路的堵塞。

MIL-STD-6016規(guī)定了以下航跡報告的基本原則：

①確保只有一個平臺報告一條航跡，而其他的平臺可以跟蹤該航跡，但不報告。

②確保只有一個具有報告職責(zé)的平臺，且具有報告職責(zé)的平臺具有該航跡最好的位置信息。

只有擁有報告職責(zé)的平臺才能報告航跡信息，如何確定哪個平臺具有報告職責(zé)呢？MIL-STD-6016通過航跡質(zhì)量（TQ）這個指標(biāo)來進(jìn)行報告職責(zé)鑒定。關(guān)于航跡質(zhì)量的計算請參考MIL-STD-6016，這里不作詳細(xì)介紹。

報告職責(zé)的確定遵循以下規(guī)則：

①如果目標(biāo)只被一個平臺探測到，則生成該目標(biāo)航跡的平臺具有報告目標(biāo)航跡的職責(zé)。

②如果目標(biāo)被多個平臺探測到，則比較每個平臺生成的目標(biāo)航跡質(zhì)量，由航跡質(zhì)量最高的平臺報告目標(biāo)航跡。

③如果多個平臺探測到同一個目標(biāo)，且每個平臺生成的目標(biāo)航跡質(zhì)量相同，則根據(jù)平臺的源航跡號（STN）確定報告職責(zé)，由源航跡號最大的平臺報告目標(biāo)航跡。

④當(dāng)原報告平臺處于無線電靜默、非活動狀態(tài)或者其戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（TDS）處于失效狀態(tài)時，由其他平臺承接其報告職責(zé)。

1.4信息管理

盡管MIL-STD-6016詳細(xì)規(guī)定了航跡的發(fā)送和接收處理，各平臺在態(tài)勢信息處理過程中，還是會產(chǎn)生信息不一致的現(xiàn)象，為了消除態(tài)勢信息不一致的現(xiàn)象，MIL-STD-6016專門設(shè)計了一系列消息用于平臺之間的信息管理，用于消除航跡多名和重名、數(shù)據(jù)不一致、狀態(tài)不一致等現(xiàn)象，以及用于通告航跡終止等信息。

1.4.1多名和重名處理

在態(tài)勢共享過程中，可能會出現(xiàn)一個目標(biāo)對應(yīng)多個航跡號（航跡多名），或者多個目標(biāo)使用同一個航跡號（航跡重名）的現(xiàn)象。MIL-STD-6016使用J7. 2相關(guān)/解相關(guān)消息來消除航跡的多名和重名的問題，通告哪兩條航跡是相關(guān)或者不相關(guān)的，應(yīng)該保留哪個航跡號，丟棄哪個航跡號。

1.4.2數(shù)據(jù)差異處理

如果本平臺發(fā)現(xiàn)本地航跡與遠(yuǎn)端航跡信息不一致（如，目標(biāo)屬性、環(huán)境類別、兵力、敵我、演習(xí)標(biāo)識等），可通過J7.0航跡管理消息的數(shù)據(jù)差異處理功能來解決，以確保網(wǎng)內(nèi)所有成員交換航跡信息的正確一致。

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)不斷地將本地航跡數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)端航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致，系統(tǒng)通過發(fā)送J7.0航跡管理消息來消除數(shù)據(jù)差異。

1.4.3狀態(tài)變更

在態(tài)勢共享過程中，目標(biāo)航跡的演習(xí)狀態(tài)、強制告知狀態(tài)、緊急狀態(tài)是非常重要的信息，不允許被過濾或隨便修改。如果發(fā)現(xiàn)這些狀態(tài)信息不一致，則需發(fā)送J7.0航跡管理消息，使用其中的狀態(tài)變更功能進(jìn)行處理。

1.4.4航跡終止

當(dāng)作戰(zhàn)平臺確定某個監(jiān)視目標(biāo)已消失，需要先將該目標(biāo)從本地航跡數(shù)據(jù)庫和顯示系統(tǒng)中清除，同時應(yīng)通告其他作戰(zhàn)平臺，該目標(biāo)航跡已經(jīng)消失或者該目標(biāo)已經(jīng)不存在。通過發(fā)送J7.0航跡管理消息，使用其中的航跡終止功能進(jìn)行處理。

2 Link16態(tài)勢共享存在的問題

MIL-STD-6016雖然規(guī)定了態(tài)勢共享的規(guī)則和態(tài)勢不一致現(xiàn)象的消除手段，在系統(tǒng)實現(xiàn)過程中，還是會產(chǎn)生一些異?，F(xiàn)象，主要存在以下幾個方面的問題。

2.1時間戳

主系統(tǒng)（Host）只有在發(fā)送非實時航跡（TQ=0）時，才會附上時間戳，用小時、分、秒等數(shù)據(jù)項表示，精度等級為10 ms；在發(fā)送實時航跡（TQ＞0）時，主系統(tǒng)（Host）需將航跡的位置信息外推至發(fā)送時刻，由端機跟蹤位置信息的發(fā)送時刻和接收時刻，消息本身并不記錄位置信息的時間戳。在存在時間誤差和收發(fā)延遲的情況下，會導(dǎo)致時間戳誤差較大，嚴(yán)重時會導(dǎo)致時間戳丟失的現(xiàn)象。缺乏正確時間戳的位置信息是沒有任何意義的，必然會導(dǎo)致數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)不上，態(tài)勢發(fā)生紊亂。

2.2航跡質(zhì)量計算

MIL-STD-6016雖然規(guī)定了航跡質(zhì)量（TQ）的計算方法，但是影響TQ的因素很多，主要包括：

①平臺的地理位置精度和航向精度；

②傳感器探測到的目標(biāo)位置精度；

③數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生的不確定性；

④時延。

顯然，航跡質(zhì)量（TQ）的值具有平臺有關(guān)性，不同平臺計算出來的TQ值并不能代表相同的位置精度水平，必然會導(dǎo)致報告職責(zé)不清晰，網(wǎng)絡(luò)流量顯著增大。

2.3 航跡號管理

MIL-STD-6016在航跡號管理方面規(guī)定不夠具體，表現(xiàn)在：

①本地航跡與遠(yuǎn)端航跡合并后，該保留哪個航跡號？

②發(fā)現(xiàn)多名現(xiàn)象，相關(guān)后該保留哪個航跡號，丟棄哪個航跡號？

③發(fā)現(xiàn)重名現(xiàn)象，如何給每個目標(biāo)分配航跡號？

消息標(biāo)準(zhǔn)對航跡號的管理規(guī)定得不明確，在系統(tǒng)實現(xiàn)時，需要制定統(tǒng)一的航跡號管理規(guī)則。

3 改進(jìn)后的態(tài)勢共享機制

由上節(jié)可知，Link16數(shù)據(jù)鏈的態(tài)勢共享機制存在天生的缺陷，為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)流量，實時航跡消息中不包含時間戳；由于航跡質(zhì)量（TQ）具有平臺有關(guān)性，通過航跡質(zhì)量來確定報告職責(zé)的判決不具有客觀統(tǒng)一性；航跡號的管理規(guī)定也不夠具體，實現(xiàn)起來比較困難。

針對上述問題，提出一種通過情報協(xié)調(diào)員統(tǒng)一確定報告職責(zé)的分布式多平臺態(tài)勢共享架構(gòu)，如圖3所示。

圖3 改進(jìn)后的態(tài)勢共享架構(gòu)

改進(jìn)措施如下：

（1）設(shè)置情報協(xié)調(diào)員統(tǒng)一規(guī)劃各平臺的報告職責(zé)。

情報協(xié)調(diào)員根據(jù)戰(zhàn)場情況和各平臺的監(jiān)視能力，統(tǒng)一配置各平臺的報告職責(zé)，每個平臺只發(fā)送本平臺報告責(zé)任區(qū)內(nèi)的目標(biāo)航跡，并接收其他報告責(zé)任區(qū)內(nèi)的目標(biāo)航跡，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理形成統(tǒng)一的態(tài)勢信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)本地航跡信息與遠(yuǎn)端航跡信息不一致的時候，則發(fā)送J7.x信息管理消息進(jìn)行協(xié)調(diào)處理。

（2）在航跡消息中加上時間戳。

各平臺對外發(fā)送航跡消息的時候，應(yīng)附上航跡位置信息的探測時刻，不再進(jìn)行位置信息的外推處理，這樣每個平臺都能獲得目標(biāo)的原始探測信息，避免由于外推處理引入的處理誤差和由于傳輸時延導(dǎo)致的時間信息失真。

（3）制定航跡號管理規(guī)則。

對于一個目標(biāo)對應(yīng)多個航跡號的現(xiàn)象，航跡號的保留和丟棄應(yīng)符合以下規(guī)則：

①如果航跡對應(yīng)的目標(biāo)處于交戰(zhàn)狀態(tài)，保留其航跡號。

②如果僅有一條航跡具有IFF碼，保留具有IFF碼的航跡號；（如果有兩條航跡具有相同的IFF碼，則應(yīng)用第3條規(guī)則。）

③保留持續(xù)時間最長的航跡號；如果時間長度相同，則取平臺標(biāo)識號（STN）最大的航跡號。

Link16數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)?0世紀(jì)70年代開始研發(fā)的數(shù)據(jù)鏈，受制于通信帶寬的限制，為了在有限的比特位中傳輸更多的信息，J系列消息中同一段比特位被用于傳輸多種信息，通過復(fù)用指示符來判斷其實際用途。現(xiàn)代通訊技術(shù)發(fā)展非常迅速，通信帶寬已經(jīng)提高了幾個數(shù)量級。在制定消息標(biāo)準(zhǔn)的時候，為了簡化處理，建議去掉J系列消息中的數(shù)據(jù)項復(fù)用指示符（同一段比特位被賦予不同的含義，通過復(fù)用指示符來區(qū)分）；實時航跡和非實時航跡都應(yīng)該附上確切的時間信息，以保證態(tài)勢信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。通過設(shè)置專門的情報協(xié)調(diào)員來協(xié)調(diào)各平臺的報告職責(zé)，不僅能更迅速、清晰地確定報告職責(zé)，而且能簡化系統(tǒng)集成的要求，提高系統(tǒng)的可靠性水平。

4 結(jié)論

聯(lián)合作戰(zhàn)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭的主要作戰(zhàn)形式，參與聯(lián)合作戰(zhàn)的平臺之間需要進(jìn)行情報共享，形成協(xié)同一致戰(zhàn)場態(tài)勢圖。Link16數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)堑湫偷姆植际蕉嗥脚_態(tài)勢共享戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，它采用報告職責(zé)和信息管理機制來實現(xiàn)態(tài)勢的一致性，處理協(xié)議非常復(fù)雜，在態(tài)勢不一致的情況下采用信息管理類消息來進(jìn)行糾正，系統(tǒng)集成較為困難。通過分析Link16態(tài)勢共享機制存在的問題和缺陷，結(jié)合我軍應(yīng)用實際，對消息標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適應(yīng)性修改，補充航跡信息的時間戳，增加情報協(xié)調(diào)員，完善航跡號的保留和丟棄規(guī)則，將顯著提高分布式多平臺態(tài)勢的一致性，同時增強情報可靠性和穩(wěn)定性。

［1］劉熹，張寒，劉海燕，等.戰(zhàn)場態(tài)勢一致性技術(shù)專題講座（1）［J］.軍事通信技術(shù)，2012，33（4）：82-90.

［2］趙宗貴.信息融合技術(shù)現(xiàn)狀、概念與結(jié)構(gòu)模型［J］.中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，2006，1（4）：305-312.

［3］Northrop Grumman Corporation.Understanding link16：a guidebook for united states navy and united states marines corps operators［M］.Newyork：Northrop Grumman Corporation，2004.

［4］MIL-STD-6016D.Tactical Data Link（TDL）16 message standard［S］.Department of Defense Interface Standard，2008.

［5］CJCSM 6120.01C.Joint multi-tactical digital information link operation procedures（JMTOP）［S］.Department of Defense Interface Standard，2002.

［6］BONNIE W Y.A C2 system for future aerospace warfare［C］//Command and Control Research and Technology Symposium，2004.

Maintaining Situation Consistancy Among Distributed Platform

SHI Jiao-hua
（China Academy of Electronics and Information Technology，Beijing 100041，China）

Joint operation is the main form of modern war.Distributed joint warfighting platforms need to share information to make a common picture of detected objects in the surveillance area.The mechanism of link 16 for maintaining situation consistaney among distributed platform is studied.This paper discusses the overall design，the track report process，the messages supporting surveillance，and the major shortcomings of link 16.A modified information architecture that promotes information sharing among distributed units and processing resident at each unit to enable shared knowledge are introduced.

situation consistancy，track fusion，distributed platform，tactical data link

TP953；TN957

A

1002-0640（2016）11-0144-04

2015-10-15

2015-11-16

軍隊預(yù)研基金資助項目（102060302）

石教華（1976-），男，湖北陽新人，高級工程師。研究方向：多傳感器數(shù)據(jù)融合。