陳 淼,孫 強,王東科

(中國電子科技集團公司第二十八研究所,江蘇 南京 210007)

平行系統(tǒng)在反導指揮控制中的應用*

陳 淼,孫 強,王東科

(中國電子科技集團公司第二十八研究所,江蘇 南京 210007)

為提高反導指揮決策效率,構(gòu)建反導指控平行系統(tǒng),實現(xiàn)作戰(zhàn)方案在線推演與評估。根據(jù)作戰(zhàn)方案在線評估功能需求,將平等系統(tǒng)思想方法運用到反導指揮控制過程中,并結(jié)合反導作戰(zhàn)指揮控制需求,構(gòu)建了平行系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。然后分析反導指控體系平行系統(tǒng)運行原理、功能,作戰(zhàn)方案推演過程中的信息交互關系,并詳細分析了平行系統(tǒng)能力需求及關鍵技術。

平行系統(tǒng);指控;反導;信息交互;建模

反導又叫彈道導彈防御或彈道導彈攔截,是典型的大跨度、高動態(tài)、快節(jié)奏、強對抗的體系作戰(zhàn)。任何單一傳感器和武器能力有限,需要將部署于空天地海戰(zhàn)場的各類預警探測/空間監(jiān)視、指揮控制和攔截武器等有限資源有機連為一體,形成作戰(zhàn)體系以發(fā)揮裝備能力,實現(xiàn)反導作戰(zhàn)體系整體效能最大化[1]。

截至目前,全球現(xiàn)役的各型彈道導彈已有40余種,達數(shù)萬枚之多,我國周邊已成為戰(zhàn)術彈道導彈擴散較為嚴重的地區(qū),已有數(shù)個國家和地區(qū)尋求各種渠道謀求和發(fā)展彈道導彈,對我國國家安全構(gòu)成了潛在的巨大的威脅,也對我反導體系形成了巨大的挑戰(zhàn)[2-3]。

美國在戰(zhàn)略反導方面處在全球領先地位,至今已研制并部署基于不同平臺的導彈防御系統(tǒng),其彈道導彈防御系統(tǒng)(Ballistic Missile Defense system,BMDS)包括反導武器系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、指揮控制作戰(zhàn)管理和通信系統(tǒng)。其中,反導武器系統(tǒng)包括多段多層攔截武器系統(tǒng),如地基中段反導系統(tǒng)、區(qū)域高層反導武器系統(tǒng)(薩德)、?；嫠苟芟到y(tǒng)等。傳感器系統(tǒng)由安裝在陸、海、空、天各種平臺的雷達、紅外、光學傳感器組成,如空間跟蹤與監(jiān)視系統(tǒng)、國防支援計劃衛(wèi)星、天基紅外系統(tǒng)、改進預警雷達和X波段雷達等。美國至今已成功進行數(shù)次導彈攔截試驗,對世界其他國家反導體系建設具有重要的借鑒與指導價值[4-5]。

俄羅斯戰(zhàn)略反導系統(tǒng)——莫斯科反導系統(tǒng)是俄羅斯唯一的戰(zhàn)略反導系統(tǒng),也是世界上第一個可實戰(zhàn)應用的反導系統(tǒng),由預警系統(tǒng)、指控通信系統(tǒng)、武器系統(tǒng)組成,可在大氣層內(nèi)外兩層攔截,形成了較強的戰(zhàn)略反導作戰(zhàn)體系。

綜上所述,反導作戰(zhàn)因攔截目標質(zhì)量大、速度快、射程遠、破壞力強等特點,需要由預警探測系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)、攔截武器系統(tǒng)相互配合,共同完成,而并不僅依靠攔截武器[6]。因此,實現(xiàn)彈道導彈防御,既要具備相應功能的探測、攔截裝備，還要具備完善的指揮控制系統(tǒng),二者缺一不可。一般來講,作戰(zhàn)指揮過程主要包括情報處理、戰(zhàn)場態(tài)勢分析、作戰(zhàn)方案制定、武器控制等幾個階段,核心部分為作戰(zhàn)方案制定環(huán)節(jié)。作戰(zhàn)方案對作戰(zhàn)效能甚至作戰(zhàn)成敗起到關鍵作用,但作戰(zhàn)方案的制定過于依賴指揮員的經(jīng)驗和指揮能力,盡管可以運用輔助決策技術,但仍在很大程度上依賴人為因素,增加了戰(zhàn)爭的不可預見性和未知性,也增加了指揮人員和作戰(zhàn)人員的心理壓力。在這種情形下,若能在作戰(zhàn)方案生成后、實施前對其進行推演評估,得出評估方案效能指標,可極大減輕指揮人員心理壓力,這也是最近一段時間成為研究熱點的在線評估思想,即在作戰(zhàn)指揮環(huán)節(jié)構(gòu)建平行執(zhí)行的人工系統(tǒng),以實時戰(zhàn)場態(tài)勢和作戰(zhàn)方案為輸入數(shù)據(jù),按照上級指示的作戰(zhàn)要求和準則,如最大殺傷率、最小突防概率、保衛(wèi)目標安全性等,完成對彈道目標彈道外推預測及作戰(zhàn)方案評估,達到輔助決策的目的。平行系統(tǒng)包含兩個因素:戰(zhàn)場實體建模和推演算法(交戰(zhàn)規(guī)則),是基于仿真技術實現(xiàn)的一種人工系統(tǒng)。

目前,通過查閱文獻,還未見對作戰(zhàn)方案進行實施前評估的研究,本文對平行系統(tǒng)在反導作戰(zhàn)指揮環(huán)節(jié)的應用進行論證性研究。本文論證的作戰(zhàn)方案平行推演評估與對部署方案的評估研究不同,部署方案評估屬于戰(zhàn)前評估,依據(jù)敵情和我情兩方面因素,其中敵情因素是通過分析設定的假定情況,包括敵目標可能來襲方向、攻擊意圖、目標屬性、數(shù)量、襲擊平均密度等;我情因素包括我方保衛(wèi)目標信息、反導武器信息、可供部署的陣地信息等。依據(jù)這兩方面因素,根據(jù)要求的作戰(zhàn)準則(殺傷率、突防率等)生成部署方案,再對該方案進行推演,計算效能指標,優(yōu)選出部署方案供作戰(zhàn)指揮使用。而本文提出的對作戰(zhàn)方案的推演是在方案生成后依據(jù)當前態(tài)勢,計算得出效能指標,對時效性要求較高。

中科院王飛躍教授科研團隊致力于平行系統(tǒng)研究,并在國內(nèi)較早提出平行系統(tǒng)思想,即人工社會(Artificial Societies)、計算實現(xiàn)(Computational Experiments)、平行執(zhí)行(Parallel Execution)的ACP方法,為復雜系統(tǒng)的研究提供了新的思路[7],并在該領域進行了持續(xù)深入的研究[8]。之后,陸續(xù)有學者將平行系統(tǒng)理念引入軍事領域,進行了一些應用研究[9-10]。其中,文獻[10]研究了C4ISR系統(tǒng)決策支持問題,對平行系統(tǒng)的功能需求、體系結(jié)構(gòu)及關鍵技術等進行了詳細的研究,運用框架思想詳細探討了平行系統(tǒng)方法在C4ISR系統(tǒng)決策支持領域的應用。本文積極借鑒吸收相關文獻中的思想方法,研究平行系統(tǒng)方法在反導指揮信息系統(tǒng)決策支持領域的應用。

1 反導指控體系平行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特征

在反導指揮環(huán)節(jié)構(gòu)建平行系統(tǒng),目的在于預測目標彈道,評估作戰(zhàn)方案,提供建議方案,為指揮員提供輔助決策支持。

1.1 反導體系結(jié)構(gòu)

從功能架構(gòu)的角度來講,一個體系需具備一定的功能,方能完成特定的作戰(zhàn)任務。從功能角度,可將反導體系分為不同的功能系統(tǒng),各功能系統(tǒng)之間通過信息交互實現(xiàn)體系的整體反導作戰(zhàn)效能。反導作戰(zhàn)體系主要由情報探測系統(tǒng)、作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)和武器系統(tǒng)構(gòu)成。其中,情報探測系統(tǒng)由具備情報探測功能的傳感器裝備組成,負責戰(zhàn)場情報的偵測、收集、處理以及統(tǒng)一態(tài)勢的生成;武器系統(tǒng)由火控系統(tǒng)及各類反導地空武器系統(tǒng)組成,負責跟蹤鎖定目標、引導防御武器攔截目標等任務;作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)是根據(jù)裝備性能、作戰(zhàn)任務人工設計的軟件網(wǎng)絡系統(tǒng),統(tǒng)一調(diào)度戰(zhàn)場各裝備。

1.2 反導指控平行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

面向反導指揮決策支持的平行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)即通過構(gòu)建與反導指揮信息系統(tǒng)平行運行的指揮決策推演系統(tǒng),與反導指揮信息系統(tǒng)進行信息交互,從實際指揮信息系統(tǒng)獲取作戰(zhàn)方案及戰(zhàn)場態(tài)勢信息,建立戰(zhàn)場實體仿真模型,進行目標彈道預測和方案推演,計算效能評估指標,為指揮員提供輔助決策支持,及時調(diào)整作戰(zhàn)方案,提高作戰(zhàn)效能。參考文獻[10],可以給出反導指揮信息系統(tǒng)平行系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 反導指控系統(tǒng)平行系統(tǒng)示意圖

構(gòu)建作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng),對作戰(zhàn)指揮提供決策支持,主要通過以下步驟實現(xiàn):

1)從情報保障系統(tǒng)獲取戰(zhàn)場實時態(tài)勢信息,從作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)接收作戰(zhàn)方案;

2)對戰(zhàn)場態(tài)勢進行外推計算,預測目標彈道;

3)根據(jù)預測彈道,結(jié)合戰(zhàn)場實體模型,對作戰(zhàn)方案進行推演,評估計算作戰(zhàn)方案效能，并生成作戰(zhàn)建議方案,供指揮人員參考。

反導作戰(zhàn)對象是敵方各類彈道目標。一般而言,對彈道導彈威脅較大的是各類高性能遠距離探測雷達,甚至可在其發(fā)射助推段就可探測獲取其彈道參數(shù),從而可較為精確地預測其彈道及落點,有針對性地制定作戰(zhàn)方案。而且,彈道導彈飛行軌跡相對固定,作戰(zhàn)任務在發(fā)射前就裝訂好,對防御方而言,戰(zhàn)場態(tài)勢預測的不確定性就大大減小。但是,彈道導彈飛行速度快,突防能力強,對反導作戰(zhàn)指揮來講,預警時間就比較短,時效性非常重要。

1.3 平行系統(tǒng)功能

綜上所述,作戰(zhàn)方案推演系統(tǒng)功能主要包括以下幾方面:

1)態(tài)勢信息接收與處理:構(gòu)建作戰(zhàn)方案平行系統(tǒng),是為了預測目標彈道、評估作戰(zhàn)方案,生成作戰(zhàn)建議方案,需從反導指揮信息系統(tǒng)獲取實時戰(zhàn)場態(tài)勢信息,即彈道目標屬性及運動參數(shù)等情報信息,并能夠及時計算預測彈道。

2)戰(zhàn)場實體模型構(gòu)建與修正:戰(zhàn)場實體模型構(gòu)建包括我方武器系統(tǒng)模型和敵方彈道導彈模型。我方武器系統(tǒng)模型主要包括武器型號、部署位置、作戰(zhàn)范圍、攔截能力、武器彈藥儲備等信息。敵方彈道導彈模型主要包括導彈型號、實時運動參數(shù)、誘餌彈、真實彈頭等信息。戰(zhàn)場實體模型是態(tài)勢預測及方案推演評估的基礎和必要條件,而戰(zhàn)場實體在作戰(zhàn)過程中又在不斷發(fā)生變化,如武器系統(tǒng)的彈藥消耗、作戰(zhàn)損毀,敵目標釋放誘餌、彈頭彈艙分離等,所以,需要平行仿真系統(tǒng)需要持續(xù)獲取最新態(tài)勢信息,及時修正模型。

3)實時運行及交互能力:構(gòu)建平等系統(tǒng),是為了給反導指揮提供輔助決策支持,而反導作戰(zhàn)具有極強的時效性,需要推演系統(tǒng)能夠及時對作戰(zhàn)方案推演評估及生成作戰(zhàn)建議方案,能夠計算目標預測彈道,并及時將計算結(jié)果反饋給反導指揮系統(tǒng)。

平行仿真系統(tǒng)功能組成及各功能模塊之間的信息交互如圖2所示。主要功能包括信息處理、實體建模、彈道預測及方案推演四個部分。

圖2 平行系統(tǒng)功能組成及信息交互關系

2 關鍵技術分析

利用平行系統(tǒng)進行推演不同于傳統(tǒng)意義上的推演,傳統(tǒng)意義上的推演多指在實際裝備上進行的計算機模擬試驗,通過試驗采集實際裝備特征數(shù)據(jù),構(gòu)建離線模型,進行離線運行,以驗證方案的可行性。而利用平行系統(tǒng)推演是作戰(zhàn)方案在線推演及目標彈道在線預測計算,通過在線獲取戰(zhàn)場實體參數(shù)來修正模型,使得推演模型能夠?qū)崟r跟蹤實際的戰(zhàn)場實體模型。平行系統(tǒng)的構(gòu)建有兩項關鍵技術,即戰(zhàn)場實體建模與修正技術及作戰(zhàn)方案推演技術。

2.1 戰(zhàn)場實體建模與修正

戰(zhàn)場實體包括己方武器系統(tǒng)及敵方彈道目標。反導作戰(zhàn)屬動能攔截,即通過彈目相對運動撞擊攔截,從而摧毀目標。而攔截導彈與目標彈道導彈都具有相當高的速度,相對運動速度可達每小時數(shù)千至上萬公里。因此,建立較為精確的彈目運動模型至關重要。

1)反導武器系統(tǒng)模型。反導武器系統(tǒng)包括制導雷達及發(fā)射車等,構(gòu)建反導武器系統(tǒng)模型需考慮各時間參數(shù),如雷達制導時間、指令接收時間、點火發(fā)射時間等,再建立詳細的攔截導彈運動學模型,根據(jù)敵方目標運動趨勢,結(jié)合攔截要求及各時間參數(shù),按照導引律實時調(diào)整運動方向與速度。

2)反導武器系統(tǒng)攔截能力模型。射擊能力反應武器系統(tǒng)對目標的作戰(zhàn)能力,包括射擊密度、最大的射擊持續(xù)時間、最大攔截正面寬度、可用攔截縱深、理想射擊次數(shù)、理想射擊目標數(shù)及殺傷區(qū)內(nèi)任意區(qū)域殺傷概率等。

3)敵目標運動模型。敵方運動目標模型通過探測目標運動參數(shù)構(gòu)建,構(gòu)建敵目標運動模型的主要任務是預測目標運動軌跡及落點。因此,需獲取目標的運動參數(shù),準確識別并捕捉彈頭,修正目標模型參數(shù)及運動參數(shù),為攔截提供支撐。

2.2 作戰(zhàn)方案推演

通過作戰(zhàn)方案推演評估作戰(zhàn)效能,驗證作戰(zhàn)方案,是平行系統(tǒng)的主要功能。由圖2可知,作戰(zhàn)方案推演環(huán)節(jié)需要戰(zhàn)場態(tài)勢、戰(zhàn)場實體模型和作戰(zhàn)方案三個要素,而且戰(zhàn)場態(tài)勢和戰(zhàn)場實體模型是一個動態(tài)的過程。具體推演步驟為:

1)獲取目標當前運動參數(shù),預測目標運動軌跡及落點;2)對作戰(zhàn)方案進行推演,記錄交戰(zhàn)數(shù)據(jù),計算作戰(zhàn)效能;

3)若目標運動趨勢發(fā)生變化,則返回1)重新計算。

根據(jù)推演時效性要求,從作戰(zhàn)方案生成到目標飛臨火力單元發(fā)射區(qū),在這段時間內(nèi)完成推演評估。也可以依據(jù)作戰(zhàn)效能要求,生成多套方案,推演評估后,優(yōu)選出最佳方案作為作戰(zhàn)指揮方案,即在作戰(zhàn)方案生成到目標飛臨火力單元發(fā)射區(qū),完成方案推演評估及方案優(yōu)選。

3 結(jié)束語

本文對平行系統(tǒng)思想在反導指揮控制中應用進行了可行性研究,詳細分析了地面反導指控平行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作流程、信息交互關系及關鍵技術等內(nèi)容,為平行系統(tǒng)方法在反導指控的應用進行了探索。

[1] 肖金科, 王剛, 李為民，等. 區(qū)域反導目標分配模型優(yōu)化分析[J].系統(tǒng)工程理論與實踐, 2015, 35(4): 1027-1034.

[2] 朱祝華, 王毅增. 區(qū)域反導指控系統(tǒng)一體化研究[J].火力與指揮控制, 2009, 34(11): 1-4.

[3] 高嘉樂, 王剛, 王明宇. 防空反導戰(zhàn)術級指控系統(tǒng)發(fā)展趨勢[J].火力與指揮控制, 2015, 40(10): 1-4，8.

[4] 劉邦朝, 王剛, 劉昌云. 美軍反導指控/作戰(zhàn)管理與通信系統(tǒng)分析與啟示[J].飛航導彈, 2014(4): 55-58.

[5] 姚勇, 李智. 基于DoDAF的反導指控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型研究[J].現(xiàn)代防御技術, 2011, 39(5): 87-95.

[6] 時小虎, 宋晉敏. 反導指控系統(tǒng)處理器與操作系統(tǒng)選用研究[J].現(xiàn)代防御技術, 2011, 39(4): 55-59.

[7] 王飛躍. 平行系統(tǒng)方法與復雜系統(tǒng)的管理與控制[J].控制與決策, 2004,19(5):485-489，514.

[8] 王飛躍,楊堅,韓雙雙等. 基于平行系統(tǒng)理論的平行網(wǎng)絡架構(gòu)[J].指控與控制學報, 2016,2(1):71-77.

[9] 邱曉剛,張志雄. 通過計算透視戰(zhàn)爭:平行軍事體系[J].國防科技,2013,34(3):13-17.

[10]孫黎陽,楚威,毛少杰,等. 面向C4ISR系統(tǒng)決策支持的平行仿真框架[J].指控信息系統(tǒng)與技術,2015,6(3):56-61.

Application of Parallel System Method in Command and Control for Anti-missile System

CHEN Miao, SUN Qiang, WANG Dong-ke

(The 28th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Nanjing 210007, China)

In order to increase productivity of decision making in anti-missile system. The command and control anti-missile system which uses parallel simulation method is presented, and the online deduction and effectiveness evaluation of battle plan is realized. According to requirement of battle plan online evaluation, parallel simulation method is used in the process of command and control for anti-missile, besides, according to the requirement of command and control for anti-missile fight, architecture of parallel simulation system is constructed. Furthermore, detailed analysis is demonstrated including working principle and function of parallel system, communication relation in process of battle plan simulation evaluation, requirement of system ability and key techniques.

parallel system; command and control; anti-missile; information interaction; modeling

2016-11-16

國家自然科學基金(61603359)

陳 淼(1981-)，男，江蘇宿遷人，高級工程師，研究方向為指控系統(tǒng)建模。 孫 強(1987-)，男，助理工程師。 王東科(1987-)，男，工程師。

1673-3819(2017)01-0070-03

E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2017.01.015

修回日期： 2016-12-25