黃 蓓,朱 黔,馬 駿

(中國運載火箭技術(shù)研究院,北京 100076)

隨著戰(zhàn)爭形態(tài)變革,對常規(guī)飛行器的發(fā)展提出了信息化、智能化、實戰(zhàn)化的作戰(zhàn)應(yīng)用需求。常規(guī)飛行器需在體系對抗條件下,實現(xiàn)模塊化編組、精確化籌劃、靈巧化指揮,結(jié)構(gòu)嚴(yán)整的對抗模式已無法適應(yīng)瞬息萬變的復(fù)雜戰(zhàn)場態(tài)勢,難以達(dá)成指揮控制的靈活高效性和作戰(zhàn)效能的精準(zhǔn)性[1]。指揮決策作為作戰(zhàn)體系的核心大腦,在實時動態(tài)的戰(zhàn)場對抗態(tài)勢下,需以“動、快、精、準(zhǔn)”的應(yīng)用模式,提升體系整體聯(lián)動能力和高效響應(yīng)能力。因此,本文針對以常規(guī)飛行器作為中心節(jié)點的作戰(zhàn)體系,基于敏捷組態(tài)的協(xié)同概念,構(gòu)建自適應(yīng)分布式的智能化指揮決策系統(tǒng)。以指揮決策云實現(xiàn)作戰(zhàn)資源共享與信息高效響應(yīng),通過指揮控制網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動模塊化作戰(zhàn)力量,達(dá)成“自同步、自組織、自適應(yīng)”效果[2],形成從態(tài)勢、任務(wù)、方案到作戰(zhàn)實施的一體化作戰(zhàn)能力。

1 一體化作戰(zhàn)指揮概念

信息化的動態(tài)體系對抗,其最大特征在于作戰(zhàn)體系的區(qū)域分布性、作戰(zhàn)單元的自主性,以及單元間在整體目標(biāo)驅(qū)動下的同步性。圍繞實戰(zhàn)需求提出云網(wǎng)化的體系概念,以基于云服務(wù)的體系架構(gòu)融合各要素,形成敏捷動態(tài)的作戰(zhàn)模塊編組,通過指揮控制貫通體系內(nèi)要素節(jié)點,以作戰(zhàn)指令形式指揮控制作戰(zhàn)進(jìn)程,以實時刷新的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)適應(yīng)戰(zhàn)場態(tài)勢的動態(tài)變化,實現(xiàn)指揮1張表、作戰(zhàn)1張圖,通過指控網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通信息,提升飛行器在對抗條件下的自適應(yīng)能力和作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)可伸縮性。

云網(wǎng)化的作戰(zhàn)體系包含以下特點:

1)作戰(zhàn)單元“質(zhì)點”聚態(tài):將作戰(zhàn)體系內(nèi)的各要素進(jìn)行模塊化封裝,構(gòu)造成為具有特定功能的單元模塊,在開放式、分布化對抗環(huán)境中構(gòu)建多維度的自組織、自同步、自適應(yīng)協(xié)同配合機(jī)制與指揮控制網(wǎng)絡(luò),通過行為約束規(guī)則驅(qū)動這些作戰(zhàn)單元模塊[3-4]。作戰(zhàn)單元被“質(zhì)點化”為網(wǎng)格上的節(jié)點,“質(zhì)點”間的關(guān)系與響應(yīng)模式描述為網(wǎng)絡(luò)上的邊,靈活機(jī)動、動態(tài)聚合,并具備彈性以適應(yīng)態(tài)勢與任務(wù)的變化。

2)信息動態(tài)驅(qū)動響應(yīng):基于對戰(zhàn)場態(tài)勢的感知與理解,開展態(tài)勢研判并建立其與任務(wù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系。通過各指揮層級之間高效的網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)系以及云資源管理,構(gòu)建多級貫聯(lián)的信息庫,實現(xiàn)信息同步、認(rèn)知構(gòu)建、決策分析、行動執(zhí)行控制。通過各作戰(zhàn)要素間的信息共享,支撐對態(tài)勢和任務(wù)的迅速響應(yīng),作戰(zhàn)指揮閉環(huán)聯(lián)動。

3)協(xié)同自適應(yīng):圍繞目標(biāo)特性圖、決策知識庫、算法模型庫等知識方法的建設(shè),形成在認(rèn)知模型基礎(chǔ)上的群體智能協(xié)同。平時通過大量分析計算豐富知識庫,完成技術(shù)知識的模型化與服務(wù)化,戰(zhàn)時快速響應(yīng)、智能尋優(yōu),充分支撐決策功能的實現(xiàn)。基于智能決策知識庫和算法集,通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口和可定制的流程,形成指揮決策的自適應(yīng)能力。

定義分布式作戰(zhàn)體系的基本要素包括三類:使命任務(wù)、作戰(zhàn)單元和信息網(wǎng)絡(luò)。使命任務(wù)是作戰(zhàn)體系形成的驅(qū)動條件和方向;作戰(zhàn)單元模塊屬于分布的作戰(zhàn)資源,是能夠獨立運作的模塊化力量單元,也是能夠按需協(xié)同組合的功能包及組件;信息網(wǎng)絡(luò)是包括所有信息通信采集、處理、共享等基礎(chǔ)平臺和信息傳播的物理環(huán)境[5]。

如圖1所示,在三類基本要素之間建立映射關(guān)系,實現(xiàn)體系的功能與目標(biāo)。這些關(guān)系包括:使命分解得到作戰(zhàn)單元可執(zhí)行的任務(wù),存在任務(wù)間的序列關(guān)系;任務(wù)到作戰(zhàn)單元間的分配關(guān)系;作戰(zhàn)單元在執(zhí)行任務(wù)上的協(xié)作關(guān)系;作戰(zhàn)單元間的指揮與控制關(guān)系;任務(wù)間的信息流;作戰(zhàn)單元間的信息拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。三類要素和六種關(guān)系決定了作戰(zhàn)體系的組成與結(jié)構(gòu),也在一定程度上決定了體系的效能。在此拓?fù)潢P(guān)系中,以指控決策聯(lián)結(jié)各作戰(zhàn)單元,當(dāng)單元間的協(xié)作關(guān)系為直接協(xié)作時,表示為作戰(zhàn)單元在同一指控群內(nèi),而間接的協(xié)作關(guān)系

表示為協(xié)同的作戰(zhàn)單元屬于不同指控群的集合[6-7]。

圖1 作戰(zhàn)體系要素映射關(guān)系

2 云網(wǎng)化的指揮決策體系架構(gòu)設(shè)計

2.1 云網(wǎng)化的指揮控制關(guān)系

作戰(zhàn)單元模塊按動態(tài)作戰(zhàn)進(jìn)程中感知、決策、行動的關(guān)鍵步驟,可抽象為三類作戰(zhàn)單元集合,即感知單元、決策單元、執(zhí)行單元,通過決策單元開展任務(wù)與感知等信息的分選識別,形成決策方案,輸出到執(zhí)行單元[4-6],如圖2所示。將各作戰(zhàn)單元模型化為節(jié)點,節(jié)點間通過信息網(wǎng)、火力鏈、指控網(wǎng)等多重自組織動態(tài)網(wǎng)絡(luò)建立協(xié)同關(guān)系,并用節(jié)點之間的有向連接實現(xiàn)指控、探測、協(xié)同和交戰(zhàn)關(guān)系,通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔磉_(dá)節(jié)點間的耦合規(guī)則和信息交互關(guān)系。以包含目標(biāo)的使命任務(wù)為輸入,將分散的資源靈活地聚焦于一個(或多個)使命任務(wù)下。以指揮決策系統(tǒng)為核心控制節(jié)點,整合調(diào)度各單元節(jié)點并驅(qū)動網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)作戰(zhàn)資源的高效融合、結(jié)構(gòu)功能的內(nèi)在耦合以及體系效能的精確釋放。

圖2 云網(wǎng)化指揮控制驅(qū)動關(guān)系

2.2 指揮決策體系邏輯架構(gòu)

在云網(wǎng)化的體系模型下,建立指揮決策體系的邏輯架構(gòu),通過指揮決策驅(qū)動作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò),推動作戰(zhàn)進(jìn)程,如圖3所示。

圖3 云網(wǎng)化的指揮決策邏輯架構(gòu)

將指揮決策節(jié)點作為核心中樞,綜合集成作戰(zhàn)單元模塊集群,生成決策方案,驅(qū)動執(zhí)行指揮控制[8-9]。具體如下:

1)使命任務(wù)以作戰(zhàn)意圖與任務(wù)指令的形式作為輸入。

2)感知單元集合形成態(tài)勢信息、情報信息、裝備信息等信息要素。

3)指揮決策系統(tǒng)基于云網(wǎng)化的信息資源與決策知識,完成態(tài)勢認(rèn)知與規(guī)劃決策,形成適應(yīng)動態(tài)戰(zhàn)場的決策方案計劃,并可實時調(diào)整。

4)指揮決策功能服務(wù)化設(shè)計,圍繞信息流、指控流、火力流,通過功能服務(wù)的模塊化靈活組合,實現(xiàn)任務(wù)驅(qū)動的指揮決策方案快速形成。

5)建立決策知識庫,包含規(guī)則策略、算法模型、成果方案庫、作戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫等,以資源池與信息云實現(xiàn)知識和信息共享,為指揮決策提供方法經(jīng)驗的積累。

6)將作戰(zhàn)體系節(jié)點單元質(zhì)點化,并以決策方案計劃為輸入聚合構(gòu)成執(zhí)行單元集合,并依據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢情況完成自主匹配及協(xié)調(diào),驅(qū)動執(zhí)行作戰(zhàn)。

7)指揮決策網(wǎng)絡(luò)具備自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)的能力,通過“輸入-決策-輸出“的迭代,分析掌握響應(yīng)規(guī)則,并根據(jù)響應(yīng)規(guī)則更新輸入,解算輸出。

2.3 指揮決策體系物理架構(gòu)

由功能邏輯引申出物理架構(gòu),采用“平臺+APP”的開放式架構(gòu),建立由信息資源和信息通信網(wǎng)絡(luò)支撐的

裝備子體系、指揮控制子體系,以及作戰(zhàn)指控層級關(guān)系,如圖4所示[10]。

1)通過戰(zhàn)場信息云、裝備模型庫、知識資源池在多級部署的指揮控制平臺下綜合集成作戰(zhàn)能力，作戰(zhàn)意圖直觀量化,信息逐級細(xì)化,實現(xiàn)整個作戰(zhàn)指揮體系的靈活組態(tài)與橫向融合。

2)在裝備層,各種偵察、打擊要素可按需要布局,裝備在體系框架下通過云端互聯(lián)互通,強(qiáng)化態(tài)勢動態(tài)響應(yīng)能力。同時,根據(jù)不同作戰(zhàn)使命任務(wù),指揮決策中樞可組合偵察、打擊、保障等不同作戰(zhàn)要素,重構(gòu)體系網(wǎng)絡(luò)[11]。

3)各種局部體系網(wǎng)絡(luò)按照協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)相互連接,體系要素、資源按需接入網(wǎng)絡(luò),體系架構(gòu)具備較強(qiáng)的伸縮能力并向下兼容。體系網(wǎng)絡(luò)適度受損后,可以像偵察與打擊裝備一樣,由同構(gòu)裝備補(bǔ)位、運行。

圖4 云網(wǎng)化的指揮決策邏輯架構(gòu)

3 指揮決策功能服務(wù)化設(shè)計

針對常規(guī)飛行器作戰(zhàn)需求,以“平臺框架+功能服務(wù)”的貨架式理念設(shè)計指揮決策系統(tǒng)核心件,如圖5所示,形成通用平臺框架及功能服務(wù)模塊倉庫,在任務(wù)流程驅(qū)動下實現(xiàn)具體的指揮決策工作。建立決策方法庫、知識庫與服務(wù)化算法模型;通過功能服務(wù)的模塊化靈活組合,實現(xiàn)任務(wù)驅(qū)動的指揮決策方案快速形成。平臺貫通,多領(lǐng)域協(xié)同一體籌劃,作戰(zhàn)方案快速成型;靈活組態(tài),功能模塊插件式組裝,有效提升系統(tǒng)集成效率;接口標(biāo)準(zhǔn),多源信息融合處理,數(shù)據(jù)庫多維分級分層管理。

3.1 平臺框架

1)依托基礎(chǔ)框架承載服務(wù)應(yīng)用,通過框架調(diào)用資源與數(shù)據(jù),基于云技術(shù)實現(xiàn)大數(shù)據(jù)資源池管理,系統(tǒng)平臺和服務(wù)組件保持良好的一致性狀態(tài)。

3)由基礎(chǔ)框架提供服務(wù)中間件、數(shù)據(jù)中間件、態(tài)勢中間件,實現(xiàn)基于服務(wù)的應(yīng)用集成、數(shù)據(jù)集成和態(tài)勢集成,解決異構(gòu)功能服務(wù)的接口一致性問題。

4)建立功能組件集,以服務(wù)形式加載,即插即用,通過綜合管理與業(yè)務(wù)流程管理支持模塊組件的集成、管控和配置;通過服務(wù)組件編輯器,實現(xiàn)組件集合的更新,實現(xiàn)服務(wù)組件二次開發(fā)及系統(tǒng)功能的擴(kuò)充。

3.2 功能服務(wù)

1)以決策知識庫作為決策功能服務(wù)的基礎(chǔ)支撐和根本依據(jù),包含大數(shù)據(jù)知識庫和決策功能服務(wù)集,以信息云實現(xiàn)資源與知識共享。

2)構(gòu)建涵蓋信息資源庫、規(guī)則知識庫、算法模型庫、決策方法庫、方案成果庫、范例庫等大數(shù)據(jù)知識體系[12],決策功能服務(wù)集包含服務(wù)化的算法模型,以業(yè)務(wù)模塊組件的形式構(gòu)成應(yīng)用倉庫。

3)功能服務(wù)采用模塊化的設(shè)計思路,降低模塊間的耦合交聯(lián)關(guān)系,利用基礎(chǔ)框架提供的中間件功能解決異構(gòu)應(yīng)用的接口一致性問題,實現(xiàn)按需靈活調(diào)配組合。

4)利用大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)等智能方法,在決策知識的認(rèn)知與模型化基礎(chǔ)上,積累方案成果數(shù)據(jù),自主學(xué)習(xí)進(jìn)化修正算法模型,實現(xiàn)功能服務(wù)的技術(shù)升級。

圖5 決策核心件服務(wù)化設(shè)計

3.3 云資源共享

1)通過云資源管理構(gòu)建多級貫聯(lián)的數(shù)據(jù)層,信息層次區(qū)分、同步刷新、逐級細(xì)化,實現(xiàn)作戰(zhàn)要素信息共享,支撐對態(tài)勢和分配任務(wù)的迅速反應(yīng),指揮決策閉環(huán)聯(lián)動。

Case 1.The two sources exhibit both uniform distribution.

2)建立數(shù)據(jù)倉庫和元數(shù)據(jù)管理體系,統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn),實現(xiàn)信息的有效互聯(lián)互通;采用“數(shù)據(jù)中心+數(shù)據(jù)分中心+數(shù)據(jù)端”的方式提供高性能、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)管理功能。

3)知識資源庫平戰(zhàn)結(jié)合,平時開展規(guī)劃方案的積累與學(xué)習(xí),豐富要素模型,充分檢驗方案成果的合理性和有效性,儲備技術(shù)方案;戰(zhàn)時依據(jù)任務(wù)要求,迅速從態(tài)勢信息中提取關(guān)鍵信息,加快認(rèn)知速度,基于知識庫自適應(yīng)生成打擊方案,實現(xiàn)方案的精準(zhǔn)尋優(yōu)。

3.4 流程動態(tài)組合

1)以決策知識庫和功能服務(wù)集為支撐,圍繞方案計劃和指揮行動兩條主線,通過標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)接口和可定制的規(guī)劃流程形態(tài),將功能服務(wù)模塊有機(jī)關(guān)聯(lián)組合,充分支撐不同任務(wù)目標(biāo)下決策功能的實現(xiàn)。

2)統(tǒng)一態(tài)勢認(rèn)知信息,實現(xiàn)不同層級的指揮人員在一幅態(tài)勢數(shù)字圖上,完成全部方案籌劃,動態(tài)精準(zhǔn)地執(zhí)行任務(wù)可行性檢驗,大幅提升作戰(zhàn)決策和方案制定的敏捷性。

3)作戰(zhàn)方案以指令的形式,通過指揮網(wǎng)絡(luò)自動轉(zhuǎn)換作戰(zhàn)數(shù)據(jù)實現(xiàn)傳遞,提高成果分發(fā)效率。通過指揮通信節(jié)點,實現(xiàn)行動進(jìn)程的自動采集與監(jiān)控,對作戰(zhàn)行動、重要參數(shù)實時全面掌握,態(tài)勢與裝備信息實時在線更新,提高指控效率。

4 結(jié)束語

面向復(fù)雜對抗態(tài)勢的常規(guī)飛行器指揮決策系統(tǒng)設(shè)計,適應(yīng)了信息化需求,升級優(yōu)化了傳統(tǒng)的指揮流程,引入智能化方法,將信息優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為決策優(yōu)勢,促進(jìn)指揮控制系統(tǒng)能力的跨越式提升,成為常規(guī)飛行器效能發(fā)揮的關(guān)鍵。本文提出的方法融合聯(lián)結(jié)各體系要素,形成敏捷動態(tài)的作戰(zhàn)模塊化編組,提升常規(guī)飛行器的快速響應(yīng)能力,實現(xiàn)一體化指揮控制?；谠品?wù)的指揮決策架構(gòu),以“平臺框架+功能服務(wù)”的貨架式設(shè)計理念,多維度建立大數(shù)據(jù)分層體系和知識模型資源池,最大限度地縮短“認(rèn)知—決策—行動”的時間,實現(xiàn)靈巧化指揮。功能服務(wù)插件式靈活組態(tài),有效提升系統(tǒng)集成效率,將目標(biāo)任務(wù)與決策方案無縫銜接,指揮系統(tǒng)與飛行器平臺深度融合,要素信息共享、指揮閉環(huán)聯(lián)動,提升精確籌劃能力,解決態(tài)勢動態(tài)變化條件下的指揮決策難題。