龔博文

(中國人民解放軍92941部隊45分隊，遼寧 葫蘆島 125000)

0 引言

指揮控制系統(tǒng)作為指揮員指揮決策的基礎，不僅在真實作戰(zhàn)、演習環(huán)境發(fā)揮著重要的作用，在武器試驗過程中也扮演著整個試驗體系“大腦”的重要角色[1-2]。情報信息作為指揮控制系統(tǒng)中戰(zhàn)場環(huán)境感知、敵我態(tài)勢對比等多方面信息的基礎，需要依靠多方面?zhèn)鞲衅饕约皞蓽y系統(tǒng)的偵察感知，不僅如此，在武器試驗過程中，任務?？沼虻拿翊w行器等目標眾多，需要及時發(fā)現(xiàn)并在任務時間窗來臨前進行驅(qū)離，以保障任務正常進行。

當下，指揮控制系統(tǒng)接入的信息來源復雜、信息量大，給系統(tǒng)內(nèi)軟件的開發(fā)、研制和測試評估帶來了較大的困難。尤其是情報處理軟件以及后期試驗態(tài)勢顯示軟件，情報信息能否正確、完整、準確地出現(xiàn)在態(tài)勢顯示軟件中將極大地影響指揮員決策。因此，在情報處理軟件以及態(tài)勢顯示軟件等軟件上線使用前，需要對軟件進行充分的試驗。一直以來，真實情報信息的保密程度高，關鍵情報信息的獲取較為困難，給軟件的指標測試以及各項功能拓展研究帶來較大的困難，因此，需要利用計算機仿真技術實現(xiàn)情報信息的仿真以解決這一難題。

國內(nèi)已有不少團隊針對?？漳繕饲閳笮畔⒌哪M仿真展開了理論研究[3-6],并且在此基礎上開展了特定環(huán)境條件下基于不同傳感器的數(shù)據(jù)仿真融合，并對情報信息仿真融合效果進行評估，進一步檢驗情報信息仿真融合軟件的效能[7-11],但對于武器試驗指揮中任務海空域內(nèi)的目標情報信息仿真還有待進一步研究。

本文在分析武器試驗過程中態(tài)勢顯示系統(tǒng)對情報信息仿真環(huán)境需求的基礎上,提出了?？涨閳竽M軟件體系結(jié)構(gòu)和功能模型的總體設計思路,說明了海空目標運動航跡仿真以及情報信息生成過程中誤差補償?shù)募夹g方法,開發(fā)了?？漳繕饲閳笮畔⒎抡孳浖?并通過試驗展示了軟件的應用效果,驗證了技術方法的可行性。

1 需求分析

在實際試驗過程中，指揮控制系統(tǒng)需要接入多個來源的情報信息，主要包括主動雷達和敵我識別系統(tǒng)等方式送來的信息，進而對情報信息進行相互關聯(lián)、融和、處理，將處理后的情報信息通過網(wǎng)絡向信息匯集分發(fā)分系統(tǒng)發(fā)送，最后顯示在態(tài)勢信息中以供指揮決策。因此，?？涨閳笮畔⒛M仿真軟件應具備以下條件：

(1) 仿真信息配置能力

能夠在指定的區(qū)域，結(jié)合實際情況對海上、空中的目標屬性、目標類別、單個目標或多批次目標、目標數(shù)量、位置以及運動軌跡等進行配置；對目標自身的輻射特性或者自帶的輻射源進行配置；對雷達等偵測設備的位置及自身工作狀態(tài)進行配置想定。

(2) 仿真信息模擬能力

根據(jù)配置得到的目標基本信息、運動軌跡以及偵測設備的位置信息等，按照開始時間、時長以及數(shù)據(jù)頻率進行情報信息的模擬。在此要注意，目標信息模擬的真實性，需要考慮偵測設備的威力范圍、環(huán)境條件、設備自身誤差等實際情況，使得模擬得到的情報信息的時序、誤差以及數(shù)據(jù)率符合實際情況。

(3) 模擬情報信息發(fā)送能力

在情報信息模擬生成后，能夠?qū)⑶閳笮畔凑赵O定的頻率通過網(wǎng)絡向信息匯集分發(fā)分系統(tǒng)發(fā)送，進而將?？涨閳笮畔@示在各個顯示終端上。

(4) 綜合信息顯示能力

對于發(fā)送的?？涨閳笮畔ⅲ軌?qū)⑶閳笈渲眯畔⒁约爱斍扒閳竽M仿真情況顯示在軟件界面上，以便操作人員及時了解仿真情況。

(5) 情報信息控制能力

能夠?qū)Ξ斍昂？涨閳笮畔⒛M進程進行控制，對目標進行實時控制以及更新目標的狀態(tài)信息，便于操作人員及時做出修正。

孔隙水壓力靜力觸探技術（CPTU）通過在常規(guī)靜力觸探（CPT）探頭上安裝孔壓傳感器元件，除可測錐尖阻力qc、側(cè)壁摩擦力fs外，還可測試地下水位以下各土層的孔隙水壓力u及超孔隙水壓力消散過程。根據(jù)測得的超孔隙水壓力消散曲線，可以推求土層的滲透系數(shù)Kh及固結(jié)系數(shù)Ch等重要的土的工程性質(zhì)參數(shù)，對土層進行有效應力分析及計算，亦可對其滲透固結(jié)及沉降變形進行分析計算。

2 方案設計

2.1 軟件架構(gòu)模型

武器裝備試驗中需要對任務?？沼騼?nèi)的船只以及飛行器進行監(jiān)視并驅(qū)離，為了更好地驗證試驗態(tài)勢顯示軟件的性能，需要接受來自多個偵測系統(tǒng)的情報數(shù)據(jù)，并且不同級別指揮機構(gòu)對于情報信息的要求也不盡相同，為了使?？涨閳笮畔⒛M仿真軟件生成的情報信息更好地滿足不同級別態(tài)勢軟件的需求，在進行軟件體系架構(gòu)設計時充分考慮系統(tǒng)框架的兼容性、情報數(shù)據(jù)生成的可控性以及數(shù)據(jù)的可回放性，軟件的體系架構(gòu)如圖1所示。

軟件體系架構(gòu)規(guī)劃為硬件平臺層、系統(tǒng)軟件層、數(shù)據(jù)層、基礎服務層、信息處理層、信息應用層。硬件平臺層為系統(tǒng)提供硬件基礎環(huán)境；系統(tǒng)軟件層在系統(tǒng)硬件基礎上為系統(tǒng)提供軟件基礎；數(shù)據(jù)層在系統(tǒng)軟、硬件基礎上，為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)存儲與共享服務；基礎服務層在數(shù)據(jù)層基礎上提供與軟件主體業(yè)務無關的基礎服務以及與軟件業(yè)務相關的核心服務；信息處理層在基礎服務層基礎上，構(gòu)建面向?qū)ο蟮暮诵膽茫卉浖w技術規(guī)范貫穿于硬件平臺層、系統(tǒng)軟件層、數(shù)據(jù)層、基礎服務層、信息處理層以及信息應用層，對基礎軟硬件、數(shù)據(jù)資源、通信接口等進行統(tǒng)一規(guī)范。

2.2 軟件功能模型

根據(jù)軟件體系架構(gòu)需求，結(jié)合武器試驗過程中情報信息在態(tài)勢現(xiàn)實中的具體流程，提出?？涨閳笮畔⒛M仿真軟件的功能模型如圖2所示。

(1) 仿真信息配置包

根據(jù)態(tài)勢顯示軟件處理需求，對?？窄h(huán)境、偵測設備、目標屬性等進行配置。在目標參數(shù)庫中預先建立目標的情報來源、目標類別以及目標屬性，在偵測設備庫中建立各偵測設備的威力范圍以及設備工作狀態(tài)；接著在目標配置頁面對目標的情報源、開始時間、經(jīng)度、緯度、高度、目標數(shù)量、起始速度、目標類別、目標屬性、是否多批以及批數(shù)等進行配置，確定目標的運動軌跡以及狀態(tài)，合理配置目標的運動軌跡誤差以及偵測設備自身的誤差；進而，將配置好的目標模型以及偵測設備模型存入數(shù)據(jù)庫中，并在軟件界面上予以顯示。仿真信息配置包的執(zhí)行序列如圖3所示。

(2) 仿真信息模擬包

根據(jù)態(tài)勢顯示軟件的測試需求，依據(jù)配置好的目標模型以及偵測設備模型，設定情報數(shù)據(jù)產(chǎn)生頻率以及仿真時長，對情報目標的運動原始信息進行模擬。情報目標數(shù)據(jù)的模擬主要依托目標先前配置好的速度、位置信息，利用插值算法，對目標下一個時刻的位置信息以及運動狀態(tài)進行模擬，包內(nèi)對生成的信息測量數(shù)據(jù)格式進行自檢，進而形成完整的目標運動軌跡。最后，將模擬得到的目標運動軌跡數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。仿真信息模擬包的流程圖如圖4所示。

(3) 模擬情報信息發(fā)送包

圖1 軟件體系架構(gòu)示意圖

圖2 軟件功能模型圖

圖3 仿真信息配置包內(nèi)序列圖

(4) 情報信息控制包

從數(shù)據(jù)庫中獲取?？涨閳笈渲眯畔⒉⒃谇閳笮畔⒖刂平缑嫔巷@示，如果目標信息配置有更新，則在情報信息控制界面及時更新目標配置信息，同時，接受正在仿真得到的?？涨閳笮畔ⅲ皶r跟蹤模擬進程，并對模擬進程及目標狀態(tài)進行控制。具體仿真信息配置包的執(zhí)行序列如圖6所示。

圖4 仿真信息模擬包內(nèi)流程圖

圖5 模擬情報信息發(fā)送包內(nèi)流程圖

圖6 情報信息控制包內(nèi)序列圖

3 關鍵技術

3.1 情報目標運動航跡仿真

模擬得到的情報信息主要作用是用于檢驗態(tài)勢顯示軟件情報信息的處理能力以及運動軌跡顯示的真實性，軟件為了較好地擬合真實情況下飛機、艦船等的實際運動軌跡，利用遞推的方式生成目標的航跡。

假設以起始點作為直角坐標轉(zhuǎn)換原點，以t0表示目標被探測到的時刻，x(0)，y(0)，z(0)用于表示在直角坐標系下此時的位置，考慮目標以速度v作勻速直線運動，以x(n)，y(n)，z(n)表示終點位置，以x(t)，y(t)，z(t)表示t時刻的目標位置，利用起點與終點的位置關系，得出沿東、北、天3個坐標方向上的速度分量為

(1)

式中：θ，φ分別為經(jīng)度和緯度。

則在t時刻，目標的位置為

(2)

得到下一時刻目標位置后，利用坐標轉(zhuǎn)換將目標位置轉(zhuǎn)換成經(jīng)度、緯度、高度的格式[12-15]，形成情報信息。按照上述步驟重復，即可通過遞推的方式計算下一個點的位置，以達到航跡的動態(tài)推演。

3.2 情報信息誤差補償

在實際情況下，雷達等偵測設備偵測目標的威力范圍有限，與目標距雷達的距離以及雷達自身頻率、波束方向增益亦有關。當目標處在雷達偵測距離范圍之外，則難以偵察到目標；當目標處在雷達偵測距離范圍內(nèi)，則可以捕獲到目標信息。但由于雷達增益、海雜波、大氣環(huán)境等復雜電磁環(huán)境以及設備自身誤差等外部因素的影響，真實條件下偵測設備提供的情報數(shù)據(jù)與?？漳繕说恼鎸嵒顒榆壽E存在一定的誤差，進而影響?？漳繕饲閳笮畔⒌娜诤咸幚?，因此，為了進一步擬合實際應用過程中的誤差影響，需要對情報目標的原始運動軌跡進行加噪處理。

?？漳繕饲閳竽M信息是用于后期情報信息融合以及態(tài)勢顯示軟件，重點在于輸出情報信息而不是偵測設備的偵察過程，因此本軟件忽略復雜偵測過程的誤差仿真，將各種因素的影響統(tǒng)一考慮，進而對原始的目標運動軌跡建立噪聲模型，使得軟件生成的?？漳繕饲閳笮畔⒏訑M合真實環(huán)境下偵測設備對目標的偵查。

雷達獲取目標的位置信息最直接的信息格式便是目標距離、俯仰角和方位角，假設這3個觀測量均服從正態(tài)分布，則其均方誤差分別為δR,δβ,δα，則偵測設備對海空目標的偵測數(shù)據(jù)為

(3)

4 軟件應用效果

為了驗證本文設計的?？漳繕饲閳笮畔⒎抡孳浖膶嵱眯砸约坝行裕迷撥浖M生成情報目標信息，并發(fā)送至網(wǎng)絡匯集分發(fā)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)向態(tài)勢顯示軟件推送信息，利用態(tài)勢顯示軟件顯示的情報目標軌跡信息來檢驗軟件的實用性和有效性。

想定某試驗區(qū)域有1個目標在活動，起始航向10°，航速10 m/s，有5個傳感器/偵測設備，分別部署在不同的地理位置，對任務區(qū)域的?？涨闆r進行監(jiān)視警戒。圖7展示的是?？漳繕朔抡嫘畔⑴渲媒缑?。圖8展示的是態(tài)勢顯示軟件中?？漳繕说倪\動航跡以及收到情報目標的位置信息。

圖7 ?？漳繕朔抡嫘畔⑴渲?/p>

從圖7可以看出，?？漳繕饲閳笮畔⒎抡孳浖峁┝溯^好的人機交互界面，能夠?qū)？漳繕诉M行詳細的配置，并且通過軟件的數(shù)據(jù)回放功能夠?qū)崿F(xiàn)態(tài)勢顯示軟件等其他情報信息處理系統(tǒng)的復盤推演。通過圖8中態(tài)勢顯示軟件顯示的目標運動航跡以及軟件接收到的目標位置信息，可以看出利用基于目標特性進行運動航跡仿真、利用加噪處理對生成信息進行誤差補償?shù)募夹g方法能夠?qū)δ繕诉\動航跡進行較好的仿真推演，并且使得?？漳繕饲閳笮畔⒏訑M合真實環(huán)境下偵測設備對目標的觀測。

圖8 情報目標運動航跡顯示圖

5 結(jié)束語

本文針對武器試驗過程中態(tài)勢顯示軟件對情報信息仿真的需求，研究了目標運動航跡仿真以及誤差補償方法，設計并實現(xiàn)了海空目標情報信息仿真軟件。應用效果表明，該軟件較好地解決了態(tài)勢顯示軟件等情報處理軟件因缺乏情報數(shù)據(jù)無法進行態(tài)勢融合顯示的問題。今后在此基礎上進一步研究多種影響因素對情報信息仿真的影響，通過建模進一步增強仿真軟件的靈活性與適用性。