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        戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)構(gòu)建技術(shù)

        2021-09-23 05:59:04
        現(xiàn)代導(dǎo)航 2021年4期
        關(guān)鍵詞:模型系統(tǒng)

        鄭 健

        戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)構(gòu)建技術(shù)

        鄭 健

        (中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所,西安 710068)

        本文在分析戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈概念的基礎(chǔ)上,提出了戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)的構(gòu)建思想,分析了其功能定位,并研究了具體組成模塊,闡述了包括環(huán)境系統(tǒng)模擬、效能評(píng)估模型、智能對(duì)抗推演的關(guān)鍵技術(shù)。最后,文章對(duì)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)的構(gòu)建進(jìn)行了總結(jié)與展望。

        戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈;半實(shí)物仿真;效能分析

        0 引言

        戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)抢酶鞣N無(wú)線通信和網(wǎng)絡(luò)手段,按規(guī)定的信息格式和傳輸協(xié)議,實(shí)現(xiàn)在傳感器、指控系統(tǒng)和武器系統(tǒng)內(nèi)分發(fā)處理諸如戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、指揮控制和戰(zhàn)術(shù)協(xié)同等戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)的綜合化戰(zhàn)場(chǎng)信息系統(tǒng)[1]。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈具備通信、識(shí)別和導(dǎo)航的能力,是信息化作戰(zhàn)中各種作戰(zhàn)平臺(tái)互聯(lián)互通互操作的基礎(chǔ),在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)場(chǎng)中發(fā)揮著極其關(guān)鍵的作用。

        美軍已經(jīng)為海軍、陸軍、空軍戰(zhàn)隊(duì)研發(fā)并裝備了30余種主要數(shù)據(jù)鏈裝備,其中聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)(Joint Tactical Information Distribution System,JTIDS)/Link-16在美軍各兵種中都大量列裝,JTIDS/Link-16戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈于20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制,80年代開(kāi)始裝備,采用直接序列擴(kuò)頻、調(diào)頻和跳時(shí)等抗干擾技術(shù),是一種大容量、保密、時(shí)分多址的戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)[2]。

        在戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展中,建模仿真是一種關(guān)鍵的支撐技術(shù),發(fā)揮著重要的作用,能夠推動(dòng)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)仿真系統(tǒng)提出了更高的要求,如系統(tǒng)模型的復(fù)雜度與真實(shí)度、仿真結(jié)果的可靠性和仿真系統(tǒng)的效能評(píng)估能力[3]。目前,針對(duì)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的建模仿真方法主要有網(wǎng)絡(luò)仿真、半實(shí)物仿真、硬件仿真和外場(chǎng)測(cè)試[4-5]。其中,網(wǎng)絡(luò)仿真是指利用OPNET、OMNET++、NS2等仿真軟件對(duì)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)單而正確的仿真,建立起網(wǎng)絡(luò)對(duì)象的基本模型之間的互聯(lián)[6]。硬件仿真和外場(chǎng)測(cè)試可以通過(guò)外場(chǎng)試驗(yàn)提供更為準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù),但對(duì)地形、氣象等均有一定的要求,且在通常情況下會(huì)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),存在一定的局限性。半實(shí)物仿真能夠綜合網(wǎng)絡(luò)仿真和外場(chǎng)測(cè)試的優(yōu)勢(shì),通過(guò)在軟件仿真的基礎(chǔ)上將一部分功能或模塊用真實(shí)物理模型代替的方式,實(shí)現(xiàn)仿真模型與實(shí)際業(yè)務(wù)的交互,具有更高的仿真可信度,為數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的應(yīng)用推廣提供技術(shù)基礎(chǔ)。

        本文將構(gòu)建戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái),并分析其具體組成和關(guān)鍵技術(shù),研究面向作戰(zhàn)應(yīng)用的數(shù)據(jù)鏈仿真系統(tǒng)。

        1 平臺(tái)定位與主要功能

        戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)基于半實(shí)物仿真設(shè)計(jì),在網(wǎng)絡(luò)性能仿真的基礎(chǔ)上,將實(shí)裝數(shù)據(jù)鏈設(shè)備通過(guò)網(wǎng)口接入網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)編隊(duì)作戰(zhàn)指揮信息系統(tǒng)的傳輸和處理[7]。具體地,通過(guò)加載不同作戰(zhàn)想定,戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)能夠記錄和分析各節(jié)點(diǎn)的信息傳輸質(zhì)量,并在一定程度上測(cè)試戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)分發(fā)能力、作戰(zhàn)協(xié)同能力、指揮引導(dǎo)能力和態(tài)勢(shì)共享能力,評(píng)估戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的綜合效能。

        戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)重點(diǎn)關(guān)注仿真系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的數(shù)據(jù)交互,對(duì)不同作戰(zhàn)背景下的作戰(zhàn)應(yīng)用流程進(jìn)行建模仿真,通過(guò)模擬仿真進(jìn)行系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)鏈指標(biāo)和作戰(zhàn)效能等的驗(yàn)證評(píng)估。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)的定位與主要功能如下:

        一是聚焦實(shí)戰(zhàn)能力生成,支持現(xiàn)役裝備的實(shí)操培訓(xùn)、戰(zhàn)法推演、遠(yuǎn)程保障和效能評(píng)估。武器裝備的戰(zhàn)斗力轉(zhuǎn)換需要?jiǎng)佑么罅康娜肆?、物力、?cái)力和時(shí)間,為了提高軍事訓(xùn)練的效能,可以采用模擬訓(xùn)練與實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練相結(jié)合的方式來(lái)培養(yǎng)官兵對(duì)武器裝備的熟練應(yīng)用能力。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)可以將現(xiàn)役裝備與仿真系統(tǒng)進(jìn)行深度鏈接,也可以進(jìn)一步利用真實(shí)傳感器數(shù)據(jù),使得官兵能夠在實(shí)操前進(jìn)行紅藍(lán)雙方的戰(zhàn)法推演,并在戰(zhàn)法推演的全流程中進(jìn)行作戰(zhàn)效能評(píng)估與分析。同時(shí),戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)能夠以可視化的友好交互界面對(duì)部隊(duì)官兵進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的培訓(xùn),提高部隊(duì)對(duì)數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用能力,進(jìn)一步優(yōu)化發(fā)展現(xiàn)役數(shù)據(jù)鏈裝備。

        二是聚焦裝備體系發(fā)展,驗(yàn)證現(xiàn)役、在研數(shù)據(jù)鏈的體系運(yùn)用,促進(jìn)裝備研建一體,促成交裝備向交能力的轉(zhuǎn)變。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)能夠在驗(yàn)證作戰(zhàn)業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上,對(duì)數(shù)據(jù)鏈裝備的作戰(zhàn)能力提出需求,并形成體系作戰(zhàn)和協(xié)同作戰(zhàn)能力。同時(shí),戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)所驗(yàn)證和提出的作戰(zhàn)需求能夠進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)役和在研數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的裝備頻譜,使得數(shù)據(jù)鏈設(shè)備能夠持續(xù)、成體系的發(fā)展。

        三是聚焦創(chuàng)新發(fā)展,測(cè)試驗(yàn)證新一代數(shù)據(jù)鏈核心關(guān)鍵技術(shù)體制,支撐數(shù)據(jù)鏈裝備科學(xué)化和可持續(xù)發(fā)展。在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)中,強(qiáng)敵對(duì)抗、無(wú)人裝備的發(fā)展、強(qiáng)電磁干擾等戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境均對(duì)數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的發(fā)展提出了新的要求。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)瞄準(zhǔn)數(shù)據(jù)鏈設(shè)備能力的提升,通過(guò)仿真驗(yàn)證數(shù)據(jù)鏈裝備和作戰(zhàn)流程中的關(guān)鍵技術(shù),促進(jìn)部隊(duì)數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的創(chuàng)新性持續(xù)發(fā)展,構(gòu)建新一代數(shù)據(jù)鏈裝備體系。

        2 平臺(tái)系統(tǒng)組成

        戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)系統(tǒng)組成如圖1所示,主要包含導(dǎo)調(diào)控制模塊、綜合顯示模塊、作戰(zhàn)平臺(tái)模塊、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境模塊、效能評(píng)估模塊、模擬訓(xùn)練模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)模塊和戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)模塊。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)系統(tǒng)中的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)模塊用于系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸,是真實(shí)設(shè)備,其余的模塊均由計(jì)算機(jī)模擬仿真實(shí)現(xiàn),通過(guò)網(wǎng)口與戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈設(shè)備連接。

        2.1 作戰(zhàn)平臺(tái)模塊

        作戰(zhàn)平臺(tái)模塊指典型平臺(tái)及其分系統(tǒng),諸如傳感器模塊、飛控模塊和武器模塊等的模型化實(shí)現(xiàn),可根據(jù)兵種劃分為陸軍作戰(zhàn)平臺(tái)、海軍作戰(zhàn)平臺(tái)和空軍作戰(zhàn)平臺(tái)。典型作戰(zhàn)平臺(tái)有預(yù)警機(jī)、殲擊機(jī)、電子戰(zhàn)飛機(jī)、艦艇和坦克等。

        圖1 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)系統(tǒng)組成

        2.2 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)模塊

        戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)模塊是指實(shí)裝的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,主要分為現(xiàn)役數(shù)據(jù)鏈和新型數(shù)據(jù)鏈設(shè)備,戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)抗仿真流程中態(tài)勢(shì)、指控等戰(zhàn)術(shù)信息的傳輸和處理,是戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)中需要驗(yàn)證和評(píng)估的核心模塊。

        2.3 模擬訓(xùn)練模塊

        模擬訓(xùn)練模塊是戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)系統(tǒng)的作戰(zhàn)業(yè)務(wù)流程實(shí)現(xiàn)模塊。仿真開(kāi)始后,模擬訓(xùn)練模塊首先根據(jù)作戰(zhàn)場(chǎng)景和樣式配置作戰(zhàn)力量,生成我方作戰(zhàn)編隊(duì),同時(shí)初始化傳感器和數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的參數(shù),并進(jìn)行戰(zhàn)前任務(wù)規(guī)劃,由指揮控制系統(tǒng)生成各個(gè)參戰(zhàn)平臺(tái)的航跡規(guī)劃。仿真開(kāi)始后,紅藍(lán)雙方編隊(duì)展開(kāi)對(duì)抗,并形成觀察、判斷、決策、執(zhí)行(Observe,Orient,Decide,Act,OODA)戰(zhàn)斗閉環(huán)。

        2.4 綜合顯示模塊

        綜合顯示模塊提供戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的可視化顯示,通過(guò)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的圖形化顯示,實(shí)時(shí)顯示敵我態(tài)勢(shì)(位置、速度、航向等)和傳感器探測(cè)等信息,便于指揮控制人員更加迅速、直觀地判斷戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì),從而做出準(zhǔn)確的決策。

        2.5 戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境模塊

        戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境模塊用于生成作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)包括真實(shí)地形環(huán)境、氣象水文狀況、電磁輻射特性、大氣環(huán)境等的環(huán)境數(shù)據(jù),為模擬訓(xùn)練模塊提供盡可能逼近真實(shí)環(huán)境的模擬數(shù)據(jù),提高仿真流程的真實(shí)度。

        2.6 數(shù)據(jù)庫(kù)模塊

        數(shù)據(jù)庫(kù)模塊用于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,對(duì)仿真所需的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)性能參數(shù)、武器平臺(tái)性能參數(shù)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)以及仿真結(jié)果等進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。

        2.7 效能評(píng)估模塊

        效能評(píng)估模塊作用于作戰(zhàn)流程的全過(guò)程,用于評(píng)估偵察、火力打擊等各個(gè)作戰(zhàn)環(huán)節(jié)的效能指標(biāo)。效能評(píng)估模塊能夠直觀反映紅藍(lán)雙方對(duì)抗的勝負(fù),同時(shí)能夠?yàn)槠脚_(tái)功能、數(shù)據(jù)鏈性能等多項(xiàng)指標(biāo)提供仿真推演和驗(yàn)證[8]。

        2.8 導(dǎo)調(diào)控制模塊

        導(dǎo)調(diào)控制模塊能夠?qū)?zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)進(jìn)行初始化參數(shù)設(shè)置和系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)管維護(hù),能夠在仿真全流程過(guò)程中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制,包括對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的改變,控制系統(tǒng)的開(kāi)始運(yùn)行和停止等。

        3 平臺(tái)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)

        3.1 環(huán)境系統(tǒng)模擬

        環(huán)境系統(tǒng)模擬包含對(duì)復(fù)雜地理地形、復(fù)雜電磁環(huán)境和復(fù)雜氣象環(huán)境等的空間屬性模擬,是能夠分析和處理在一定地理區(qū)域內(nèi)分布的各種現(xiàn)象和過(guò)程的系統(tǒng)。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)在構(gòu)建作戰(zhàn)流程仿真的過(guò)程中,環(huán)境模擬系統(tǒng)發(fā)揮的作用有:

        (1)提供形象化和逼真化的作戰(zhàn)背景,提高半實(shí)物仿真的真實(shí)度和可信度;

        (2)合適的環(huán)境系統(tǒng)模擬能夠提高顯示效率,為每一次仿真流程提供實(shí)時(shí)、可視化的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)顯示;

        (3)環(huán)境系統(tǒng)模擬能夠?qū)δ繕?biāo)運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行建立。

        在半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證的過(guò)程中,需要實(shí)現(xiàn)多種目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型來(lái)滿足仿真需求。目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型建立的優(yōu)劣會(huì)影響仿真對(duì)抗的結(jié)果,繼而影響對(duì)數(shù)據(jù)鏈裝備性能指標(biāo)的評(píng)判。

        3.2 效能評(píng)估模型

        層次分析法是一種在軍事領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的效能評(píng)估方法,該方法首先計(jì)算經(jīng)過(guò)等級(jí)劃分后的系統(tǒng)各層級(jí)的權(quán)值,然后通過(guò)匯總得到系統(tǒng)的總體效能。層次分析法具有一定的普適性,可以對(duì)作戰(zhàn)流程的全過(guò)程進(jìn)行效能評(píng)估。

        效能評(píng)估模型在對(duì)作戰(zhàn)推演結(jié)果進(jìn)行建模的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)考慮戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的系統(tǒng)模型,借助戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈裝備的武器或平臺(tái)的“信息優(yōu)勢(shì)”提升的幅度,即在考慮效能評(píng)估的結(jié)果時(shí),需要在傳統(tǒng)效能評(píng)估模型建立的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)考慮建立戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)模型[9]。

        3.3 智能對(duì)抗推演

        隨著無(wú)人平臺(tái)的發(fā)展和武器裝備智能化水平的提高,現(xiàn)階段的軍事對(duì)抗正從基于“平臺(tái)”的對(duì)抗轉(zhuǎn)變?yōu)榛凇绑w系”的對(duì)抗。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)在建立平臺(tái)模型的基礎(chǔ)上,需要研究基于體系作戰(zhàn)與協(xié)同作戰(zhàn)的智能對(duì)抗推演技術(shù)。

        當(dāng)前,智能對(duì)抗推演技術(shù)主要面臨“維數(shù)災(zāi)難”問(wèn)題,傳統(tǒng)的對(duì)抗推演無(wú)法支撐大規(guī)模的體系仿真。基于人工智能的高效化/智能化體系對(duì)抗推演技術(shù),可為大規(guī)模體系仿真和多種作戰(zhàn)樣式仿真提供智能化、高效率的公共支撐環(huán)境[10-11]。

        4 總結(jié)

        半實(shí)物仿真在戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈全生命周期中具有重要的作用。為了研究基于作戰(zhàn)應(yīng)用的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈仿真系統(tǒng),本文提出了戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈半實(shí)物仿真集成驗(yàn)證平臺(tái)體系框架,并分析了平臺(tái)定位,闡述了平臺(tái)的系統(tǒng)組成和關(guān)鍵技術(shù)。在下一步的研究中,將重點(diǎn)考慮進(jìn)一步完善本文提出的關(guān)鍵技術(shù),推動(dòng)數(shù)據(jù)鏈裝備的體系發(fā)展。

        [1] 王文政,周經(jīng)倫,羅鵬程,等. 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈仿真研究綜述[J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2008(14).

        [2] 徐大勇,王裕. 美軍數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)應(yīng)用及其啟示[J]. 指揮信息系統(tǒng)與技術(shù),2015(6).

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        A

        1674-7976-(2021)-04-289-04

        2021-03-25。鄭?。?987.07-),山西運(yùn)城人,碩士研究生,工程師,主要研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)鏈研究。

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