唐 健 張 林 王少平

（1.海軍大連艦艇學(xué)院導(dǎo)彈與艦炮系 大連 116018）（2.海軍大連艦艇學(xué)院學(xué)員五大隊 大連 116018）

1 引言

傳統(tǒng)反艦導(dǎo)彈采用“發(fā)射后不管”的作戰(zhàn)方式，武控系統(tǒng)解算導(dǎo)彈射擊參數(shù)，通常基于打擊開闊海域無對抗目標(biāo)的典型作戰(zhàn)場景及內(nèi)置的靜態(tài)裝備性能參數(shù)，重點解決導(dǎo)彈“保捕捉”的射擊問題。隨著海上戰(zhàn)場空間的顯著擴大及攻防技術(shù)水平、對抗強度的不斷提升，敵我雙方的交戰(zhàn)態(tài)勢更為復(fù)雜多變，低精度目指條件下、目標(biāo)綜合防御條件下對海打擊等復(fù)雜作戰(zhàn)任務(wù)逐漸成為常態(tài)。在此背景下，傳統(tǒng)武控系統(tǒng)對復(fù)雜作戰(zhàn)條件和外界因素變化考慮不夠的問題愈加凸顯，難以滿足指揮員精確、快速實施導(dǎo)彈射擊指揮、達(dá)成攻擊任務(wù)的需要［1］。

為此，針對復(fù)雜條件下艦艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用需求，以導(dǎo)彈捕捉、選擇、突防等面向任務(wù)的一體化設(shè)計思想為指導(dǎo)，以現(xiàn)代海戰(zhàn)場多元、體系對抗為背景，構(gòu)建新形態(tài)的導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用在線支持系統(tǒng)，為指揮員實施導(dǎo)彈射擊指揮提供高效的決策手段支撐，成為迫切需要解決的關(guān)鍵問題。

2 艦艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用在線支持系統(tǒng)需求分析

隨著未來對海作戰(zhàn)敵我對抗行動、導(dǎo)彈武器裝備等的發(fā)展變化，傳統(tǒng)“離線”式艦艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用輔助決策方法已難以滿足實戰(zhàn)需求，急需滿足高動態(tài)、實時性要求的“在線”方法支持［2］。

2.1 射擊參數(shù)裝定多，需提供射前決策

艦艦導(dǎo)彈火控系統(tǒng)在使用中，可能需要人工裝定包括導(dǎo)彈側(cè)向和縱向飛行、搜捕、選擇、突防命中等各類射擊參數(shù)，但如缺乏實時在線參數(shù)裝定建議，以及不同參數(shù)取值帶來的可能作戰(zhàn)效能影響，指揮員在復(fù)雜海戰(zhàn)場環(huán)境，以及攻防對抗作戰(zhàn)大壓力下，將無法實現(xiàn)精細(xì)化快速決策。

2.2 理想條件假設(shè)多，需融合復(fù)雜因素

對海作戰(zhàn)中，導(dǎo)彈射擊參數(shù)解算、導(dǎo)彈作戰(zhàn)效果評估等都存在諸多因素影響，但受限于基于“可靠發(fā)射”的導(dǎo)彈武器裝備使用理念，以及導(dǎo)彈射擊解算模型過渡簡化等問題，導(dǎo)彈射擊參數(shù)解算等過程中，理想條件假設(shè)多，與導(dǎo)彈實際使用環(huán)境、戰(zhàn)場動態(tài)目標(biāo)實際等存在一定程度脫節(jié)，無法為導(dǎo)彈提供基于“精確命中”的參數(shù)解算支持。

2.3 協(xié)同使用考慮少，需綜合運用籌劃

為了達(dá)成預(yù)期作戰(zhàn)效果，在具體對海作戰(zhàn)行動中，可能需要多枚同型導(dǎo)彈、異型導(dǎo)彈進行協(xié)同突擊，彈群整體作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃決策、單枚導(dǎo)彈作戰(zhàn)決策等，都需要根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)、平臺、導(dǎo)彈武器類型等進行實時在線綜合評估，給出多彈綜合運用方法建議，以及可能作戰(zhàn)效能，進而充分發(fā)揮多彈協(xié)同作戰(zhàn)優(yōu)勢，提高實戰(zhàn)效果。

3 艦艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用在線支持系統(tǒng)總體設(shè)計

艦艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用在線支持系統(tǒng)是基于艦艦導(dǎo)彈射擊指揮體系，結(jié)合戰(zhàn)場信息和艦艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)信息，通過動態(tài)更新戰(zhàn)場態(tài)勢、實時優(yōu)化解算作戰(zhàn)方案、平行仿真推演決策來實現(xiàn)對導(dǎo)彈射擊指揮的決策支撐［3］。決定了系統(tǒng)需要具有與艦艇指控系統(tǒng)之間較好的兼容能力、對輸入信息快速的處理能力、對決策方案有高性能的平行仿真推演能力，以及與指揮員、導(dǎo)彈系統(tǒng)之間強大的人機交互能力［4］。

3.1 總體功能設(shè)計

系統(tǒng)主要以艦艇指控系統(tǒng)實時傳輸信息、人工裝訂信息作為數(shù)據(jù)來源，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和戰(zhàn)場條件，利用建模解算、平行仿真推演等方法，在線實時對預(yù)定的捕捉、選擇、突防、航路等攻擊方案進行優(yōu)化，給出相應(yīng)的導(dǎo)彈射擊參數(shù)和攻擊方案要素等輔助決策建議，并通過可視化顯示實現(xiàn)人機交互。如圖1 所示，系統(tǒng)可由戰(zhàn)場信息更新子系統(tǒng)、在線決策支持子系統(tǒng)、攻擊方案推演子系統(tǒng)、可視化人機交互子系統(tǒng)四部分組成。

圖1 系統(tǒng)總體功能組成圖

1）戰(zhàn)場信息更新子系統(tǒng)

主要通過接收和處理艦艇指控系統(tǒng)或人工裝訂的各類作戰(zhàn)信息，包含環(huán)境信息、目標(biāo)指示信息、戰(zhàn)場態(tài)勢信息等，為系統(tǒng)各子系統(tǒng)提供所需的各類信息。

2）在線決策支持子系統(tǒng)

主要通過接收戰(zhàn)場信息更新子系統(tǒng)分發(fā)的信息，結(jié)合敵我裝備性能數(shù)據(jù)、預(yù)定攻擊方案，實時解算生成攻擊方案和相應(yīng)的射擊參數(shù)組，生成射擊方案，包含目標(biāo)捕捉方案、目標(biāo)選擇方案、末端突防方案等信息，為指揮員射擊指揮決策提供輔助支持。

3）攻擊方案推演子系統(tǒng)

主要通過構(gòu)建平行仿真系統(tǒng)，對在線決策支持子系統(tǒng)生成的攻擊方案進行超實時仿真推演，快速得到仿真推演的結(jié)果，分析比較各攻擊方案的優(yōu)劣，為指揮員確定攻擊方案提供建議［5～7］。

4）可視化人機交互子系統(tǒng)

主要是基于二維態(tài)勢地圖等手段，顯示當(dāng)前作戰(zhàn)信息、導(dǎo)彈攻擊方案、導(dǎo)彈攻擊仿真推演過程等信息，采用圖表等可視化形式，展示導(dǎo)彈射擊輔助決策的各項結(jié)果，為指揮員提供直觀、友好的人機交互體驗。

3.2 總體架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)總體架構(gòu)從兩個層面進行設(shè)計。

1）與指控系統(tǒng)之間的串行架構(gòu)設(shè)計

如圖2 所示，主要通過數(shù)據(jù)接入層與艦艇指控系統(tǒng)之間實現(xiàn)導(dǎo)彈攻擊方案的傳輸，及決策生成的導(dǎo)彈射擊參數(shù)與導(dǎo)彈武控系統(tǒng)之間的傳輸。

圖2 系統(tǒng)與指控系統(tǒng)之間的串行架構(gòu)圖

2）系統(tǒng)內(nèi)部的體系架構(gòu)設(shè)計

如圖3 所示，主要包含人機交互層、功能層、模型層、數(shù)據(jù)層和數(shù)據(jù)接入層。

圖3 系統(tǒng)體系架構(gòu)圖

（1）人機交互層

主要為指揮員提供直觀、可操作的圖形化人機界面，利用態(tài)勢地圖顯控插件展示戰(zhàn)場態(tài)勢、輔助決策、仿真推演等信息，以及地圖操控、作戰(zhàn)信息編輯、攻擊方案編輯等人機交互。

（2）功能層

主要包括戰(zhàn)場信息更新與處理、艦艦導(dǎo)彈射擊在線輔助決策、攻擊方案推演三大功能模塊，作為系統(tǒng)核心，專注于業(yè)務(wù)功能和業(yè)務(wù)流程的實現(xiàn)。

（3）模型層

主要包括支撐實現(xiàn)系統(tǒng)各功能所需要的算法與模型，其中，推演模型庫，用于支撐攻擊方案推演引擎計算，包括導(dǎo)彈推演模型、發(fā)射器推演模型；在線輔助決策模型庫，用于支撐實時艦艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用決策，包括目標(biāo)捕捉方案決策模型、目標(biāo)選擇方案決策模型、末端突防方案決策模型等。

（4）數(shù)據(jù)層

主要包括支撐實現(xiàn)系統(tǒng)各功能、模型所需要的各種數(shù)據(jù)，包括目標(biāo)情報數(shù)據(jù)、射擊平臺基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、艦艦導(dǎo)彈數(shù)據(jù)、導(dǎo)引頭數(shù)據(jù)、實時態(tài)勢數(shù)據(jù)、導(dǎo)彈攻擊方案數(shù)據(jù)、導(dǎo)彈射擊參數(shù)決策數(shù)據(jù)、推演態(tài)勢數(shù)據(jù)等。

（5）數(shù)據(jù)接入層

主要包括系統(tǒng)與外部進行數(shù)據(jù)交互的接口，其中，信息適配服務(wù)，用于實現(xiàn)指控系統(tǒng)的信息接入功能，通過網(wǎng)絡(luò)接收指控系統(tǒng)報文數(shù)據(jù)，并分發(fā)到系統(tǒng)內(nèi)部模塊；數(shù)據(jù)庫訪問服務(wù)，用于提供與數(shù)據(jù)庫的連接、數(shù)據(jù)操作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理與持久化。

3.3 運行流程設(shè)計

系統(tǒng)采用一體化、輕量級設(shè)計思想，運行流程如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)運行流程圖

1）用戶登錄：用戶在軟件啟動后，首先輸入用戶名/密碼驗證通過后，然后選擇對應(yīng)的平臺類型并加載相關(guān)配置信息，即可進入系統(tǒng)主界面。

2）參數(shù)讀?。喊ㄗx取本艦平臺參數(shù)、目標(biāo)平臺情報、導(dǎo)彈參數(shù)、戰(zhàn)場環(huán)境等基礎(chǔ)參數(shù)，和接收指控系統(tǒng)實時傳輸?shù)暮瑢崟r態(tài)勢數(shù)據(jù)。

3）戰(zhàn)場態(tài)勢構(gòu)建與顯示：融合處理戰(zhàn)場態(tài)勢數(shù)據(jù)，構(gòu)建戰(zhàn)場態(tài)勢，接收攻擊方案，并在態(tài)勢地圖上進行綜合顯示與編輯。

4）在線決策支持：用戶選擇某一攻擊方案后，調(diào)用實時輔助決策模型，依次計算生成目標(biāo)捕捉方案（包含最優(yōu)搜捕區(qū)、捕捉概率）、目標(biāo)選擇方案（包含選捕方法、選擇概率）、末端突防方案（包含發(fā)射數(shù)量、飛行航路、飛行高度等）及導(dǎo)彈射擊參數(shù)組等，并將決策結(jié)果通過態(tài)勢地圖、可視化圖表等方式進行顯示。

5）攻擊方案推演：當(dāng)?shù)玫捷o助決策結(jié)果后，平行仿真模塊進行超實時推演，超實時計算引擎調(diào)用推演模型，開展相應(yīng)的導(dǎo)彈攻擊過程仿真，包括艦艇機動、導(dǎo)彈發(fā)射、導(dǎo)彈飛行、導(dǎo)彈搜索、導(dǎo)彈捕獲、導(dǎo)彈選擇及目標(biāo)軟硬武器綜合抗擊等，產(chǎn)生推演態(tài)勢數(shù)據(jù)，并通過平行試驗協(xié)同軟件及態(tài)勢地圖進行可視化展示，直至推演完成。

6）任務(wù)效果評估：推演完成后，指揮員可根據(jù)任務(wù)執(zhí)行效果調(diào)整攻擊方案參數(shù)，重新進行輔助決策計算和超實時平行推演，直到打擊效果滿足任務(wù)要求。

7）決策方案應(yīng)用：指揮員將符合任務(wù)要求的最終方案，下發(fā)至指控系統(tǒng)和導(dǎo)彈武控系統(tǒng)，進行導(dǎo)彈發(fā)射最后準(zhǔn)備。

4 艦艦導(dǎo)彈作戰(zhàn)使用在線支持關(guān)鍵技術(shù)

4.1 基于深度強化學(xué)習(xí)的火力運用決策建模技術(shù)

目標(biāo)軟硬武器綜合抗擊條件下導(dǎo)彈突防方案決策的需要，對導(dǎo)彈彈型、彈量、導(dǎo)引頭配置、發(fā)射間隔等輔助計算結(jié)果的精準(zhǔn)性提出了高要求。如圖5 所示，以基于深度強化學(xué)習(xí)［8］的彈型彈量輔助計算模型為例，通過構(gòu)建基于導(dǎo)彈實彈射擊演習(xí)/試驗數(shù)據(jù)校準(zhǔn)的攻防對抗推演系統(tǒng)訓(xùn)練環(huán)境，使智能體在突防策略的驅(qū)動下生成動作、與環(huán)境交互、從環(huán)境中得到獎勵或者懲罰而不斷更新策略，通過迭代訓(xùn)練，形成基于態(tài)勢數(shù)據(jù)、滿足目標(biāo)毀傷概率的彈型彈量方案的智能體，即彈型彈量輔助計算模型。

圖5 基于深度強化學(xué)習(xí)的彈型彈量決策模型

4.2 導(dǎo)彈射擊參數(shù)平行仿真計算技術(shù)

傳統(tǒng)導(dǎo)彈射擊參數(shù)計算主要基于靜態(tài)作戰(zhàn)場景與裝備基礎(chǔ)性能參數(shù)，無法體現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢動態(tài)變化對導(dǎo)彈飛行、導(dǎo)引頭工作及目標(biāo)實施軟硬武器抗擊、機動規(guī)避等方面的影響，需要利用平行仿真技術(shù)提高射擊參數(shù)計算的智能性與自適應(yīng)性。其原理是利用復(fù)雜系統(tǒng)、智能科學(xué)及建模仿真等理論，構(gòu)建與導(dǎo)彈發(fā)射、飛行、捕捉、選擇、制導(dǎo)、對抗等物理過程一致的實體模擬系統(tǒng)，并利用平行試驗協(xié)同軟件實現(xiàn)與導(dǎo)彈實體模擬系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸［9～10］。通過對導(dǎo)彈發(fā)射后作戰(zhàn)過程進行虛擬平行仿真試驗，能夠?qū)δ恐妇取⒛繕?biāo)防御、海情氣象、島礁陸岸等影響因素，末端攻擊角、攻擊航路、捕捉模式、選擇模式等射擊參數(shù)，及其之間的交互影響進行聯(lián)動分析，使仿真計算結(jié)果更為科學(xué)、準(zhǔn)確。

4.3 導(dǎo)彈攻擊方案超實時推演評估技術(shù)

戰(zhàn)場戰(zhàn)機轉(zhuǎn)瞬即逝，對指揮決策的快速性提出了高要求。導(dǎo)彈攻擊方案超實時推演評估，是在平行仿真的基礎(chǔ)上，利用超實時任務(wù)推演評估引擎和克隆戰(zhàn)場態(tài)勢，實現(xiàn)多分支超實時平行推演及效能評估［6］。一方面，通過基于模糊敵情的多方案平行推演，結(jié)合導(dǎo)彈武器、戰(zhàn)場環(huán)境、目標(biāo)防御等多方面的規(guī)則，能夠精確預(yù)測各個候選攻擊方案的執(zhí)行效果，使指揮員在導(dǎo)彈發(fā)射前能夠直觀評估和比較多組可選方案，更為科學(xué)、精細(xì)地確定打擊方案；另一方面，還能夠針對不確定敵情，推演、預(yù)測方案態(tài)勢，便于指揮員及時動態(tài)調(diào)整攻擊方案和打擊計劃，直至達(dá)成作戰(zhàn)任務(wù)。

5 結(jié)語

本文基于復(fù)雜條件下艦艦導(dǎo)彈射擊指揮決策能力的提升，對復(fù)雜條件下艦艦作戰(zhàn)使用在線支持系統(tǒng)進行了體系設(shè)計，通過決策交互、仿真支持等過程，構(gòu)建了系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)。但是艦艦導(dǎo)彈對海打擊指揮決策能力的提升除了取決于裝備的先進性還取決于作戰(zhàn)指揮模式和編隊協(xié)同模式的科學(xué)性。但由于整個系統(tǒng)仍然處于試驗驗證階段，后續(xù)系統(tǒng)研發(fā)后將實際參與訓(xùn)練實踐，不斷優(yōu)化系統(tǒng)對艦艦導(dǎo)彈射擊指揮的精細(xì)化輔助決策支持。