外军任务规划系统分析与启示＊

陈炳峰

（海军装备部驻武汉地区军事代表局 武汉 430064）

1 任务规划系统

1.1 军事需求

任务规划系统在诸多军用领域存在广泛的应用需求，包括无人作战平台、深空探测、巡航导弹远程精确打击、多机协同作战、高分辨率对地观测等不同的军用领域。总的来说，任务规划系统的军事需求可概括为以下几个方面。

1）无人作战系统任务规划

通过集中或分布的协同控制，对无人作战系统进行有效的任务分配和调度，完成多个无人作战平台的运动轨迹、航迹规划，发挥多个无人作战平台的协同作战效能。

2）导航卫星系统星地一体任务规划与资源管控

以地面主控站为核心，以星地链路和星间链路为纽带，实现对星座业务、各类地面站资源以及链路资源的统一管理、优化调度和协调控制，保障整个卫星导航系统的稳定运行。

3）深空探测系统任务规划

在全局上依托星际链路技术，对整个分布式航天器系统的任务进行自动规划和调度，优化航天器资源的利用，降低对地面测控资源的依赖。在局部上依据全局任务规划方案的指导，在时间期限和能源约束等条件下，对单个航天器的具体动作进行自主规划，实现对航天器的自动控制。

4）巡航导弹远程精确打击任务规划

初期仅在巡航导弹发射前，根据航线地图、图表和测地数据及情报信息，运用先进的处理手段制作巡航导弹的攻击航线和导航程序。目前先进的任务规划系统允许在战术导弹飞行过程中改变攻击目标、改变飞行航迹并进行战斗毁伤评估，支持人在回路控制。

5）多机协同作战任务规划

根据战略或战术任务要求，以多机种协同和信息网络为基础，制定己方作战飞机的攻击计划和协同方案，实现优化利用和配置各种空军作战资源。

6）高分辨率对地观测系统协同任务规划

统一受理各级用户的高分辨率对地观测需求，对天基、临近空间、航空观测资源和数传资源进行统筹的协同规划与调度，并监视天基、临近空间、航空平台有效载荷的技术状态和工作状态，协调控制地面系统任务的执行，保障系统安全高效运行。作为地面系统的神经中枢，具有分析用户需求、辅助指挥决策、控制任务实施的作用，是保障高分天基系统安全高效运行的关键。

7）卫星侦察监视系统的任务规划与调度管理

根据上级指令和侦察任务要求，完成侦察任务规划、卫星侦察计划制定、卫星有效载荷控制、侦察数据接收站网接收计划调度和星地系统工作状态监视。

1.2 系统内涵

从上述军事应用需求可归纳概括出任务规划系统的内涵，即在综合考虑作战资源能力和任务要求的基础上，生成能达成使命的行动计划，为各行动分配资源，确定行动起止时问，排除资源使用冲突，最大化行动效益，并对计划执行过程进行监控和适应性调整，确保计划的顺利执行。

根据规划的活动和资源来区分，任务规划系统主要包括感知网络任务规划和交战网络任务规划。前者规划的活动是信息的获取、传输、处理等内容，规划的资源是携带各种传感器载荷的天、空、地、海等移动或静止平台；后者规划的活动是攻击和保障力量的使用、部署以及移动路径等，规划的资源是人、各种武器系统及火力。

1.3 功能结构

下面以美军的飞机任务规划系统为代表，分析系统的典型功能结构。图1给出了美军飞机任务规划系统的功能结构。

图1 美军的飞机任务规划系统结构

从图1中可以看出，系统主要包括20个功能模块，每个模块都有专属的人机交互终端。

1）威胁数据处理

从飞行中队的智能计算机系统中接收指定格式的威胁数据，通过威胁过滤器，分解处理，并将数据中包含的威胁系统信息与已有的威胁模型比较，判定威胁系统的种类，以及是否为新的威胁系统，处理完毕后将结果存储到数据库中。

2）任务信息处理

从飞行中队的智能计算机系统接收固定格式的任务数据，包括目标点和指定的航线中间点、机载武器、到达目标的时间要求和战场事物的三维坐标。

3）空中协同数据处理

完成作战飞机与其他空中、海上、地面友军作战单位的协同信息数据的处理，避免误伤己方作战人员和作战双方的平民，避免不必要的破坏和在国际上的不利影响。

4）气象数据处理

接收对飞行员执行任务产生影响的气象数据，包括起点区、途经区域、目标区的气象状况，以及可能对机载武器的顺利发射和对地面目标命中精度产生不利影响的气象状况。

5）威胁级别评估

威胁级别评估是任务规划系统的关键部分，任务规划系统大量、充分考虑任务执行区域的地形地貌地物、防空火力分布、防空武器类型、作战飞机性能、目标分布、气象条件、政治因素限制区域等因素，计算评估任务执行区域各处的威胁级别，生成用于飞行突防航线规划和任务规划的威胁空间。

6）航路生成与优化

根据飞行任务、威胁、天气、空中位置及地形数据等各种因素产生最佳路径，分为路径生成和路径优化两个过程。能够自动生成路径，或允许以手动方式输入航路点。

7）航路评估

评估作战计划中突防过程的威胁程度，确定突防路径对威胁的暴露程度，进而确定突防路径的威胁值。该过程基于反映威胁分布状况的威胁空间来进行。

8）飞行计划生成

在经过威胁评估的路径基础上，计算飞机沿路径各点的燃油消耗，生成与突防路径点和时间节点相关的飞行计划，用于提供飞机机载燃油智能管理系统。

9）攻击计划生成

依据飞行计划，生成攻击计划，提供每一条攻击和返航路径上的飞机集结点、空中加油点、护航机占领制空权跃升点、电子干扰施放点、机载武器发射与投掷点等，并提供飞行过程中所路经各点的彩色条纹地图和环境背景。

10）机载雷达探测

主要呈现飞机在沿规划路径飞行时机载地面成像雷达探测到的成像效果。基于地形遮蔽和图像成像，是对飞机前方的地形，机载成像雷达所生成的图像仅与飞机前方的地形轮廓有关。

11）电子-光学／红外探测

主要描述飞机机载电子设备—光学、红外传感器在规划路径上的探测情况。探测结果以电子-光学／红外线频谱的方式显示在规划路径的关键点上。

12）地面电子战作战效能评估

用于计算攻击方地面电子战系统对威胁空间产生的影响，是任务规划系统在路径规划阶段必须考虑和解决的问题。

13）机载电子战作战效能评估

用于计算攻击方作战飞机的机载电子战系统对敌方地面防空雷达和敌方电子战系统的压制效果，计算结果用于突防路径规划。

14）三维建模

主要生成飞机沿规划路径飞行时的三维图像，包括地形三维图像、驾驶员的动态三维视景、飞行轨迹的动态三维视景等。

15）非制导武器发射和投掷计算

非制导武器主要是指常规自由落体炸弹，包括常规低阻炸弹、高阻炸弹和自由落体集束炸弹等，非制导武器发射和投掷将产生这些武器投掷时的弹道等相关信息，确定投放地点、速度和高度，提高对地攻击精度。

16）制导武器发射和投掷计算

制导武器主要包括空对地巡航导弹和制导炸弹，采用GPS定位制导、电视制导、惯性制导、激光制导以及多种制导方式共用的复合及多模制导等，是进行精确打击的主要攻击武器。制导武器的投掷将产生所需要的目标信息，并根据攻击目标要求、生存要求、突防航线规划等，计算制导武器的发射或投掷位置。

17）数字地图和图像显示

产生飞机导航图表和数字照片图像，包括在系统整个运行过程中实时提供图像，显示路径、威胁、所限定的行动区域以及其他地图上的信息，能够更改地图数据，显示数字地图照片，允许从局域网中接收数字地图照片。

18）数据传送装置的读写

是系统的外围设备，通过此接口，系统中与任务有关的数据能够传送到数据磁带。数据磁带由飞行员带上作战飞机，以保证地面MPS系统和作战飞机的机载战术飞行管理系统能够协调一致，信息同步。

19）用户终端

指系统的用户操作终端，该终端具有良好的人机交互功能，提供产生菜单、图形界面和在线帮助等，有利于提高工作效率，减少错误发生。

20）数据库管理

存储系统所需要的所有数据，并完成相关的数据库的管理和操作，其中涉及的数据包括以下三类：用户输入的数据、其他系统传送来的数据、系统自身生成的数据。

1.4 关键技术

任务规划系统涉及到需求分析、规划调度与优化、建模仿真、效能评估、信息处理、遥感、智能控制、可视化等诸多方面的关键技术。其中，核心的关键技术主要有以下几点。

1）基于约束的规划方法

现实中的任务规划与调度问题通常都是组合优化问题，而且约束条件复杂，基于传统数学规划的建模求解方法难以适用。约束规划是近年来由人工智能、运筹学以及计算机科学等多学科交叉所产生的技术领域，其涉及对现实生活中若干类问题特别是组合优化问题进行建模、求解和程序设计的各个方面，特别适应于任务规划问题的求解。

2）建模评估技术

从计划生成、推演与评估的内在需求出发，按照统一的规范、标准与系统工程的思想方法，建立计划模型体系，设计、构建、开发和共享各种模型资源。

3）任务计划推演技术

基于现代仿真技术，通过计划与仿真系统的有机集成，结合地理信息系统，以二维或三维的形式显示仿真环境中资源、目标位置、以及侦察探测、目标运动、通信连接等仿真事件，提供各类平台、载荷、地面站工作状态、侦察计划、通信计划、测控计划的执行情况和仿真结果，实现任务规划方案的时空推演和作战应用效果的分析。

2 国内外发展现状

2.1 外军发展现状

美军是较早研究和开发飞行器任务规划系统的军队之一，系统版本较多。主要有：1980年开始装备计算机辅助任务计划系统CAMPS，1983年完成基于UNIX 的任务支持系统的开发，1989年完成基于PC 的任务支持系统的开发，1992年研制成功空军任务支持系统AFMSS，1996年完成Windows环境下的便携式飞行计划软件PFPS，1998年海军任务规划系统NavMPS定版，2002年研制出用于陆、海、空三军联合任务规划系统JMPS。

1）空军任务支持系统AFMSS

美国空军装备的战术级任务规划系统称为MSS任务支援系统。MSS系列经过了实战考验，并根据实际需求和环境条件变化，经历了MSS II、MSSIIA、MSS II＋到MSS II Block一系列的发展，最新的空军任务支援系统AFMSS称为BLOCK C，具有更强的信息处理、任务计划生成和显示交互能力。

AFMSS系统由便携式飞行规划系统PFPS、任务规划系统MPS和便携式任务规划系统PMPS等组成，是为空军固定和旋转翼飞机和制导武器提供自动任务计划的支援系统。AFMSS能作为一个独立系统，或同其它信息指挥系统联结使用。系统软件考虑到地形、天气、飞机机动能力和敌方火力威胁等因素约束，并根据已知敌方目标的位置和类型，结合具体飞行器的武器分发和燃料需求计算，估算出其航路。另外，计划者还能考虑到运用其它飞机拦击敌机的计划配合，具有任务检查、打印功能，并能为机载航空电子控制系统上载任务计划，进行任务结束后任务下载、回演。其任务计划工具包括：战斗、航路和空投计划、武器分发、目标计划、雷达预警、威胁分析、全程飞行路线三维预演、任务计划数据装载与下载。

2）海军任务规划系统NavMPS

海军任务规划系统NavMPS 能够快速地处理大量的数字化地形、威胁和环境数据，主要为美国海军部队和陆战队的无人飞行器、远距离武器、固定翼和旋转翼飞机，提供自动化的任务规划和航路优化。任务规划者可以使用NavMPs强大的数据库，快速创建合适的任务规划。例如，条幅式的图表、雷达预测、飞行计划以及任务加载数据等。这大大减少了任务规划和武器系统的前期准备时间，提高了圆满实现任务的可能性。为了满足多种武器系统的任务规划需求，增大NavMPS的速度和灵活性，软件采用模块结构设计。

3）海军陆战队任务规划系统MOMS

美国海军陆战队的任务规划系统称为“地图、操作、维修站系统”，简称MOMS，该系统主要用于支援AV-8B攻击机，并在实战中得到了较为成功的应用。

4）海军巡航导弹任务规划系统APS

美军为其“战斧”通用巡航导弹提供了海上规划系统APS，又称战区任务规划中心，专用于“战斧”巡航导弹的作战规划。APS主要包括战术规划系统TPS、数字图像工作站DIWC、任务分配系统MDS和武器控制系统ATWCS四个部分。

5）陆军任务规划系统TMPW

美军还为其陆军提供了基于地形的任务规划系统TMPW。TMPW 主要用于营级陆军部队，用于实现战区可视化、分析和判读地形数据、作战状况、气象数据和干扰信息等，制定地面部队的攻击规划。

6）联合任务规划系统JMPS

美军研制出联合任务规划系统JMPS，主要是将海军任务规划系统NavMPS、空军任务支持系统AFMSS 和特种部队行动计划和预演系统SOFPARS一起移植到基于国防信息高速公路的一体化软件平台，目的是为三军联合作战提供任务规划系统。JMPS系统主要用来制定飞行威胁分析、飞机航路、攻击协调等航空任务计划。

2.2 我军发展现状

在我国，任务规划的研究才刚刚开始，许多技术尚处于研究探索阶段。目前，我军主要侧重于任务规划系统中的技术理论与算法研究，例如资源冲突消解算法、自组织动态任务规划方法、战术决策支持系统、任务规划问题建模与优化技术等，尚未开发出技术成熟、实践应用的任务规划系统。

海军航空工程学院针对无人机任务规划技术进行了一些初步研究，提出了一种基于遗传算法的航路规划优化方法，并开发了一个仿真软件进行算法验证。

南京理工大学对制导航弹的任务规划系统设计也进行了一些研究，提出了一种任务规划系统的设计方案，但并未对该方案予以实现和验证。

此外，国防科技大学、北京航空航天大学在任务规划技术方面做了一些综述性的分析与研究，并提出了一些任务规划系统的发展趋势和建议。

3 结语

目前外军任务规划系统在战术适用方面已获得较大成果，今后有待于在战略应用方面取得突破，要求能在极短时间内为高级指挥员的分析决策、全面评估新威胁、辅助执行作战计划等方面发挥作用。特别是在未来网络中心战模式下，更要发展战略级任务规划系统，该系统能够利用强大的计算机信息网络，将分布在广阔区域内的各种传感器、指挥中心和各种武器合成为一个统一高效的大系统，实现战场态势和武器的共享；同时融合来自侦察卫星、侦察飞机、预警机或其它飞机、水面舰艇、潜艇、通信情报、其他情报部门和地面侦察部队获得的各种目标信息，迅速、全面、可靠地洞察整个战场的局势，互相协同，指挥各个平台的武器，以更快的指挥速度、更高的杀伤概率实施连续作战。

借鉴外军任务规划系统的发展历程，针对我军发展现状，给出以下启示：

1）加大在战术层面上的研究力度，理论研究与应用系统开发双管齐下

在战术层面上，继续深入研究任务规划系统的基础理论模型与规划优化算法，形成完备的任务规划系统技术框架体系。在此基础上逐步开发各军种、不同作战层面的战术任务规划系统产品，并采用系统集成方法建立一体化的三军联合任务规划系统。

2）紧跟前沿技术发展，在战略层面上进行任务规划系统的探索性研究

在战略层面上，紧跟国外任务规划系统的前沿技术发展，学习借鉴国外相关技术领域的先进理念和作战思想，进行战略级任务规划系统的探索性研究，例如开展战略级任务规划系统的能力需求、功能分解、体系结构、运行模式等预研性质的研究。

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