多弹联合快速任务规划系统设计

林福良，宋 颖，王建宏，张 超

(1.北京控制与电子技术研究所信息系统工程重点实验室，北京 100038;2.解放军驻国营699厂军事代表室，北京 100039)

现代战争已经发展到系统、体系或网络的对抗，导弹集群协同联合作战是其重要组成部分。建立在高新技术基础上的多弹联合任务规划的筹划活动在近几场局部战争中崭露头角。联合火力的有效协同，不仅能够做到优势互补，而且还能实现整体效能倍增。如何综合运用现有导弹武器装备并通过联合任务规划提高或形成超预期的实战能力，是导弹武器装备发展领域亟待解决的难题。新的战争形态和新技术、新方法催生出了新的作战需求，当前的任务规划要求多弹联合规划，实现效能最优;战场态势瞬息万变，要求规划时间短;根据作战需求，可随时进行任务重规划。本文基于新的作战需求，探讨使用新的技术手段实现多弹联合快速任务规划的新方法。

1 多弹联合快速任务规划作战需求

现有任务规划系统主要存在的以下几个问题。

1)各武器系统单独作战

此前，不同体制的武器系统通常建设各自的任务规划系统，同时各型号武器常单独配置任务规划系统。但是未来高技术战争是体系化的战争，是体系与体系的对抗，取得作战胜利的决定因素不再局限于单件武器的现代化水平，而是如何应用武器装备体系快速形成体系作战能力，以及如何快速适应千变万化的战场环境。

2)计算量大、规划时间长

目前，困扰任务规划系统的关键问题之一是计算时间问题，一些型号武器对作战任务进行规划的时间超出预期。在稍纵即逝的战场环境中，如果任务规划系统不能在短时间内快速有效地做出反应，很容易给敌人喘息之机，而贻误战机。

3)通常只进行射前任务规划

当前一些型号的任务规划系统在导弹发射之后便无法再对其进行控制，尤其是对于可移动的目标，射前的信息保障误差较大，信息保障能力较弱，很难准确地锁定目标，并且没有一个很好的机制对一次打击任务的作战效果做出快速评估并进行第二波次的打击规划。通常两次规划的时间间隔较长，很容易使敌方抓住时机进行反击。

信息化战争需要整体效能最优的武器装备体系的支持，强调的是作战力量的整体实力，单件武器系统效能的好坏对作战胜负的影响越来越小，武器装备体系的整体效能、国家军事整体实力的强弱是决定战争进程和结局的关键。

2 多弹联合快速任务规划系统主要特性

要满足多弹联合快速任务规划的作战需求，需要采用新的技术手段，制定合理的多弹联合攻击过程，实现高效、快速、灵活、可视化的多弹联合攻击，本文提出了一套多弹联合攻击的过程，如图1所示。

图1 多弹联合攻击过程

由此可见，多弹联合快速任务规划系统的主要特性可以概括如下:

1)多弹联合任务规划，避免各个武器系统单独作战

在军事应用中，为了使摧毁目标的概率最大，通常需要实施饱和攻击，即同时从不同方向对目标进行攻击。解决多弹种、多目标协同控制中的任务分配和资源调度问题，实现多弹联合作战方案制定，促进各个武器系统效能的最大化，避免各个武器系统各自为政，单独作战。

2)快速制定火力实施方案，缩短任务规划时间

对作战时机的筹划，意味着必须快速进行弹道规划，制定火力实施方案，缩短任务规划时间，才能抓住稍纵即逝的作战时机。

3)实现动态网络环境下实时任务规划

战场态势的变化是多样的，侦查探测的信息也在不断更新，随着敌情和战场态势的变化，可随时进行作战任务规划，对提高整体作战效能是不言而喻的。

4)根据效果评估结果，支持多波次任务规划

随着侦查手段的多样化，对战后效果评估的准确性也在不断提高，根据效果评估的结果，进行多波次的任务规划和攻击，是高科技条件下必备的手段。

3 实现多弹联合快速任务规划系统的技术手段

多弹联合快速任务规划系统支持多弹种、多种目标、多波次的打击规划，并满足联合作战、快速反应的要求，其实现的技术手段是本文要讨论的主要问题。

多弹联合快速任务规划方法主要包括:1)基于建模理论和优化理论进行火力计算模型的建设;2)采用仿真的方法，构建目标体系模型;3)弹地数据链和弹间数据链技术是作战任务重规划的保障;4)基于图像匹配、分析处理技术的打击效果评估，为多波次的任务规划提供依据;5)软总线技术提高软件计算、运行能力。

3.1 基于火力计算模型的多弹联合任务规划

常规导弹联合火力打击中目标与火力分配需要回答2个方面的问题:1)火力分配，即确定打击不同目标需要使用的弹型、战斗部及导弹数量;2)任务划分，即各导弹部队所要打击的目标、发射导弹的数量以及使用的作战区。火力分配模型中，考虑参战的弹型及其可分配的导弹数量是不确定的，结合导弹造价、目标毁伤代价和目标毁伤程度要求3个方面因素，建立相应的优化指标函数。

在火力分配优化问题中，一方面尽量要求所消耗的弹量越少越好;另一方面尽量要求所打击的目标价值越高越好，同时满足所打击目标的毁伤要求。模型在弹量满足条件的情况下可以确保完成对目标的打击任务要求，同时也可以在完成打击任务要求的前提下节省一些弹量。建立火力计算模型对增强常规导弹任务分配的科学性、合理性，避免弹药或兵力的浪费，更好地发挥常规导弹部队作战效能，提高作战效果具有非常重要的现实意义。

3.2 基于目标体系模型的快速弹道规划

信息化条件下衡量部队作战能力的一个重要指标就是战场快速反应能力。这对指挥信息系统中任务规划系统的快速决策能力提出了更高要求，而如何提高任务规划系统的快速决策能力，首先是要有一个制定快速任务规划的方法。

对于固定目标来说，快速任务规划的瓶颈问题在其图像匹配的仿真计算部分，一次仿真需要很长时间。而通过构建目标体系模型(包括目标点信息、对应的图像匹配信息以及防御信息等)，找到相对该固定目标的可匹配区域和防御区域的范围，研究不同类型雷达和不同防御条件下的弹道与可匹配区域和防御区域的空间对应的关系，建立目标体系模型数据库，将以往通过仿真的规划方式转变为模型构建的方式，可以大幅减少规划时间，实现快速任务规划。

3.3 基于数据链的作战任务重规划

远程导弹弹载数据链是面向远程精确打击的作战使命/任务，基于远程通信手段，动态连接传感器平台、指挥控制平台及飞行中的导弹武器，以高效的消息格式实时交换探测信息、状态信息、目标指示信息和飞行控制指令的专用数据链。

通过建立基于数据链的任务规划系统，在导弹飞行过程中用实时信息再装订技术，实现对远程目标参数的重新装订，通过改变导弹的飞行弹道达到对运动中的目标进行精确打击的目的，进行作战任务的重规划。

3.4 基于图像分析的打击效果评估

打击效果评估是指及时、准确地评估因运用军事力量而造成的预定敌方目标的毁伤效果。影响打击效果评估的主要因素包括打击前后的图像质量、配准精度和变化检测3个方面。通过图像高精度配准和变化检测技术，分析打击前后的图像变化以及目标特征的变化与毁伤等级的对应关系，来实现快速准确的打击效果评估。

可利用基于区域灰度相关的图像匹配算法分析打击前后图像的变化，并根据打击前后图像区域目标特征变化大小，确定目标的毁伤程度。基于区域灰度相关的图像匹配算法的基本思想是:在参考图上逐像素滑动实时图，计算实时图与其覆盖的参考图子图间的相关系数;遍历全图后，相关系数构成相关面，根据相关面中的极值点反演最佳匹配位置，该算法能够大幅度降低运算量和存储时间。基于图像分析的打击效果评估技术，可以最大限度地优化火力、提高战役资源利用率、节约战争成本。

3.5 基于打击效果评估的多波次任务规划

利用侦察装置将导弹的毁伤效果和战场态势信息进行实时探测及回传，任务规划系统接收到毁伤图像及有关信息后，将此图像与毁伤之前的图像进行高精度配准比对，得出毁伤结论，并根据毁伤结论对前期规划结果进行调整，做出第二波次打击的决策。任务规划系统根据回传的探测信息快速做出毁伤效果评估，可为第二波次打击提供最直接的决策依据，从而缩短两次规划的时间间隔，为达成预期作战目标赢得时间。

3.6 基于信息软总线的实时业务调度

实时业务调度服务实际上是应用了实时信息分发技术(DDS)，将数据和业务信息打包成统一信息格式，在各应用间进行数据交互和业务流程的实施。实时信息分发技术规范了分布式实时系统中数据发布、传递和接收的接口和行为，定义了以数据为中心的发布/订阅(Data-Centric Publish/Subscribe)机制，提供了一个与平台无关的数据模型，该模型能够映射到各种具体的平台和编程语言。该技术是一种轻便的、能够提供实时信息传送的中间件技术。其目的是简化分布式系统中数据的有效发布，它主要应用在要求高性能、可预见性和对资源有效使用的关键任务领域。

实时业务调度服务通过以主题数据为中心的发布-订阅模式，将数据信息及业务信息打包成统一信息格式，在各模块间建立一条信息传输软总线，使各应用之间通过一种统一标准的接口进行实时数据交互，并保证业务流程有序进行。

3.7 可视化任务规划技术

通过建立基于地理信息的态势规划系统，使整个战场态势更直观，规划过程更清晰;用三维可视化技术实现仿真演示系统，在任务规划系统运行过程中，实现规划结果的三维显示与交互，通过建立目标毁伤模型和突防模型，使作战人员直观、形象地了解任务规划系统执行的状态，研究中间结果及成果的可用性等信息。以超大规模三维地形可视化、三维虚拟数字地球模型和基于三维的人机交互为基础，实现可视化仿真，嵌入到任务规划系统中，推动系统高效运行。

4 多弹联合快速任务规划系统总体框架

多弹联合快速任务规划系统在建立各类基础数据库的基础上，通过接收上级作战任务和作战要求以及情报保障系统的各类保障信息(包括战场环境、部队装备信息、目标信息等)，进行任务规划作业。系统在搭建快速计算平台和三维显示平台的基础上分为2大部分:应用级规划和技术级规划。其中:应用级规划系统通过火力模型计算，形成包括火力方案、目标分配方案以及打击方案在内的各类规划方案，之后进行任务拟制并下发到各技术级规划系统;技术级规划系统接收到任务后进行弹道规划、毁伤分析以及方案优化等作业，并对规划结果进行效能评估。系统中各模块之间的任务调度及信息传递通过业务调度服务实现。系统总体框架如图2所示。

图2 多弹联合快速任务规划系统总体框架

4.1 硬件组成

硬件系统包括图形工作站、服务器、高性能微机、交换机、高分辨率彩色显示器、投影设备等。其中:图形工作站主要完成图像处理及显示功能，负责生成任务预演及回放模块所需的三维地理图像、导弹运动状态和进行弹道的显示;地理信息服务器主要存储及处理数字地图数据;计算服务器主要完成导弹参数及图像匹配计算等;高性能微机主要完成各地面规划任务;规划得到的任务数据由相关的海量存储设备进行存储与备份。值得注意的是:新增了数据通信系统，通过数据链路与卫星或预警雷达等进行实时通信;导弹通过数据链与卫星进行通信来获得新的目标定位信息和毁伤图片的回传。整个作战任务规划的硬件通过以太网络联接在一起。系统硬件组成如图3所示。

4.2 软件组成

为了满足计算量大、实时性高、可视化、易用性、易维护性和通用性的要求，多弹联合快速任务规划系统采用层级体系和分布式架构模式。整个系统分4个层次设计，分别为数据层、服务层、业务层和表示层，系统软件组成如图4所示。

1)数据层

数据层包括预案库、算法库、业务库、模型库以及空间数据库等数据库。其中:预案库用来存储各模块计算的成果，包括规划成果、打击方案成果等;算法库用来存储算法数据，例如捕获概率算法、突防概率算法、火力解算算法等;模型库用来存储目标模型、武器模型以及三维模型等;业务库用来存储与业务相关的数据包括文电数据、环境数据以及一些基础参数数据等;空间数据库用来存储与地理信息相关的空间数据、属性数据等。

2)服务层

服务层提供模型计算服务、弹道计算服务以及业务调度服务等。其中:弹道计算服务通过最优的CPU分配方式为上层模块提供计算服务，以提高任务规划的效率;业务调度服务通过发布/订阅的模式为各个模块提供一种交互渠道，使得各模块之间能够通过一种统一的、标准的接口进行数据交互，有效提高系统资源利用率，同时业务调度服务可根据收发的数据类型控制任务规划的流程，调动各应用模块按流程执行规划任务;模型计算服务通过建立火力分配模型，为火力规划系统提供火力计算服务，使规划系统能够在较短时 间内生成火力方案。

图3 多弹联合快速任务规划系统硬件组成

图4 多弹联合快速任务规划系统软件组成

3)业务层

业务层分为应用级规划和技术级规划2大部分。其中:应用级规划部分包括目标分析子系统、火力规划子系统、信息保障子系统和武器特性分析子系统等4部分;技术级规划部分包括技术规划子系统和仿真子系统2部分。各模块在实时信息分发服务的调度下完成规划任务。

4)表示层

表示层包括态势指挥和仿真推演，整个任务规划系统在二维/三维态势的基础上进行，使用户能够直观方便地查看整个战场态势情况，并作进一步的规划作业;规划结果通过三维仿真的方式进行仿真验证，并对于不满足要求的规划结果进行返回，做方案调整后重新验证。

5 结束语

海湾战争以来的军事斗争实践表明，单件武器装备的能力总是有限的。因此提高武器装备体系的整体作战能力，是获取信息优势和决策优势进而获得战争主动权的基本保障。构建多弹联合快速任务规划系统能够实现多弹种、多种目标、多波次以及联合任务规划，具有实时、快速、可视化以及通用的特点，是未来多种型号武器的任务规划系统的发展方向。

［1］ 严江江，袁鸿翼，关世义，等.体系对抗下的任务规划技术［J］.战术导弹技术，2010(3):12-15.

［2］ 李北林，刘玉洁，李安兴.火力打击时敏目标的方案实时制作设想［J］.火力与指挥控制，2008(10):5-8.

［3］ 马向玲，高波，李国林.导弹集群协同作战任务规划系统［J］.飞行力学，2009(1):1-5.