分布式多平台态势一致性的实现机制*

石教华

（中国电子科学研究院，北京100041）

分布式多平台态势一致性的实现机制*

石教华

（中国电子科学研究院，北京100041）

联合作战是现代战争的主要作战形式，参与联合作战的平台之间需要进行情报共享，形成协同一致的战场态势图。重点研究了Link16在分布式多平台之间实现态势一致性的机制，分析了其总体思路、采用的处理流程和方法、使用的消息种类、存在的问题和不足，并结合我军实际，提出了分布式多平台态势一致性的系统架构和实现方法。

态势一致性，航迹融合，分布式多平台，战术数据链

0 引言

现代战争的形式已经从传统的平台中心战转为网络中心战，信息化条件下的联合作战成为作战的主要形式，其基本特征是采用分布互联、多维一体的战场信息网络将战场态势感知系统、指挥控制系统与武器平台融合为一体，形成立体化的联合作战体系。战争的胜负不再依赖于特定武器装备的先进程度，而取决于整个作战体系的对抗结果，战场态势感知、共享与信息对抗能力成为克敌制胜的关键因素［1］。

战场态势是作战决策的依据，各作战平台获得战场目标的公共的、连续的、清晰的航迹信息是联合作战的关键。美军集成架构行为模型（IABM）［6］中对态势一致性的内涵作出了明确的定义：

①每一个被探测到的目标具有唯一的航迹号和相关的属性信息（位置、速度、敌我等信息）；

②每一条航迹在存续期内属性信息始终保持一致；

③每一个作战平台得到同一条航迹的信息是相同的。

实现态势一致性的基本方法有两种，一种是集中式情报处理，另一种是分布式情报处理［2］。集中式情报处理是将所有战场态势信息汇集到处理中心，进行统一处理，然后再发布给其他作战平台。其优点是协议简单，没有复杂的处理规则，能够保证态势的一致性；缺点是容错性和抗毁性较弱。分布式情报处理是各作战平台独自处理本平台的战场态势信息，按照一定的规则和协议进行态势共享和分发。其优点是没有中心节点，抗毁性较强；缺点是处理协议较为复杂，对系统的集成要求较高。

Link16是美军联合作战使用的主流战术数据链，与Link 4A、Link 11、Link 11B一样，Link16的基本用途也是在作战平台之间交换实时战术数据［3］。Link16采用分布式情报处理模式来实现作战平台之间的态势一致性。MIL-STD-6016［4］消息标准和CJCSM 6120多链操作规程（JMTOP）［5］详细规定了作战平台发送消息和接收消息的处理要求，但是对态势一致性的实现机制没有进行明确阐述。不搞清楚Link16态势一致性的实现机制，就不能正确合理地运用MIL-STD-6016消息标准，也就不能够保证作战平台之间态势的一致性。本文重点研究Link16在分布式多平台之间实现态势一致性的机制，分析其总体思路、采用的处理流程和方法、使用的消息种类、存在的问题和不足，并结合我军实际，提出了分布式多平台态势一致性的系统架构和实现方法。

1 Link16态势共享机制

1.1总体思路

Link16数据链与态势共享有关的消息主要包括：

①监视类消息J3.X；

②PPLI消息J2.X；

③航迹管理消息J7.0；

④相关/解相关消息J7.2；

⑤数据更新请求消息J7.1。

图1 Link16数据链态势共享机制

Link16数据链态势共享的总体思路如图1所示，通过推送（Push）方式将本平台发现的目标航迹发送出去；通过拉（Pull）的方式从其他平台请求目标航迹信息；通过航迹管理消息消除平台之间态势信息的不一致。

公共航迹（Common Track）是指本地航迹与远端航迹相关进行合并处理后形成的综合航迹。公共航迹是两个或两个以上的平台同时探测到的目标。对于公共航迹，为了避免重复报告，采用报告权限控制的方法确保同一个目标只有一个平台具有航迹报告权限。

1.2航迹报告流程

每个平台的航迹库中，包含3类航迹信息：本地航迹、远端航迹和公共航迹。本地航迹是本平台发现的目标航迹，远端航迹是其他平台探测到的目标航迹，公共航迹是本平台和其他平台共同探测到的目标航迹。

对于本地航迹，只要它与远端航迹不相关，则认为只有本平台探测到该目标，本平台具有报告职责，向其他平台推送（Push）航迹报告。

对于远端航迹，如果与本地航迹不相关，则认为是其他平台探测到的目标，本平台将其补充到本地航迹库，本平台不具有远端航迹的报告职责。

公共航迹是本地航迹与远端航迹融合后生成的航迹，是本平台和其他平台共同探测到的目标，需要根据报告职责来确定是否推送航迹报告。

航迹报告流程如图2所示。

图2 航迹报告流程

1.3报告权限控制

在进行态势共享过程中，有些作战平台只接收态势信息，有些作战平台不仅从其他平台接收态势信息，同时需要发送本平台感知的态势信息。对于只接收态势信息平台，只需要将接收到的态势信息融合到本地态势信息中。对于既能接收又能发送态势信息的平台来说，就需要对态势信息进行选择和过滤，只发送那些对整体态势有贡献的信息。因为，如果每个平台都将所有态势信息发送到数据链上，势必造成信息的大量冗余和链路的堵塞。

MIL-STD-6016规定了以下航迹报告的基本原则：

①确保只有一个平台报告一条航迹，而其他的平台可以跟踪该航迹，但不报告。

②确保只有一个具有报告职责的平台，且具有报告职责的平台具有该航迹最好的位置信息。

只有拥有报告职责的平台才能报告航迹信息，如何确定哪个平台具有报告职责呢？MIL-STD-6016通过航迹质量（TQ）这个指标来进行报告职责鉴定。关于航迹质量的计算请参考MIL-STD-6016，这里不作详细介绍。

报告职责的确定遵循以下规则：

①如果目标只被一个平台探测到，则生成该目标航迹的平台具有报告目标航迹的职责。

②如果目标被多个平台探测到，则比较每个平台生成的目标航迹质量，由航迹质量最高的平台报告目标航迹。

③如果多个平台探测到同一个目标，且每个平台生成的目标航迹质量相同，则根据平台的源航迹号（STN）确定报告职责，由源航迹号最大的平台报告目标航迹。

④当原报告平台处于无线电静默、非活动状态或者其战术数据处理系统（TDS）处于失效状态时，由其他平台承接其报告职责。

1.4信息管理

尽管MIL-STD-6016详细规定了航迹的发送和接收处理，各平台在态势信息处理过程中，还是会产生信息不一致的现象，为了消除态势信息不一致的现象，MIL-STD-6016专门设计了一系列消息用于平台之间的信息管理，用于消除航迹多名和重名、数据不一致、状态不一致等现象，以及用于通告航迹终止等信息。

1.4.1多名和重名处理

在态势共享过程中，可能会出现一个目标对应多个航迹号（航迹多名），或者多个目标使用同一个航迹号（航迹重名）的现象。MIL-STD-6016使用J7. 2相关/解相关消息来消除航迹的多名和重名的问题，通告哪两条航迹是相关或者不相关的，应该保留哪个航迹号，丢弃哪个航迹号。

1.4.2数据差异处理

如果本平台发现本地航迹与远端航迹信息不一致（如，目标属性、环境类别、兵力、敌我、演习标识等），可通过J7.0航迹管理消息的数据差异处理功能来解决，以确保网内所有成员交换航迹信息的正确一致。

战术数据处理系统不断地将本地航迹数据和远端航迹数据进行比较，如果发现数据不一致，系统通过发送J7.0航迹管理消息来消除数据差异。

1.4.3状态变更

在态势共享过程中，目标航迹的演习状态、强制告知状态、紧急状态是非常重要的信息，不允许被过滤或随便修改。如果发现这些状态信息不一致，则需发送J7.0航迹管理消息，使用其中的状态变更功能进行处理。

1.4.4航迹终止

当作战平台确定某个监视目标已消失，需要先将该目标从本地航迹数据库和显示系统中清除，同时应通告其他作战平台，该目标航迹已经消失或者该目标已经不存在。通过发送J7.0航迹管理消息，使用其中的航迹终止功能进行处理。

2 Link16态势共享存在的问题

MIL-STD-6016虽然规定了态势共享的规则和态势不一致现象的消除手段，在系统实现过程中，还是会产生一些异常现象，主要存在以下几个方面的问题。

2.1时间戳

主系统（Host）只有在发送非实时航迹（TQ=0）时，才会附上时间戳，用小时、分、秒等数据项表示，精度等级为10 ms；在发送实时航迹（TQ＞0）时，主系统（Host）需将航迹的位置信息外推至发送时刻，由端机跟踪位置信息的发送时刻和接收时刻，消息本身并不记录位置信息的时间戳。在存在时间误差和收发延迟的情况下，会导致时间戳误差较大，严重时会导致时间戳丢失的现象。缺乏正确时间戳的位置信息是没有任何意义的，必然会导致数据关联不上，态势发生紊乱。

2.2航迹质量计算

MIL-STD-6016虽然规定了航迹质量（TQ）的计算方法，但是影响TQ的因素很多，主要包括：

①平台的地理位置精度和航向精度；

②传感器探测到的目标位置精度；

③数据处理产生的不确定性；

④时延。

显然，航迹质量（TQ）的值具有平台有关性，不同平台计算出来的TQ值并不能代表相同的位置精度水平，必然会导致报告职责不清晰，网络流量显著增大。

2.3 航迹号管理

MIL-STD-6016在航迹号管理方面规定不够具体，表现在：

①本地航迹与远端航迹合并后，该保留哪个航迹号？

②发现多名现象，相关后该保留哪个航迹号，丢弃哪个航迹号？

③发现重名现象，如何给每个目标分配航迹号？

消息标准对航迹号的管理规定得不明确，在系统实现时，需要制定统一的航迹号管理规则。

3 改进后的态势共享机制

由上节可知，Link16数据链的态势共享机制存在天生的缺陷，为了节省网络流量，实时航迹消息中不包含时间戳；由于航迹质量（TQ）具有平台有关性，通过航迹质量来确定报告职责的判决不具有客观统一性；航迹号的管理规定也不够具体，实现起来比较困难。

针对上述问题，提出一种通过情报协调员统一确定报告职责的分布式多平台态势共享架构，如图3所示。

图3 改进后的态势共享架构

改进措施如下：

（1）设置情报协调员统一规划各平台的报告职责。

情报协调员根据战场情况和各平台的监视能力，统一配置各平台的报告职责，每个平台只发送本平台报告责任区内的目标航迹，并接收其他报告责任区内的目标航迹，进行数据融合处理形成统一的态势信息，当发现本地航迹信息与远端航迹信息不一致的时候，则发送J7.x信息管理消息进行协调处理。

（2）在航迹消息中加上时间戳。

各平台对外发送航迹消息的时候，应附上航迹位置信息的探测时刻，不再进行位置信息的外推处理，这样每个平台都能获得目标的原始探测信息，避免由于外推处理引入的处理误差和由于传输时延导致的时间信息失真。

（3）制定航迹号管理规则。

对于一个目标对应多个航迹号的现象，航迹号的保留和丢弃应符合以下规则：

①如果航迹对应的目标处于交战状态，保留其航迹号。

②如果仅有一条航迹具有IFF码，保留具有IFF码的航迹号；（如果有两条航迹具有相同的IFF码，则应用第3条规则。）

③保留持续时间最长的航迹号；如果时间长度相同，则取平台标识号（STN）最大的航迹号。

Link16数据链是20世纪70年代开始研发的数据链，受制于通信带宽的限制，为了在有限的比特位中传输更多的信息，J系列消息中同一段比特位被用于传输多种信息，通过复用指示符来判断其实际用途。现代通讯技术发展非常迅速，通信带宽已经提高了几个数量级。在制定消息标准的时候，为了简化处理，建议去掉J系列消息中的数据项复用指示符（同一段比特位被赋予不同的含义，通过复用指示符来区分）；实时航迹和非实时航迹都应该附上确切的时间信息，以保证态势信息传输的准确性。通过设置专门的情报协调员来协调各平台的报告职责，不仅能更迅速、清晰地确定报告职责，而且能简化系统集成的要求，提高系统的可靠性水平。

4 结论

联合作战是现代战争的主要作战形式，参与联合作战的平台之间需要进行情报共享，形成协同一致战场态势图。Link16数据链是典型的分布式多平台态势共享战术数据链，它采用报告职责和信息管理机制来实现态势的一致性，处理协议非常复杂，在态势不一致的情况下采用信息管理类消息来进行纠正，系统集成较为困难。通过分析Link16态势共享机制存在的问题和缺陷，结合我军应用实际，对消息标准进行适应性修改，补充航迹信息的时间戳，增加情报协调员，完善航迹号的保留和丢弃规则，将显著提高分布式多平台态势的一致性，同时增强情报可靠性和稳定性。

［1］刘熹，张寒，刘海燕，等.战场态势一致性技术专题讲座（1）［J］.军事通信技术，2012，33（4）：82-90.

［2］赵宗贵.信息融合技术现状、概念与结构模型［J］.中国电子科学研究院学报，2006，1（4）：305-312.

［3］Northrop Grumman Corporation.Understanding link16：a guidebook for united states navy and united states marines corps operators［M］.Newyork：Northrop Grumman Corporation，2004.

［4］MIL-STD-6016D.Tactical Data Link（TDL）16 message standard［S］.Department of Defense Interface Standard，2008.

［5］CJCSM 6120.01C.Joint multi-tactical digital information link operation procedures（JMTOP）［S］.Department of Defense Interface Standard，2002.

［6］BONNIE W Y.A C2 system for future aerospace warfare［C］//Command and Control Research and Technology Symposium，2004.

Maintaining Situation Consistancy Among Distributed Platform

SHI Jiao-hua
（China Academy of Electronics and Information Technology，Beijing 100041，China）

Joint operation is the main form of modern war.Distributed joint warfighting platforms need to share information to make a common picture of detected objects in the surveillance area.The mechanism of link 16 for maintaining situation consistaney among distributed platform is studied.This paper discusses the overall design，the track report process，the messages supporting surveillance，and the major shortcomings of link 16.A modified information architecture that promotes information sharing among distributed units and processing resident at each unit to enable shared knowledge are introduced.

situation consistancy，track fusion，distributed platform，tactical data link

TP953；TN957

A

1002-0640（2016）11-0144-04

2015-10-15

2015-11-16

军队预研基金资助项目（102060302）

石教华（1976-），男，湖北阳新人，高级工程师。研究方向：多传感器数据融合。