任务请求模式下无人机战场态势显示系统设计*

徐冠华，董彦非，王超，王钊

（1.南昌航空大学飞行器工程学院，南昌330063；2.西安航空学院，西安710077）

任务请求模式下无人机战场态势显示系统设计*

徐冠华1，董彦非2，王超1，王钊1

（1.南昌航空大学飞行器工程学院，南昌330063；2.西安航空学院，西安710077）

任务请求模式是高空长航时无人机重要的作战使用模式，该模式下无人机侦察数据的判读和综合信息的显示存在着判读数据和综合信息所需的背景情报分散、目标关联困难等问题，需要将无人机的侦察数据、无人机综合信息与战场态势等相关背景信息进行情报结合和关联显示。为此，通过分析任务请求模式下高空长航时无人机作战模式和态势信息流程，总结该作战模式下无人机态势信息显示的可行性需求，进行了任务请求模式下无人机战场态势显示系统的概要设计。该系统利用通用战场态势等背景信息辅助进行无人机侦察数据的判读和综合信息的显示，可有效辅助无人机侦察任务的开展和执行。

任务请求模式，高空长航时无人机，战场态势，显示系统

0 引言

战场态势显示是把复杂的、不可见的战场态势以可视化的方式显示出来，以方便作战人员通过视觉快速理解复杂的战场情况。高空长航时无人机搭载中继通信设备，可以快速有效地建立通信网络，为任务区域提供实时态势信息保障［1］。

高空长航时无人机在作战使用中，根据无人机作战配置、地面站分布、战术运用及支援对象的不同，大体上可以分为态势广播、任务请求、专属支援、时敏打击4种作战模式［2-7］。任务请求模式作为高空长航时无人机最重要的作战模式之一，用于战斗开始后，应对前线作战单位提出的及时侦察请求，执行快速侦察、防线预警、跟踪监视等及时任务，并利用无人机中继通信设备，对前线作战单位进行侦察成果和态势信息实时保障。

传统的高空长航时无人机在侦察数据判读和综合信息显示方面存在着判读数据和综合信息所需的背景情报分散、目标关联困难等问题，需要将无人机侦察数据、无人机状态信息等结合战场态势等信息在同一系统下关联显示。如通过设计一套显示系统，将其应用于遥测控制无人机的无人机任务控制站，处理无人机载荷数据的无人机情报处理站，以及位于战场前线各作战单位开展情报应用的小型地面站等。该系统基于任务请求模式下的高空长航时无人机实时侦察数据和中继态势保障，利用通用战场态势、情报产品等背景情报信息与无人机传感器数据进行相应的算法关联，来辅助高空长航时无人机侦察数据的判读。同时，系统根据无人机任务请求模式作战使用和态势信息流特点，通过任务辅助控件的手段，结合无人机实时状态信息，机载侦察设备的GMTI（雷达地面运动目标检测）信息、电子侦察信息，以及战区内其他作战平台提供的及时情报产品等进行情报数据融合，并按作战模式和支援任务的需要进行显示［7-10］。则该系统可有效辅助高空长航时无人机侦察任务的开展和执行。

1 任务请求模式下无人机态势显示需求

1.1 任务请求模式的作战使用和态势信息一般流程

战斗开始后，随着局势的变化，战场各区域作战情况趋近复杂，各级作战单位分配有各自的作战任务，不同的作战任务对应着不同的侦察需要。此时高空长航时无人机可采用任务请求模式进行战术支援。

首先，各级作战单位根据自身作战需要，由其所属的前线地面站向无人机情报处理站，提出关注区域或关注目标的侦察和监视请求。无人机情报处理站对所有收到的请求进行汇总、分类，可分为历史查询、及时情报、保持监视和侦察预定等。同时按照请求单位级别、紧急程度结合已有侦察情报对请求进行优先级排序，并以此辅助高空长航时无人机任务控制站或其他侦察平台进行侦察任务规划和调整。

无人机任务控制站控制无人机按照规划航迹开展侦察、监视任务。将传感器侦察数据视距链路下传至无人机情报处理站，情报处理站以侦察请求为目标，结合实时无人机传感器数据、通用战场态势等信息，进行数据情报的分析处理工作。处理结果以情报产品的形式，通过无人机中继发送至请求提出单位所属地面站。部分重要地点的聚束成像数据与数据量微小的电子侦察数据和GMTI数据可直接通过高空长航时无人机Ku波段天线经通信卫星传递至情报与指挥中心用于战术分析和预警等作用。

无人机情报处理站在处理过程中，将所有处理后的情报数据上报给情报中心，用于通用战场态势的生成。场景和态势信息流如图1和下页图2所示。

1.2 任务请求模式态势信息显示需求

图1 任务请求模式场景视图

根据任务请求模式下的高空长航时无人机作战场景和态势信息流程，总结和提炼出显示系统可实现的基本使用需求如下：

①以高空长航时无人机的任务请求任务为中心，实现将无人机预定/及时任务、实时无人机传感器信息、情报产品、通用战场态势对应区域/时间进行融合显示。

②建立一套模块化的任务辅助控件机制，通过增减控件的方式，实现对无人机侦察任务全面辅助。

图2 任务请求模式态势信息流图

2 态势显示系统设计

2.1 系统基本框架和数据交互设计

根据高空长航时无人机任务请求模式的态势信息处理传输流程，无人机平台载荷数据、网络信息资源和通用战场态势数据需要统一的数据管理进行分类整合，同时制作生成的无人机战场态势结果本身也作为后续数据分类、价值筛选的重要依据。因此，将数据管理模块作为内、外部信息交互和分类、筛选的核心模块，二、三维GIS组件、图层控件管理模块通过访问数据管理模块数据进行按需显示。由于系统内外部数据的处理、情报/图层叠加、控件算法、态势制作等消耗大量运算资源，为了避免对显示系统正常的数据接收和显示运行照成影响，需要额外设计一个高性能终端进行数据处理。

基于上述分析，基于任务请求模式的无人机态势显示系统内部框架设计为2个终端：接收显示端和数据处理端，接收显示端设计为4个模块：人机交互模块、信息调用模块、数据管理模块和本地数据库；数据处理端设计为2个模块：数据处理模块和态势制作模块。

系统的总体结构和数据交互设计如下页图3所示。

2.2 人机交互界面设计

根据高空长航时无人机作战使用方式和战场态势信息显示需求，显示系统人机交互界面可包含主态势显示窗口、情报产品/图层管理边侧栏、无人机状态信息栏、主要协同单位状态信息栏等共11个部分［11-12］（见图4）。

（1）主态势显示窗口：采用二、三维GIS组件实现无人机主要战场态势信息的显示［13］。

（2）情报产品/图层管理边侧栏：为可缩放边侧栏，实现对情报产品/图层的显示管理。

（3）无人机状态信息栏：显示当前高空长航时无人机和机载传感器的简要状态信息。对其选定后，详细信息栏将进一步显示更为详尽的状态信息。

（4）主要协同单位状态信息栏：显示主要协同地面站、其他无人机等作战单元的简要状态信息。实现开启与协同单位进行短消息、语音、视频、文件通信或者建立传感器/武器控制链路等功能服务。

（5）态势时间控制栏：可对战场态势信息按时间轴进行回放、暂停、快进、倒退等操作。进度条至最末为近实时态势，并保持自动更新。

（6）详细信息栏：显示鼠标指针停靠/选定目标、地点、窗口等的详细信息和相关简报。详细信息的相关链接可进行进一步的二级查看操作。

图3 态势显示系统系统基本框架和数据交互设计图

图4 人机交互界面设计

（7）任务辅助控件功能条：实现无人机任务请求任务各种技术辅助和侦察效果的评估等功能。

（8）标绘功能栏：提供通用军标，实现对情报产品信息的标绘制作或修改［14］。

（9）常用工具栏：提供二、三维地图测距、路径规划、战术/态势分析等通用态势显示所需的常用工具。

（10）联动小地图：可以在不丢失当前主态势显示窗口视野的情况下实时监视下一个缩放级的概略态势信息（如威胁告警信息等），实现快速定位漫游，联动缩放等功能。

W5500与内核芯片的连接方式比较容易。W5500总线方式有三种分别是SPI、直接并行、间接并行。W5500的通信接口电路设计如图4所示。

（11）任务信息边侧栏：可缩放边侧栏，设有预定任务、及时任务两种无人机任务类型，提供任务优先级排序等功能。

2.3 辅助任务控件设计

辅助任务控件采用模块化设计的独立数据接口从数据管理模块调用实时数据，结合相应的算法，为无人机的任务的辅助和侦察效果的评估提供有效支撑。根据作战模式和任务的不同，辅助任务控件的种类可以有很多。本文根据任务请求模式的无人机使用需求设计了2个典型的控件样例：

2.3.1 无人机通信链路指示控件

随着无人机航迹的变化，机载中继通信链路、定向视距下传链路、卫星通信链路等的链路可用情况会发生变化。另一方面，前线作战单位地面站的布置较为分散而隐蔽可接收中继信号的方位角较为有限。因此，设计通信链路指示控件用于对无人机航线的各个阶段的通信链路状态有一个较为直观的预期，可为前线地面站的作战布置和无人机任务控制站规划无人机航路提供参考［15］。控件的界面原型设计样例如图5所示。

图5 无人机链路情况综合指示控件设计

由于战区地形遮蔽、雷达阴影等的影像，高空长航时无人机根据预定任务规划的航迹所能提供的传感器通视覆盖范围，可能无法满足前线作战单位提出及时任务所需的覆盖范围。通过传感器通视辅助控件，可以对预定航迹下无人机执行及时侦察任务的传感器如CCD相机、SAR的最优成像时间、侦察效果等进行模拟和评估［16］。控件的界面原型设计样例如图6所示。

图6 聚束SAR倾斜相机辅助控件设计

3 结论

通过“无人机通信链路指示控件”、“聚束SAR倾斜相机辅助控件”等模块化的任务辅助控件的设计方式，可以有效利用通用战场态势等背景信息辅助进行无人机侦察数据的判读和综合信息的显示，辅助高空长航时无人机侦察任务的开展和执行。

任务请求模式无人机战场态势显示系统的模块布置、界面布局、原型样例、以及控件等的设计思路可为无人机战场态势显示系统设计开发人员提供一些参考和依据。

任务请求模式的无人机战场态势显示系统设计，是基于作战使用需求进行的一个概念性设计，在实际使用中，其系统构架、界面布局和相关辅助控件算法等应综合考虑具体任务和所获得的数据情况，进一步调整和修正。

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Design of UAV Battlefield Situation Display System in Task-Request Mode

XU Guan-hua1，DONG Yan-fei2，WANG Chao1，WANG Zhao1
（1.School of Aircraft Engineering NanChang HangKong University，Nanchang 330063，China；2.Xi’an Aeronautical University，Xi’an 710077，China）

Task-Request mode is an important operational mode used by HALE（high-altitude long-endurance）UAV，under this mode，problems like background intelligence dispersion，target association difficulty and so on exist in reconnaissance data interpretation and comprehensive information display of UAV，it’s necessary to conduct association display of UAV reconnaissance data and UAV integrated information combined with information like battlefield situation under the same display system.By analyzing operational mode and situation information flow of HALE UAV in Task-Request mode，concluded UAV situation feasible display need under this mode，the outline design of the UAV battlefield situation display system is carried out.This system conducts interpretation of UAV reconnaissance data and display ofcomprehensiveinformationwithassistanceofbackground information like general battlefield situation，by which it could effectively assist in implementation and execution of UAV reconnaissance missions.

Task-Request mode，HALE UAV，battlefield situation，display system

V271.4；E926

A

1002-0640（2017）02-0109-05

2016-01-05

2016-02-19

航空科学基金（2011ZA56001）；校级研究生创新基金资助项目（YC2015038）

徐冠华（1988-），男，江西南昌人，硕士研究生。研究方向：飞行器总体设计与无人机作战。