装甲分队指挥控制仿真系统设计

王钦钊, 鲍君潇, 李小龙

(陆军装甲兵学院, 北京 100072)

战争的胜利取决于两个条件:一是力量,二是力量的使用。随着我军装甲装备相关技术的迅猛发展,中国的装甲装备力量水平已栖身世界前列。但在目前信息化背景下的装甲分队,战时的作战指挥和力量部署仍以“人工操作”及“单平台”为主,指挥控制系统只充当分队语音通信的工具,并没有真正意义上实现作战辅助决策的功能,无法适应高效协同的作战需求,影响了装甲分队体系作战能力的提升。因此我军开展了坦克网络化火力打击规划技术的研究并取得了显著成果。但在技术试验与评估阶段,由于装甲装备实装试验风险大、周期长、费用高的特点,难以进行大量试验以验证技术效能和可靠性,而运用作战仿真对新技术进行分析验证是最有效的手段之一。

指挥控制是指指挥人员依托指挥手段,围绕所属部队的作战行动而展开的一系列活动。随着部队信息化程度的不断增强,战场信息量呈现指数型增长[1],仅依靠指挥人员进行作战指挥已无法满足作战指挥及时、准确的要求。将先进的计算机技术应用于军事作战系统,以满足信息化条件下体系联合作战的要求,已成为世界各国研究军事问题的主流。本文以装甲分队为研究对象,结合装甲分队网络化作战发展成果,分析设计了一套能够满足装甲分队网络化作战仿真试验系统需求的指挥控制仿真系统,详细介绍了系统总体结构与组成,阐述了系统软件的工作流程。该系统在逻辑上能够满足装甲分队网络化作战仿真指控系统的需求,可为研究和评估装甲分队新技术、新战法提供仿真试验支持。

1 装甲分队指挥控制仿真系统需求分析

目前我军的装甲分队在执行战术任务时,指挥控制的主体还是通过“人—人”结合进行[2]。现有的火力打击规划技术仍存在战场目标信息不完整、信息传递链路不通畅、决策方法与手段落后等问题。如今我军开展装甲分队网络化火力打击规划作战体系的研究就是充分利用计算机高效、智能、准确的特点,将作战指挥方式发展为以“人—机”结合为主,提高武器装备的作战效能和部队战斗力[3]。但是研究的成果还需要实际使用的检验,而装甲分队实装试验耗资巨大、危险性较高、组织困难,严重阻碍我军装甲装备和作战体系的发展。所以,研究设计一套满足于装甲分队试验需求的装甲分队指挥控制仿真系统是有必要且有意义的。

作战仿真试验系统要对新技术、新战法进行试验验证,其中的指控仿真系统功能设计不仅要贴近于实际,还要超前于实际。在满足实装指控系统基本功能的前提下,指挥控制仿真系统规模需满足装甲分队基本编制的组织需求,满足实现网络化技术的使用需要,具备数据管理、实时效能评估、与视景模拟系统数据同步等试验功能,并在辅助决策功能中设计标准统一的软件接口,以便系统的升级和功能扩展。针对应用于装甲装备试验验证阶段的装甲分队作战仿真指控系统,总的系统设计原则是功能齐全、贴近实际、操作简单、运行可靠、可重用可拓展。系统具体需求如下:

◇具备信息处理中心,设计合理信息传输链路,能将各单车获取的战场信息实时汇总,供网络化打击规划模块读取使用。

◇具备一般装甲车辆指挥控制系统的通用功能,包括指挥作业、文电处理、信息共享等。

◇能够满足在动态对抗仿真中体现作战指挥和新战术的结合,反映现代高技术战争的特点。

◇能反映武器装备预研的特点,有效地实现科学和经验相结合,定性和定量相结合,充分反映装甲装备特点和战术技术性能指标对作战进程及作战效能的影响,能够及时对作战效能和系统静态效能进行评价、优化,便于研究人员和决策人员提出装甲装备的发展建议。

◇具备一定的通用性,既可模拟装甲分队中以分队协同为核心的对抗过程,满足日常装甲分队协同作战训练需求,也可模拟分队作战中以指控中心为核心的战场信息融合过程,为装甲分队新技术、新战法提供试验验证平台。

◇具备一定的可拓展性,便于将兵力规模从分队级的协同对抗扩展到陆军合成营级的体系对抗,指挥控制仿真系统各功能模块能够满足“即插即用”的要求,方便日常训练使用和装备仿真试验的方案实施。

◇具有可伸缩性,既可用在对抗方案不变的条件下对比不同作战辅助决策技术的作战效能,又可在作战技术不变的条件下对比不同战术的对抗效能。

◇具有开放性,既能够独立成为一个指挥控制仿真系统进行分队指控训练或演练,又可作为一个系统成员接入到高层仿真应用中去。

◇仿真视景具有统一的驱动和坐标系、兼容的环境数据库,能够保证仿真进程中同车驾驶员、车长、炮长的视景、信息同步。

2 装甲分队指挥控制仿真系统软件总体设计

装甲分队指挥控制仿真系统的建立旨在完善现有分队模拟训练系统功能,联合各子系统的运转,从而满足装甲分队网络化作战仿真试验需要。软件设计参照层次化模块结构,分为应用层、接口层、公共支撑层和服务层共4层结构,由多个应用模块组成,如图1。

装甲分队指挥控制仿真系统软件开发采用Microsoft公司的Visual Studio 2015,仿真系统采用面向服务的架构(SOA)[4],将应用子系统的不同功能单元通过服务之间定义良好的接口和契约联系起来,实现信息和服务在提供者和用户之间无缝交换和使用。分队指挥控制端扮演注册中心及服务提供者和使用者的角色,是信息交互处理的中心。作战指挥控制端扮演服务提供者和使用者的角色,是信息交互使用和发送的节点。该系统软件是为装甲分队指挥员和车长设计,所以软件总的设计原则是功能齐全、操作简单、运行可靠。具体的设计原则如下[5]:

◇各软件功能模块能够保持自身的独立性,使其在升级维护时功能的修改不影响系统之间相互的运作。

◇软件通信的对外接口,应提供良好的规范以及灵活的使用方式,方便日后对接其他仿真模拟系统。

◇具备及时的信息共享能力。在软件层面为各类军事仿真人员在授权许可的范围内实现信息订阅、查询和分发等方面的功能。

◇具有统一的数据记录标准,以方便仿真数据管理,同时便于拓展系统功能,增强系统可修改升级的能力。

◇拥有快捷而良好的人机交互。能够让分队指挥员和车长快速准确了解敌我态势,掌握目标信息。指挥人员能够实时掌握战场态势并及时下发命令,作战人员能够方便快捷地接收指挥员的命令并执行,同时向上级报告打击结果。各指控节点均能对已知战场态势信息实时显示[6]。

◇可与分队模拟训练系统实现互联互通,实时获取作战仿真节点的各类仿真信息,供指挥控制仿真系统使用。

3 装甲分队指挥控制仿真系统组成

在装甲分队作战过程中,指挥控制系统作为战斗效能的倍增器,可独立地运行并行使其各项功能。实际装备的指挥控制系统通常由信息融合、决策指挥、武器控制、作战保障等分系统组成。其组成结构和系统基本原理如图2所示[7]。

而指挥控制仿真系统还需与“人在环”的分队模拟训练系统实现互联,完善模拟训练系统功能,满足装甲分队作战仿真试验及分队协同训练的需求。指挥控制仿真系统通过与模拟训练系统的数据共享,可获得分队模拟对抗过程中的相关作战参数和战场态势信息,通过辅助决策模块向指挥人员提供决策帮助,促使装甲分队的作战行动收敛于作战企图。指挥控制仿真系统与分队模拟训练系统、全局导调系统可共同构成装甲分队作战仿真试验系统。系统使用人员均通过相关交互设备进行操作,各软件系统均通过有线局域网实现互联互通。

陆军装甲兵学院早已对全局导调系统和分队模拟训练系统进行了研究并已完成了系统功能验证[8],对系统具体信息本文不再赘述。对于指挥控制仿真系统,按照需求可以分为五个主要部分:信息融合模块、指挥作业通用模块、效能评估模块、辅助决策模块和态势显示模块。其系统结构如图3所示。

3.1 指挥控制仿真系统硬件组成

本文所研究的指挥控制仿真系统,在满足装甲分队协同模拟训练功能的基础上,还要满足装甲分队网络化作战仿真试验需求,所以要求指挥控制台硬件部分具有快速的计算能力和强大的数据处理能力,可以完成辅助决策、信息融合、信息共享等功能;具备简洁而快速的人机交互能力,实现指挥控制操作快速有效;同时满足装甲分队模拟训练系统的HLA体系结构要求,能够实现系统的互联互用、数据共享。

目前,正常配置的PC机均具备强大的数据处理功能,完全能够满足以上要求。本系统选取一体式可触控PC机并安装Windows 7操作系统作为仿真系统软件运行平台,可触控显示器作为重要的人机交互输入和显示工具,实现战场态势显示、态势处理、文电处理等功能[9]。分队指挥控制端与各作战指挥控制端通过计算机局域网络建立持久、稳定的连接。针对装甲分队指挥控制系统组成需求,设立指挥车指挥控制席位和作战车指挥控制席位,整个作战仿真系统均通过网络集采器(HUB)进行链接,符合HLA体系结构中联邦与联邦成员间的组成要求[10],系统硬件组成如图4所示。

3.2 指挥控制仿真系统软件组成

指挥控制仿真系统软件共分为两类:一是分队指挥车指挥控制仿真系统软件,二是作战车指挥控制仿真系统软件。分队指挥车指挥控制软件除具备一般指控系统软件功能外,还充当了数据处理中心的角色,对仿真进程中产生的大量数据进行了统一的管理并按服务请求发送至其他功能模块。作战车指挥控制仿真系统主要是模拟装甲车辆车长席位的指挥控制终端,具备一般装甲车辆指挥控制系统功能即可,但在交互界面设计、文电处理和军事地理信息系统使用等方面还要满足使用简洁方便、高效准确的原则,以提高战斗效率,提升作战效能。指挥控制仿真系统软件功能模块结构如图5所示。

指挥控制仿真系统软件的主要功能有:

◇网络通信模块:实现分队指挥控制仿真软件、作战车指挥控制仿真软件、装甲分队模拟训练系统和全局导调系统之间的实时通信。

◇数据库管理模块:对系统数据进行统一的分类管理,包括使用人员的输入数据、系统运行数据、各单元仿真模拟数据等,方便其他模块的查询使用。

◇文电处理模块:执行分队指挥员操作命令,将命令按要求发送给各作战终端,接收作战终端的命令执行结果并上报给分队指挥员。可提供各类文电编辑模板,以辅助军事指挥人员快速进行基于文电的相关操作。

◇态势显示及处理模块:在战斗准备阶段,可导入并显示战斗地区的电子地图信息,可查询、标定、修改相关地理目标信息的位置、状态等,可直观、准确地显示战场态势信息,包括武器平台信息、目标信息等,具备态势标绘功能,可显示辅助决策系统提供的打击方案指示。

◇对于作战终端指挥控制仿真系统软件,可直观、准确地显示已知战场态势和本终端的地理坐标信息,具备态势标绘功能,可显示由分队指挥控制端分配给本终端的打击方案指示。

◇效能评估模块(指挥车指挥控制软件):可记录并回放相关战斗进程,并根据效能评估模块的相关方法对待验证技术或战法进行及时的分析评估。

◇辅助决策模块(指挥车指挥控制软件):根据作战企图、战场环境等情况,在仿真模拟目标检测与目标跟踪的基础上,根据作战原则,完成作战方案的规划、业务计算等功能,为作战指挥员提供实时地辅助决策。

◇辅助决策模块要定义严格的软件接口标准,以满足该模块可拓展可重用的要求,为新技术新战法的设计与研究提供统一的软件需求。

4 装甲分队指挥控制仿真系统软件工作流程

对于信息化条件下的装甲分队指挥控制系统,存在着多种业务互相融合、横向联系紧密、关系复杂等情况,加上战场情况复杂多变、信息流量大,系统各功能模块只有协调一致,才能将整体效能最大化。科学、合理地设计仿真系统工作流程,才能将系统效能最大化。

4.1 分队指挥车指挥控制仿真系统软件工作流程

分队指挥控制仿真系统由各个模块共同完成指挥控制任务,按照作战仿真试验要求有以下工作过程:

1)完成系统初始化、系统自检,完成分队指挥控制端与分队模拟训练系统、全局导调系统和作战指挥控制端的网络通信测试,初始化作战态势地图,等待作战任务的输入与生成。

2)接收作战计划,获取已知的战场敌我态势信息(情报获取),指挥员制定作战任务,并结合辅助决策系统的打击方案下达战斗命令。

3)待作战指挥控制端上报打击结果后,态势显示模块实时更新战场态势信息,指挥员继续下达新一轮火力打击命令。

4)重复步骤2)、3)直至指挥员下达战斗结束命令。

5)保存战斗数据,准备执行下一个任务。

在战斗仿真进程中,态势显示及处理模块、军事地理信息模块实时与分队模拟训练系统和全局导调系统进行信息交互,获取模拟战场态势信息。文电处理模块一直处于等候状态,待分队指挥员完成文电编辑和确认下发后,及时进行分发处理。软件具体工作流程见图6。

4.2 作战车指挥控制仿真系统软件工作流程

作战指挥控制仿真系统由作战仿真车辆中的车长席位使用操作,主要进行接收并显示打击命令、上报打击效果。车长通过分队模拟训练系统的模拟视景观察战场环境,发现目标及时通过指挥控制系统上报目标类别、状态等信息,同时,根据指挥控制仿真系统态势显示和电子地图模块,实时掌握本车位置并进行车辆的路径导航。作战车指挥控制仿真系统软件工作流程如图7所示。

按照作战仿真试验要求有以下工作过程:

1)启动指挥控制仿真软件,初始化各功能模块,与分队指挥控制仿真系统连接通讯。

2)连接成功,与分队指挥控制端进行信息交互,获取基本战场态势信息,运行态势显示和电子地图模块功能。

3)收到分队指挥控制端的作战命令,指挥坦克实施火力打击任务,同时通过模拟视景观察战场情况。

4)判断打击结果,若摧毁,上报打击结果信息。

5)搜寻敌方新目标,若发现目标,立刻上报目标类别、状态、位置等信息。

6)重复步骤3)、4)、5),收到战斗结束命令,结束战斗。

5 结束语

计算机仿真技术的高速发展为武器装备研究和军事训练提供了新的方法,将仿真技术应用于军事,可在很大程度上弥补实装操作的危险性强、成本高的不足。本文在原有装甲分队模拟训练系统的基础上,深入分析装甲分队网络化作战技术的试验需要,设计了一套能够满足试验、训练的分队指挥控制仿真系统,详细介绍了指控系统的功能需求、软件设计和系统软件工作流程,该系统在逻辑上能够满足装甲分队网络化作战仿真指控系统的需求,可为研究和评估装甲分队新技术、新战法提供仿真试验支持。

[1] 杨瑞平，张兆峰.指挥控制系统仿真[M].北京:国防工业出版社,2013.

[2] 余建军,王海声. 基于信息化联合作战的指控与火控一体化研究[J]. 舰船电子工程,2011,31(4):1-6.

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[6] 朱元武,卢志刚. 陆军武器平台网络化火控系统发展思路[J]. 火力与指挥控制,2013,38(10):114-118.

[7] 总装备部电子信息基础部.信息系统——构建体系作战能力的基石[M].北京:国防工业出版社,2011.

[8] 王钦钊,黄钊,李小龙. 基于RV的装甲分队模拟训练系统的设计与实现[J]. 价值工程,2015,34(2):194-195.

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[10] 陈大雷,毕义明,等. 基于HLA的导弹分队作战仿真系统设计[J]. 舰船电子工程,2015,35(8):83-86+169.