海军某训练导调控制系统分析与设计

李德伟,黄高明,马 琳

(1.海军参谋部训练局,北京 100841;2.海军工程大学,湖北 武汉 430033;3.海军研究院,北京 100841)

随着海军信息化条件建设的深入,基地训练的模式不断丰富,承训规模不断提升,信息化手段更加多样,逐渐从海上单一兵种训练到海空多兵种联合训练转变,从计划导调到全流程随机导控转变,从突出单一系统能力到多系统融合、提高综合能力转变。导调控制系统是融合训练信息、调配训练资源、掌控训练活动的“中枢”,主要用于部队演习训练的态势融合监控、实时情节调理、兵力导调指挥等,诱导参训红蓝双方兵力按照导演部意图进行对抗训练,是训练信息系统的核心。该系统需利用导控信息采集、传输手段,实现对环境构设系统、模拟交战系统、参训红蓝兵力和组训保障力量的实时指挥控制,实时汇集训练信息,支持战场态势综合处理和多维态势呈现,为导演部指挥决策提供支撑。

1 导调控制系统需求

1.1 军事需求

随着海军信息化条件建设的深入,基地训练导控系统在承训规模、导控方法、信息化手段等方面都提出了更高层次的要求,具备表现在以下方面:

1)从海上单一兵种训练到海空联合训练导控转变的需求

海军基地化训练规模由小规模向成建制、大规模转变,现有导控手段缺乏对参训信息的自动收集、传输和调理等能力,不具备对参训的水面舰艇、潜艇、航空兵、岸防等装备的互联互通能力,不具备保障信息化条件下的海空联合训练直接导调、控制能力。

2)从分阶段计划导调到全流程随机导控转变的需求

海上实兵演练作战方式由分阶段作战向全要素、全流程、并行作战转变,因此导控系统要满足全流程对抗训练的需要,依据不同阶段的作战特点构设演练环境,实时采集监测训练区域的各项训练数据,对红蓝双方进行全过程、全方位的随机导调,从而实现对训练全流程的精确控制。

3)从简单想定对抗到复杂条件实战化对抗导控转变的需求

目前主要依据部队作战流程进行简单导调,无法与复杂电磁环境紧密结合,导调考核还停留在计划导调、事后评估的水平,与“活演活导”还存在相当的差距,因此迫切需要研制信息化条件下的导控系统,提高复杂电磁环境下导控能力,实现红蓝双方“真打实抗”。

4)从突出单一系统能力到多系统融合,提高综合能力转变的需求

为全面提升各训练基地的信息化水平,实现各训练基地信息系统的互联、互通、互操作,因此从技术上、管理上,都需要对基地现有信息系统进行资源整合、统一设计,从而保证导控系统与其他军兵种导控系统的联合导控。

1.2 能力需求

通过对以上军事需求的深入分析和整理,形成导控系统能力需求如下:

1) 应通过演练方案筹划推演、演练环境按需构设、演练情况实时掌控、演练进程随机调理等手段,实现可视化导演调理;

2) 应对参训部队、保障人员、装备器材进行精确化指挥控制;

3) 需引接一体化作战指挥信息系统,实现各训练基地信息系统与参训部队指挥信息系统、外部情报机构的互联互通,通过进行资源整合、统一设计,满足与空军、陆军、火箭军等进行多军兵种海空联合实兵演习时联合导控的需要;

4) 应统一管理参训部队和基地本级涉及的机构、人员、席位、器材、场地、资料等训练信息,通过设置安全规则,对演练安全进行辅助分析,并对安全隐患进行警示,以实现精细化训练管理;

5) 应提供协同整编手段,结合交互式导播显控设备建设和能力部署,支撑战场态势综合处理和多维形式呈现。

2 导调控制系统总体设计

2.1 系统组成

针对导控系统的能力需求,导调控制系统主要由导演调理分系统、指挥控制分系统、训练管理分系统、态势综合分系统和配套硬件设备设施组成,总体构成如图1所示。

图1 系统总体构成图

2.2 开放式的体系架构设计

导调控制系统的核心功能是对演练进程实施科学、合理、简捷的导调控制,使参演红蓝方在导演部的统一指挥调度下,完成训练任务。其应用结构由导演部指挥人员、导调人员、导调控制手段和导调控制对象等要素分层组成[1]。如何设计合理的系统架构,针对不同训练规模、训练科目形成合理的系统功能,以充分适应导控系统的多种应用方式,是系统设计的首要问题。从系统的应用需求分析,导调控制系统的应用环境有以下几个特点:一是受控对象种类多样;二是受控对象平台多样;三是受控对象区域分散;四是数据传输链路多样;五是导调控制手段多样[2]。

由此可知,导控系统架构主要解决两个方面问题:一是与导调控制对象信息交互时解决物理层接口多样、通信性能多样、通信协议多样的问题;二是与导演部指挥控制人员交互时解决应用层操作界面多样和应用层操作手段多样的问题,如图2所示。

图2 系统架构要解决的问题

为解决上述问题,体系架构设计在信息交互部分可引入通信服务总线概念,实现控制对象的通用交互;在应用实现部分可引入构件化设计理念,实现应用系统的灵活集成。通信服务总线,实现独立、多样的通信功能模块,满足导控系统各子系统与控制对象的通信交互,提升系统效率。按照“平台+构件”设计思路,削弱软件模块之间的依赖关系,使导控系统可灵活地进行应用功能组合,方便系统扩展,并支持大规模的系统集成。

导控系统体系架构如图3所示,系统设计架构采用层次化结构,包括构件层、功能层、应用层和服务层四层,系统通过平台框架约束构件的标准化实现并完成从构件向功能、从功能向应用的系统集成。

图3 导控系统体系架构

3 导调控制系统关键技术

3.1 异构系统信息互联互通

导调控制系统在训练过程中需要与各相关业务系统互联互通,如何与异构系统进行信息交互是系统要解决关键技术之一。

图4 方案仿真推演的典型流程

3.1.1 现役实装的接入

对于定型实装,自身技术状态已经固化,为实现信息交互,主要采取两种方式:

1)利用导调终端,通过导调链实现,即在现役装备上安装调理终端,不需要实装改造。当系统和现役装备通信时,仅需与调理终端进行通信,然后通过人工方式,进行信息的交互;

2)通过协议转换中间件进行桥接,如果实装具备信息输出功能,进行信息互通时,需要部署协议适配组件,系统可根据接入实装选择动态加载不同的协议适配组件,完成不同协议的相互转换。

3.1.2 各类新研系统

制定相应的信息交互工程标准,对新研系统明确系统之间信息交互格式,遵循统一相关参数定义,实现信息互联互通和业务协同的统一。

3.1.3 后续建设系统互联互通

对于后续建设系统信息交互,结合已规划的在研系统研制情况,不断完善健全工程标准体系;同时,设计标准的协议适配服务框架,采用按需定制适配模型的形式,通过订阅分发服务总线为未来可能纳入设计的新研系统构建互联的信息通道。

3.2 结合模型运算的训练方案仿真推演

训练方案仿真推演依据演练方案和实施计划以时间为轴进行仿真推演,对参演部队、配训装备及配训人员的部署和行动进行分过程或分阶段推演,辅助导演部验证演练方案的可行性、课目设置的合理性等。

方案仿真推演采用地理信息、图表、文本相结合的方式,为用户呈现方案随时间变化的情况。推演控制能力包括:实时推演、超实时推演。推演内容包括:时间信息,参训兵力位置、状态、行动信息,组训保障力量的位置、状态、行动信息,电子对抗效果(侦察、干扰、覆盖区域),武器打击效果,通信部署、传感器探测等。方案仿真推演调用后台各类模型算法,实时计算当前目标的推演效果等内容,并直观反馈给用户。方案仿真推演的典型流程如4所示。

方案仿真推演在软件界面上以地理信息系统(地图)为主,需要显示时间、各参演要素的态势、气象水文条件、各参演对象的工作参数等多种信息。仿真推演过程中,各类信息的合理布局、综合显示也是一个重要因素,既要显示全面,又要重点突出。通过“定制界面”技术,解决人机集合问题,方便用户根据自身情况定制显示布局及要素。

3.3 基于训练态势的实时导调

导控系统态势导调,主要使用多源信息融合技术,完成复杂战场环境下多类型监测数据、采集数据的综合处理,生成演练综合态势,为导演部对演练活动的导调指挥提供支撑。系统应充分利用态势生成过程中的确定性因素,如目标属性、目标方位、目标情报等,对上述种类多样、来源复杂的多源信息进行融合处理[3],多源信息融合的功能框图如5所示。

图5 多源信息融合功能框图

数据关联:借助目标确定因素,把从多个信息来源获取的观测值和描述值与单个目标相对应,完成观测数据组的相互关联,使观测值与目标形成正确的对应关系。

数据校准:数据校准将从不同信息源获取的数据变换到公共的时间和空间参考系。

航迹相关:借助确定因素,进行目标的点迹与航迹、航迹与航迹相关处理,完成新点迹合并、假目标滤除、航迹延续等处理。

属性相关和融合:从目标属性的角度,将不同信息源获取的观测和描述值进行属性归纳和合并,使同一目标的属性值更完整和准确。

基于多源信息融合的态势生成为演练活动决策提供了更完整、准确、可靠的综合态势[4],主要体现在:扩展了演练态势的感知范围,在通信保障的前提下,能够利用多信息源组网,实现协同观测,使演练态势的感知范围扩展到海、陆、空、电磁等各领域[5];提高了态势信息的精度和可信度,通过对多源观测数据的属性融合,消除了单源信息的不确定性,大大提高了目标信息的可信度。

3.4 系统功能动态调整的软件构件化开发技术

针对训练过程中不同训练科目、训练规模对系统功能要求不同的需求,可采用软件构件化开发技术,利用“平台+功能构件”的方法实现系统功能的动态调整。构件化开发技术就是将需要开发的目标软件分为若干功能构件,各构件之间遵循预设的标准接口规定,各构件按要求开发之后,进行软件集成时只需将相应的构件进行组装,而不需要集成各源代码或链接库进行编译与链接;需要新的功能构件时也只需按规定开发,再进行组装软件即可,是一种基于二进制的软件构件发布与集成方法[6]。构件化开发技术是将一个待开发的目标软件系统分为两部分:一部分为程序的主体,可定义为框架;另一部分为功能扩展或补充模块,可定义为构件。

框架所完成的功能为一个软件系统的核心和基础,进一步把框架基本功能分为两个部分：内核功能和构件管理。内核功能是整个软件相对固化的重要功能,一个软件的大部分功能由内核功能完成。构件管理功能用于扩展平台和管理构件,完成框架与构件的协调,为各构件在框架上生成管理信息以及进行构件的状态跟踪。其功能包括构件加载、管理和调用,给框架与构件之间的通信提供标准接口下的功能扩展。

构件完成对平台功能的扩展与补充,属于具有一定共性的系列化功能的构件集合,根据内核的业务要求和功能分类预先归纳定义出标准接口规范。规范化的构件接口由每个构件具体实例化实现。构件接口为框架向构件方向的通信,框架通过接口标准函数调用构件功能,并向构件传入获取主框架的各种资源和数据,由构件实现相应的功能等,其关系如图6所示。

图6 框架构件关系图

4 结束语

按照本文提出的导调控制系统设计思路和体系架构,重点关注异构系统信息互联互通、方案仿真推演、基于训练态势实时导调、系统功能动态调整等关键技术攻关,按照此方法已为海军某部设计研制了联合训练导调控制系统,较好适应部队承训规模、组训模式、训练内容等军事需求变化,满足了部队组训保障需要,在部队实兵演习和作战编组指挥对抗训练中发挥了重要作用,取得了良好的训练效益。