体系作战可重构指挥控制软件设计方法*

2019-11-19陆宏泽赵长见王常悦杨春雷

火力与指挥控制 2019年10期

陆宏泽，赵长见，梁卓，王常悦，杨春雷

（中国运载火箭技术研究院，北京 100076）

0 引言

指挥控制系统是体系作战的“中枢神经系统”，是体系作战的研究重点，目前，国内在武器装备指挥控制系统体系结构、建模、软件开发方面已开展大量研究［1-5］，然而，对于集成天、空、地多域体系作战资源，面向实装试验的集群体系作战相关指控技术的研究尚未见报道。受传统“烟囱式”装备研发模式影响，国内不同单位装备指控系统自成体系，接口类型多样，亟需开发满足体系作战需求的指控软件，以兼容多类作战装备、适应不同作战场景、支持多种作战规模。为此，本文提出一种面向体系作战的可重构指挥控制软件设计方法。

1 体系作战系统发展概况

体系作战是基于作战想定，综合运用态势感知装备、指挥控制装备、通信装备、打击装备和保障装备，联合陆、海、空、天、电磁和认知领域在信息链系统的支持下，实施互联、互通、互操作的整体联动作战。其实质是以天空地信息为主导的体系与体系的对抗，目的是通过能力融合实现作战效能的最大化。在高技术局部战争的推动下，目前各国都在加速开展一体化武器平台的建设，如美国“未来战斗系统”、英国“未来快速反应系统”、法国“空地一体作战系统”等［6-8］，建成的体系作战系统均集成了侦察、指控、通信、打击、防护等多种作战要素。

2 体系作战指控软件功能需求分析

体系作战的指挥控制系统是对体系作战过程实施控制的综合智能化系统，也是一种具有复杂网络特性的控制系统，其以计算机技术为核心，并集指挥、控制、通信和情报4 个部分为一体，具有情报收集、信息传输、作战指挥、武器控制等功能［9］。体系作战指控软件主要用于显示试验过程中的战场态势、各设备工作状态和作战效果等情况，完成任务规划和指挥控制决策，下发各项作战指令，控制各装备完成指定任务。

为满足体系作战多类型作战装备、多种作战规模和场景以及无中心网络化作战指挥控制需求，指控软件需要可重构，对于软件可重构的定义，目前并没有一个统一的表述，普遍理解是在不改变软件外部行为特性的情况下，通过调整软件内部结构以提高软件的可理解性、可维护性和可扩展性［10］。结合体系作战特点，分析体系作战指控软件可重构的需求主要体现在：

1）为兼容多类型作战装备，软件功能需要可扩展。根据体系作战目的不同，参与装备按功能可涵盖侦察、进攻、防空、无人机等多种类型，各类装备又可包含多个型号。目前，不同类型、不同型号装备的指挥控制信息化水平和信息传输接口差异较大，为满足一体化指控，需要指控软件能够集成各类装备指挥控制功能，并进行功能扩展。

2）为适应多种作战规模和场景，软件功能需要可配置。根据体系作战规模和场景不同，参与作战的装备种类和编组也不同，如局部作战可能仅包括近程进攻武器，而更大规模作战的参与装备可能包含地基、空基、天基等多个维度的近程、中程、远程武器，并需要多个军兵种参与，因此，指控软件各功能模块需要能够按不同作战规模进行配置。此外，为满足装备功能升级及变更，指控软件需要支持各功能模块整体升级或局部更改。

3）为满足无中心网络化作战，软件数据需要能容灾抗毁。在体系作战进展过程中，装备会因战损等意外情况需要临时退出战斗，或整个体系需要临时进行装备扩充及重新编组等情况，因此，在通信网络的支持下，指控软件需能够支持各指控终端临时加入或退出作战。当指控终端退出时，为使剩余的装备能够保持作战状态，需要能够在其他任一指控终端登陆受损指控终端，代替该终端继续完成作战任务。在网络发生中断的情况下，软件需要能够支持各指控终端独立作战。

3 体系作战指控软件设计

3.1 软件架构及功能扩展方式设计

为适应体系作战不同指控终端功能按需配置、快速集成，采用“平台+应用”的软件架构，并采用不同的接口方式，实现对不同类型功能模块的集成，实现软件功能的按需扩展。软件“平台+应用”的架构如图1 所示。

图1 指控软件架构

“平台”用于实现软件运行基础功能。包括基础服务层和业务服务层。基础服务层是支持基础数据处理、为上层业务提供基础服务的功能层，主要包含数据分发服务、数据库服务、加解密服务、文件管理服务等通用基础服务，这些服务是业务运行的基础。业务服务层提供支撑功能模块所需的核心业务服务，主要包含态势服务、指令解析服务、代码指挥服务、数据融合服务、UI 框架引擎、通信服务、模板解析服务、作战指挥引擎、火力规划服务等核心业务服务，为系统完成指挥控制的各项功能提供必须的业务支撑功能。

“应用”由各功能模块组成，通过调用平台相应的服务实现多样化业务，包括战前准备、作战指挥、流程监控、效果评估等基本功能模块，还包含中心任务规划、侦察任务规划、进攻任务规划、防空任务规划等专用功能模块，各功能模块通过调用“平台”的各种服务实现业务应用。

上述功能模块中，有的需要根据装备功能专门定制开发，有的可以是装备现有的指控软件或模块，直接集成到指控软件中，为兼容不同类型功能模块的集成，采用API 应用程序接口、插件接口、标准规范3 种方式实现功能模块与平台之间信息的高效传输。3 种方式适用情况：1）API 接口方式：应用层可调用平台提供的API 接口，实现个性化的业务功能。这种方式适用于没有现成的系统或功能模块，希望基于平台实现定制化业务。例如基于平台的GIS 服务和其具备的地图展示、元素渲染、坐标转换、动作处理、基础GIS 操作等基础功能。2）插件接口：平台提供插件接口，利用反射技术实现主框架对子系统控件的加载，各子系统只要符合接口规范，均可以插件形式接入，实现系统的快速集成。该方式适用于已有系统，需接入平台，但不需与平台交互的场景。3）标准规范：对于已有现成的系统或模块，不希望进行大幅度改动，可以按照平台提供的标准指令格式，以规范化指令驱动平台基础功能，实现不同系统或模块之间的联动，可有效避免不同系统的异构问题。

3.2 软件功能模块配置方式设计

指控终端是指执行作战任务所有指控节点的终端，每个指控终端都安装指控软件，可根据业务不同，为不同的指控终端配置相应的功能模块，实现终端功能灵活重构，使用户在每个指控终端都可以登陆任一角色，执行不同的作战任务，实现体系作战指挥控制信息管理、任务规划、融合处理、信息共享、分发应用等。

软件功能模块包括基本功能模块和专用功能模块。各指控软件终端与功能模块之间的配置关系示例见表1。可根据作战需要，对各指控终端灵活配置需要的基础和专用功能模块。

表1 软件功能配置关系对应表

3.3 软件数据库及信息交互接口协议设计

为支持无中心网络化作战，指控软件的数据库采用分布式部署方式，各指控终端本地数据库进行多库分离设计，将基础数据和作战数据分开存储，基础数据库存储每次作战相关的用户、角色、功能配置、编制、装备等基本信息。作战数据库存储作战过程中产生的数据，如作战指挥指令、作战日志等。

作战数据流转模式如图2 所示，战前向各指控终端下发基础数据，战中仅同步必要的作战数据，以降低通信带宽需求，战后进行数据汇总。因各个终端战前获取的基础数据完全一致，且战中作战数据保持了一致性，若某个指控终端被毁，其他终端可及时作为替代节点，实现“随遇入网、即插即用”；若网络中断，本地数据也可支持各指控终端独立作战指挥，防止指控终端单点失效，保障作战顺利进行。

图2 作战数据流转模式

指控软件需要支持体系作战过程中各类作战信息在整个系统内正确传输，即在正确的时间将正确的信息传输到正确的指控软件终端。由于体系装备种类繁多，同类信息的接口形式也多样，装备原有的接口大多仅针对某个具体装备开发，功能单一，通用性和兼容性较差，也不易于维护和测试。因此，需要统一体系内各类指控信息交互接口协议，以便于通信和测试使用。

天、空、地多域体系作战的作战信息分为5 类：1）作战指令信息：作战过程中各指控终端之间传输的各类作战指令。2）装备位置信息：作战过程中需要通过态势图及时了解我方作战单元的位置，因此，需要装备指控终端软件持续回传装备的位置信息。3）航迹信息：具备航迹信息的装备在作战过程中需要上报预设航迹和实时航迹，以便通过态势直观展示无人机、导弹等的飞行轨迹。4）目标信息：卫星、无人机等侦察到的目标位置信息需要展示在态势上，为任务规划和打击规划提供依据。5）音视频数据：通过卫星、无人机或巡飞弹实时获取的战场中实际场景图像及视频，在指控软件终端可掌握战场情况，便于快速决策指挥。

为保证指令的正确下达，需要采用统一的数据传输方式，指控软件与各装备指控软件进行数据交互可采用以下3 种方式：方式A：指控软件与各装备终端在界面上通过人工实现交互。方式B：在装备终端安装指控终端，指控终端和各院软件之间借助本地文件进行信息交互。方式C：通过标准的TCP 或UDP 协议完成指令信息的发送和接收。结合实际装备特点，梳理出各指控终端之间信息交互的典型方式见表2。