基于信息作战训练的舰艇模块化设计方法∗

（中国人民解放军91404部队 秦皇岛 066000）

1 引言

2012年11月，美国参谋长联席会议对美军《联合信息作战条令》进行重新修订，在第二版中对“信息作战”概念进行了重新调整，定义为“在军事行动中，综合使用信息相关能力，与其他作战样式共同作用，影响、扰乱、破坏或篡改敌人或潜在敌人的决策，同时保护己方决策”。［1］随着武器装备的不断发展和高新技术的广泛应用，现代战争的信息化、智能化程度越来越高，战术研究的技术手段和方法也越来越多，作战推演技术作为信息作战训练的主要手段，为战法研究、提高训练水平提供了有力支撑［2］。

目前，水面舰艇仿真技术是军事仿真领域的热点技术，并具有广泛的应用前景。水面舰艇建模研究在海军作战理论研究、战法推演、模拟训练、装备效能评估等方面至关重要［3～4］，特别在反舰导弹突防技术和舰艇对空防御战法研究日益深入过程中处于重要地位。近些年，水面舰艇建模研究取得了很多成果，多是对水面舰艇运动的建模与仿真［5～8］。本文为满足水面舰艇模型在海军作战理论、信息作战训练等方面的研究需求，在研究水面舰艇作战系统的基础上，给出了基于战术级战法推演的水面舰艇建模实现过程。基于模块化建模方法，将水面舰艇模型划分为各个功能模块，并结合组件化开发思想进行开发实现，大大提高了模型的通用性和可扩展性，对战法研究具有重要意义。

2 水面舰艇模型需求分析

美军在联合信息作战训练中通常利用信息网络、建模与仿真等技术，综合开发运用模拟训练手段，实现模拟化训练，训练方式主要有虚拟现实训练、推演训练、实兵演习三种［1］。推演训练作为信息作战训练的一种重要方式，也是军用作战仿真的一个分支。针对推演需求不同，一般可分为战役级、战术级和武器装备级三个级别，各个级别的仿真对水面舰艇运动、武器装备模型精度的需求差别很大，输出参数需求也不同［5］。

战役级仿真：在战役级作战仿真中，需要的水面舰艇运动仿真模型精度要求最低，主要是需要对水面舰艇机动能力的笼统计算。一般要计算水面舰艇从一个位置远距离航行到另一个位置的时间，航行过程中任意时刻的坐标，以及航行一定距离的燃油消耗量。

战术级仿真：在战术级作战仿真中，水面舰艇运动仿真模型的精度要求比战役级仿真的要求高，但比武器装备级仿真的要求低。需要水面舰艇远距离直航、近距离直航和旋回的模型，需要考虑海浪和风力的影响，但一般不需要考虑舰艇纵摇、横摇和垂荡等，参数需求主要是航向、航速、坐标等。

武器装备级仿真：在武器装备级作战仿真中，水面舰艇运动仿真模型的精度要求最高。需要水面舰艇停泊、近距离直航和旋回的模型，需要考虑海浪和风力的影响，还需要考虑舰艇纵摇、横摇和垂荡等。参数需求主要是航向、航速、坐标、纵摇、横摇和垂荡、吃水深度、重量变化等参数。

鉴于本文主要针对战术级推演系统进行建模，建模粒度并未达到装备级水平，但要高于战役级仿真，水面舰艇运动建模不需要考虑舰艇纵摇、横摇和垂荡的影响，武器装备的建模仅做功能级的模拟即可。

3 水面舰艇模型设计

3.1 模型总体交互设计

通过对水面舰艇作战系统功能的综合分析，针对本文战术级模型的验证需求，主要对舰艇平台、平台指控系统、预警侦察系统、电子战系统、硬武器系统、通信系统，以及各系统之间的交互过程进行建模仿真［9～11］，基于任务需求，暂不对反潜功能进行设计。水面舰艇模型总体交互关系如图1所示，重点描述了水面舰艇模型运行过程中，各个子系统之间的交互关系，以及模型对外的输出关系。

图1 水面舰艇模型总体交互关系图

3.2 模型功能及交互接口设计

模块化建模方法能降低建模复杂性和对用户的要求，便于修改和调试所建立的模块模型，并且模块可以不经修改直接应用于另一个类似系统的仿真模型。模块化是“系统还原论”自顶向下分解的建模方法，是指解决一个复杂问题时，自顶向下逐层把系统划分成若干模块的过程［12］。本文基于模块化设计思想，兼顾水面舰艇功能特点，将其划分为舰艇平台模块、平台指控模块、预警探测模块、电子战模块、硬武器模块、通信模块6个部分，水面舰艇模型功能模块组成如图2所示。下面，按照仿真模块的形式对各个功能模块的功能和交互接口进行描述。

图2 水面舰艇模型功能模块组成图

3.2.1 舰艇平台模块

舰艇平台模型主要用于模拟舰艇的运动特性、雷达反射特性、红外辐射特性和抗毁伤特性等，能够根据态势设置的平台初始信息，模拟并发送平台运动位置、姿态信息和毁伤信息；能够模拟油料消耗，能够模拟装备搭载能力，可接收控制命令改变运动状态，能够计算碰撞检测结果等，模块交互接口关系如图3所示。

模型主要功能如下：

1）舰艇出港进港模拟功能。当舰艇处于一级战备时，可以控制舰艇出港，舰艇完成出港后，向港口发送舰艇出港完成消息；进港时，操作员向港口发起请求进港，港口回复应答允许后，舰艇开始进港动作，完成进港后向港口报告进港完成；

2）单舰运动模拟功能。能够模拟舰艇的直线、旋回运动；能够模拟舰艇的加速、减速运动，体现平台的加减速能力；能够模拟舰艇在不同运动速度下的偏航姿态，模拟不同海情下的横摇、纵摇等姿态变化；

3）编队运动模拟功能。具有独立航行和编队航行两种航行模式，航行模式可在想定初始化参数中进行设置；

4）舰艇毁伤模拟功能。可被反舰导弹、反辐射导弹、航空炸弹和火炮攻击，通过调用毁伤判断模型计算舰艇毁伤状态，并作出响应。

3.2.2 平台指控模块

平台指控模块重点模拟舰载指控系统，主要完成信息融合、威胁判断和目标指示等功能，模块交互接口关系如图4所示。

模型主要功能如下：

1）信息融合功能。能够将同一目标经多部雷达探测生成的目标航迹关联融合，生成融合目标航迹信息；

2）威胁判断功能。基于目标航迹表信息和战术情报消息，计算空中目标威胁等级和威胁程度，并给出判断结果；

3）目标指示功能。根据威胁判断结果，进行武器与目标间的预先配对分配，得出每种武器可以打击的目标列表，自动对对空导弹、对地导弹、反舰导弹、主副炮武器、电子对抗系统进行自动目标指示。

3.2.3 预警侦察设备模块

预警侦察设备模块主要模拟预警雷达、通信侦察、雷达侦察、激光侦察和红外侦察设备的基本功能，模块交互接口关系如图5所示。

各功能部件主要功能如下：

1）雷达设备部件。主要用于模拟雷达在无干扰或有干扰情况下的探测捕获和跟踪过程，模拟雷达的抗干扰功能。能够根据目标实际的RCS等参数，计算雷达对此目标所能探测的最大距离；能够根据不同的抗干扰指令，实现抗干扰功能；能够生成雷达目标航迹信息，模拟目标航迹信息不断细化的过程；

2）通信侦察设备部件。主要对通信信号实施侦察并及时上报。能够判断通信信号电磁波传播方式，依据信号功率、频率、带宽、调制样式、频偏等判断信号能否被侦察到；能够对特征参数的识别和分析，形成侦察信号列表；

3）雷达侦察设备部件。主要用于模拟雷达侦察设备对雷达信号的截获、识别和威胁告警过程。能够判断某一雷达信号是否可被雷达侦察机截获，体现雷达侦察装备截获概率等装备性能；能够判断一部雷达信号是否与雷达识别数据库中的雷达信号匹配，并输出识别信息；

图3 舰艇平台模块交互接口关系图

图4 平台指控模块交互接口关系图

图5 预警侦察设备模块交互接口关系图

4）激光侦察设备部件。主要以截获、测量、识别敌方激光威胁信号为主要目的的被动告警方式。能够对处于告警能力范围内的敌方来袭激光威胁信号进行脉冲编码识别，判断出它们各自的方位和俯仰信息并进行告警，同时将告警信息传递给指控系统；

5）红外侦察设备部件。能够对威胁目标进行探测、识别、判断威胁程度并实时发出警报的光电设备。能够模拟利用红外波段探测系统对指定空域来袭威胁目标进行侦察，对威胁目标进行识别；判断出威胁目标信息后，向指控系统发送红外告警信息。

3.2.4 电子战设备模块

电子战设备模块主要模拟电子对抗控制、雷达有源干扰、通信有源干扰、激光有源干扰和无源干扰设备的基本功能，模块交互接口关系如图6所示。

各功能部件主要功能如下：

1）电子对抗控制设备部件。主要模拟水面舰艇的电子对抗决策过程，完成有源、无源干扰引导与控制。能够模拟威胁目标自动分配功能、有源干扰决策及引导功能、无源/光电干扰决策及引导功能、舰艇规避建议上报功能、雷达和激光威胁目标信息上报功能；

图6 电子战设备模块交互接口关系图

2）雷达有源干扰设备部件。主要模拟接收干扰引导信息，产生干扰信号过程。能够接收“电子对抗控制设备模型”发送的有源干扰威胁目标引导命令，根据引导信息内容完成噪声干扰信号、欺骗干扰信号和组合式干扰信号参数的解算；能够模拟噪声干扰、欺骗干扰、组合干扰等不同干扰样式下的雷达有源干扰信号生成；

3）通信有源干扰设备部件。主要模拟干扰决策过程和干扰信号生成等内容。能够模拟对不同通信信号的干扰决策，模拟不同通信带宽、通信种类的干扰决策，采用相应干扰手段，依据目标分配原则，对侦察到信号频率由低到高依次干扰；能够根据通信干扰决策结果和通信信号信息，模拟通信干扰信号的生成；

4）激光有源干扰设备部件。主要模拟激光压制、激光引偏等功能。能够模拟干扰决策、干扰信号生成功能；能够模拟光电干扰信号的生成，干扰信号的具体参数由电子对抗控制设备指定；

5）无源干扰设备部件。主要模拟箔条、红外、烟幕等干扰弹发射、干扰过程。能够模拟干扰引导解算功能、箔条弹运动及状态模拟功能、红外弹运动及状态模拟功能、烟幕弹运动及状态模拟功能。

3.2.5 硬武器设备模块

硬武器设备模块主要模拟武器控制、对空导弹、反舰导弹、对地导弹和火炮设备的基本功能，模块交互接口关系如图7所示。

图7 硬武器设备模块交互接口关系图

1）武器控制设备部件。主要模拟对空导弹、对地导弹、反舰导弹的武器控制设备和导弹发射装置。能够根据平台指控系统的目标指示，根据余弹情况，为导弹装订射击诸元，完成发射准备工作；

2）对空/反舰/对地导弹部件。主要用来模拟导弹的运动特性、雷达反射特性、红外辐射特性和抗毁伤特性等，能够根据态势设置的平台初始信息，模拟舰空导弹、反舰导弹、舰地导弹的运动、姿态和毁伤情况，并能发送平台运动位置、姿态信息和毁伤信息；

3）火炮武器部件。能够根据目标参数、近程反导武器状态等因素，判断是否满足火炮射击条件，自动控制火炮射击，并完成毁伤判定。

3.2.6 通信设备模块

通信设备模块主要模拟数据链数据处理设备、电台设备的基本功能，模块交互接口关系如图8所示。

图8 通信设备模块交互接口关系图

各功能部件主要功能如下：

1）数据链数据处理设备部件。主要用于本平台信息格式与数据链战术共享信息格式转换。能够将具体平台探测到的目标信息，转换为战术情报消息；将上级下发的战术情报消息转换为具体平台特有的目标信息格式，并可模拟在联通状态下的战术情报消息传输；

2）电台设备部件。主要用于模拟电台的通信过程。能够模拟产生通信信号，进行通信信号接收和发射，并计算通联状态；能够采用换频、跳频等方式，进行通信抗干扰；能够模拟多个电台的组网功能。

4 仿真模型开发与测试

基于数字武器开发平台（Digital Weapon Kit，DWK），通过生成模型代码框架，并利用C++语言，对模型进行开发实现。

仿真模型测试过程分为两个阶段，第一阶段为单机测试阶段，通过测试代码工程编写测试代码，对模型各个输入输出接口及算法功能进行单机测试。第二阶段为系统联调测试阶段，通过制定作战想定，进行方案部署，对模型间的信息流进行全面测试。通过两个阶段的测试，本文设计开发的水面舰艇模型，可以成功应用于战法推演过程中，具有很好的可重用性和可扩展性，对战法研究具有重要意义。

5 结语

在数字武器开发平台DWK研究的基础上，为满足战法研究的实际需求，本文基于信息作战训练方法，对水面舰艇作战系统进行深入研究，对其功能进行模块化分析，并结合组件化设计思想，完成了水面舰艇模型的需求分析、功能设计、接口设计、算法设计和开发测试工作。通过应用验证，该模型可以根据实际需求，通过改变性能参数模拟不同型号、不同搭载装备的水面舰艇，具有很好的可重用性和可扩展性。目前，该模型已经在某战法推演系统中得到很好的应用，模型功能完善、运行稳定，对提高信息作战训练水平、战法运用能力具有重要意义。