一体化火力控制与指挥控制关键技术研究

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　　摘要：未来“网络中心战”的复杂战场态势下，能否取得战场胜利一定程度上取决于对整个战场的一体化火力控制与指挥控制。基于联合火力控制与指挥控制的作战思想、概念和技术，探讨了一体化的火力控制与指挥控制，分析了火指控一体化发展趋势，研究了火指控一体化关键技术，用于开展火控系统和指控系统的融合设计，以满足对现役防空武器火指控一体化升级改造、体系化协同作战需求。
　　关键词：火力控制;指挥控制;协同;一体化;融合设计
　　中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）02-0159-04
　　0 引言
　　隨着信息化时代的到来，现代战争形态发生了根本性变化。从近十年来世界范围内发生的较大规模战争可以看出，空袭作战已实现了体系化、信息化和网络化。未来信息化战争形式将由“平台中心战”向“网络中心战”[1]发展，为有效对抗当前及未来的信息化空袭打击体系，未来防空应发展为网络化、体系化作战模式，实施网络化联合指挥与火力控制，对作战单元进行一体化指挥控制，对作战信息进行一体化管理与分发[2]。防空武器的火控系统需要适应这一发展变化，火控系统内涵应不断拓展，并结合其他系统进行一体化设计[3]，主要表现为火控、指控一体化，火控系统和指控系统必须融合设计，开展一体化火力控制与指挥控制研究，提升体系化防空作战能力。
　　1 发展趋势
　　实现防空武器系统扁平化、一体化的指挥控制，形成体系化作战能力是火指控一体化设计与发展的趋势。
　　1.1 扁平灵活的混编组网
　　为提升应对多目标威胁的作战能力，具备多型号混编组网指挥控制能力已经成为一项基本能力要求。采用扁平化的体系架构，实现防空武器系统的灵活混编组网，为形成多层次、立体化防空反导体系化作战能力提供支撑。
　　1.2 深度紧密的信息交联
　　为了发挥防空武器系统协同抗干扰、反隐身等作战能力，采用战术级指控系统与武器装备火力单元级指控系统一体化设计、一体化研制、一体化集成的发展模式，扩展武器系统的作战模式和作战功能，提升其应对复杂作战环境的体系对抗能力。
　　1.3 全方位战场态势感知[4]
　　实现火指控一体化的首要任务是构建全方位战场态势感知体系，融合陆、海、空、天、电等作战单元的侦察、情报、监视信息，以获取更多的战场信息，从而在未来复杂多变的现代战争中掌握更多的战场主动权。
　　1.4 智能高效的作战指挥
　　在网络化作战需求下，构建基于多兵种、多武器平台的信息网络系统，火指控一体化需实时处理全方位战场态势信息，根据战场态势实时高效地指挥控制武器平台实施火力打击。一体化作战指挥系统实时化的态势感知、信息化的数据传输、智能化的指挥决策、高效互联的作战行动要求火指控一体化作战指挥必须是实时、智能、高效的。
　　1.5 高度协同的力量控制
　　基于网络化的信息系统，火指控一体化的作战力量包括了参战的情报信息、指挥控制、火力控制、火力打击和综合保障等作战单元。这些作战力量可能从属不同指挥单位和层级，按照作战任务、作战职能进行组织协同，高度协同地对多兵种、多武器平台参加作战的各作战力量进行控制。
　　2 关键技术研究
　　2.1 一体化总体构架技术
　　基于网络中心战思想，充分利用先进技术，借鉴国内外网络中心战理论和实践经验，根据装备作战使用需求，研究一体化火力控制与指挥控制总体构架，统一考虑火力控制与指挥控制，进行一体化顶层设计，提出系统指标体系、组成架构、作战模式等，实现火力控制与指挥控制的深度融合。
　　2.1.1 一体化作战指挥层次研究
　　开展一体化作战指挥层次研究，明确各级指挥控制的关系、指挥控制与火力控制的关系等，提高指挥容量，减少指挥层次，如图1所示，构建一体化火指控系统，使指挥控制体系结构分布扁平化，实现统一指挥，分散控制。
　　2.1.2 一体化作战样式研究
　　采用一体化设计理念，研究指挥控制与火力控制的深度信息交联，在网络化作战方式下，根据作战场景和需求确定灵活运用协同跟踪/三角定位/信息支援/外部信息制导等一体化作战样式[5]，实现各种信息综合利用，满足战场环境快速变化作战需求，并实现组网作战能力集成和作战效能提升。
　　2.1.3 一体化作战流程与信息流设计技术研究
　　设计一体化作战过程，发挥共享的态势感知、传感器相互协作与信息支援、多武器间协同计划与一致性等特点，提炼出适应于未来网络化作战需求的具体战法，并对各类信息进行分类，按需进行集中、实时处理和解算等。
　　2.1.4 面向服务的火指控一体化架构研究
　　研究面向服务的系统架构，构建以网络为中心的信息系统，以面向服务的设计思想，根据具体任务和作战流程的演变，进行不同组件的组合，形成不同的服务，相关服务能够按需扩展和使用，减少各个环节的时间消耗，提高决策质量和指挥效率，如图2所示，各层功能可概括为：
　　（1）基础层：系统开发所应用的数据库、操作系统;
　　（2）数据访问层：通用的数据接口封装;
　　（3）组件层：各种功能模块的封装;
　　（4）服务层：通过对组件的不同组合提供可变的服务;
　　（5）业务流程层：构建各种事务的处理流程;
　　（6）表示层：提供指挥员的指挥控制人机交互接口;
　　（7）服务总线：提供集成环境支持上述层的运行;
　　（8）附加功能层：安全、认证等。
　　2.1.5 火指控一体化软硬件平台、操控界面等模块化研究
　　对软硬件平台、操控界面等开展模块化研究，包括软件功能、人机操作界面、硬件平台、接口的模块化和通用化，构建作战指挥与火力打击相融合的通用化操作平台，如图3所示。 　　2.2 一体化网络智能感知与构建技术
　　在火指控一体化集成中，要求一体化系统能够与预警、探测及武器平台无缝连接，通过标准化的数据格式，从网络获取必要的信息支持。然而各预警、探测、通信及指火控系统，由于数据格式、通信协议及体系结构可能存在差异，给一体化集成带来困难，火指控网络智能感知与构建技术的研究是彻底、全面解决上述问题的关键。
　　2.2.1 作战资源动态快速灵活接入技术研究
　　在一体化作战模式下，根据作战需求，研究作战资源各自入网方式和通信协议的通用化，实现快速灵活的系统重组。
　　广泛开展調研，对各种通信方式的通信能力、适用条件进行全面梳理总结，使作为网络化指挥中心节点的指控系统具备全覆盖、全兼容的网络接入能力;同时根据各自入网作战需求确定少而合理的接入方式。
　　进行通信协议的梳理与整合，遵循先整体规划，后独自设计，再整体融合的方式，使相关协议的内容能够完全覆盖组网作战过程中所需的信息样式，而且还要通过相关协议与作战过程的联合设计，解决组网作战时空统一。
　　2.2.2 作战资源动态管理技术研究
　　基于网格资源管理技术，结合火指控一体化资源具有动态性与多样性、自治性与管理的多重性、分布与共享等特点[6]，研究作战资源动态管理技术，实现网络动态配置、主动发现其他资源信息节点，自动地发现和利用网络上的其他装备所提供的服务等。
　　作战资源动态管理技术，即作战单元连接到系统后，无需预先获悉作战单元实体的位置，无需进行接口程序的安装，更不需要对作战单元参数进行复杂设置，系统自动检测到作战单元的接入，通过判断作战单元发布的描述信息，即可决定是否接纳该单元成为自身节点，其基本工作原理如图4所示。
　　2.3 多源信息融合及分发技术
　　火指控一体化系统可实时接收各种预警探测信息，由于获取信息的精度、数据率、时延等各不相同，为获取准确的目标信息，开展实时预警与火控空情融合及分发研究，对各路信息源的探测信息进行融合处理，并利用融合处理后的航迹数据、识别信息对目标进行综合识别和威胁排序，提取重点打击目标。
　　2.3.1 传感器组网探测技术研究
　　针对各装备对于多传感器组网探测的不同需求，研究多传感器组网探测方式以及相关探测资源优化分配方法，构建用于组网探测效果评估的指标体系，对各种不同组网探测方法进行定量评价和定性分析，充分发挥各类传感器在时域、空域和频域上的优势互补作用，构成一个协同及互补的体系，从而使整个多传感器系统获取信息的能力达到最优化。
　　2.3.2 数据融合及态势生成技术研究
　　开展信息融合架构、时空匹配性、多源异类信息融合等方法研究，研究基于信息融合的多源态势处理技术，对来自于各协同平台的目标探测器和跟踪传感器的信息进行时空配准、信息融合，进行满足不同装备要求的高质量航迹数据实时处理，提升整个防空体系的空情态势生成能力，为实现超视距作战、抗干扰作战、反隐身作战等多种组网作战样式提供信息支撑[7]。
　　改变具体的航迹融合算法中现有的选主元或简单加权平均的工程应用现状，探索动态多模融合方式、智能化融合方式的工程化方法，研究分布式融合滤波算法，不需要建立中心节点，每个节点只需要和相邻节点进行数据交互，得到一致的滤波值[8]。多传感器信息融合模型如图5所示。
　　2.3.3 基于作战任务的目标威胁评估技术研究
　　目标威胁程度取决于多种因素，在目标威胁评估时，必须综合考虑各方面因素，根据设定作战背景下目标可能的威胁，对威胁目标进行分类，目标威胁评估步骤如下：
　　（1）威胁目标类型划分。对于接近某个火力单元或其保卫要地的空中威胁目标和不明目标进行分类、排序，确定每一类目标的威胁程度。
　　（2）确定影响目标威胁程度的主要因素，对其进行排序。各个因素构成因素集，通常用U来表示，即，式中，为各影响因素。
　　根据防空作战的特点，对于某一确定威胁目标来说，影响其威胁程度的主要因素有：1）目标与我方相对距离;2）目标速度;3）目标航向角;4）目标的干扰能力;5）目标的空袭样式。
　　根据作战任务的不同，涉及到目标威胁评估准则也应是动态可调整的;而且与单武器威胁评估方法相比，需考虑要地或阵地的不同样式，将以点为中心进行目标威胁评估上升为根据防御区域的形状进行威胁评估，如图6所示，研究基于作战任务的目标威胁评估技术，对目标威胁评估准则进行动态调整，对防御区域的目标进行威胁评估。
　　2.4 智能网络化火控协同技术
　　网络化火控协同是指以“网络”为中心，基于网络通信链路，将预警探测系统、指挥控制系统和武器平台火力控制系统进行无缝连接，实现系统间信息统一交换、平台资源信息共享，构建具备协同作战能力的一体化火力控制与指挥体系。各作战单元根据网络化作战体系实时掌握战场态势、共享作战信息、制定作战方案和实施火力打击，完成从“发现目标”到“打击目标”的火力控制与指挥任务。
　　（1）基于数据驱动的模糊作战任务规划规则建模及仿真支持技术研究。
　　由于战场信息本身具有的复杂性、不稳定性和传感器感知信息的不完全性，战场态势信息的采集、分析等过程中存在各种误差，以及在作战概念的定性与定量转换过程中会导致随机、模糊、未确知等不确定性数据产生，作战任务规划具备典型的模糊模型系统特征。
　　模糊规则的生成由模糊系统的结构辨识和隶属度函数的参数优化组成。模糊系统的结构辨识旨在为每个输入变量定义适合的模糊分区以及确定对应的模糊IF-THEN规则。结构辨识的方法分为两种：基于先验知识的方法和数据驱动的方法。基于先验知识的方法依据专业知识估计输入输出模糊集的数量，总结IF-THEN规则，但基于先验知识的方法十分耗时，需要进行复杂的经验总结才能归纳出最终的模糊规则。而数据驱动的方法运用数据挖掘等技术，能够直接从数据中提取适合的模糊规则。 　　在不确定性战场信息处理、变精度模型、多平台不一致信息的一致化转换方法、数据驱动的自主式学习等技术方向，对多武器平台协同作战任务模糊规划规则建模进行研究，以取得整体性的、可工程化的技术方案。
　　（2）防御资源的优化配置与动态规划技术研究。
　　针对敌方空袭武器的打击能力，以及我方各型预警探测、防空装备的能力，重点保护目标情况，研究建立远中近程、高中低空混合编配网络化防御体系，并研究动态规划技术，实时给出指挥控制决策建议。
　　动态规划是在作战过程中，针对当前作战态势，以作战预案为支撑，结合传感器、武器的状态能力，实时给出指挥控制决策建议的过程。它涉及分阶段行动的最优化问题、作战全局最优策略规划问题等一系列高难度问题。
　　（3）基于多模分类算法的目标优化分配技术研究。
　　多武器协同作战与单武器独立作战相比，目标分配的侧重方向是不同的。杀伤区、发射区的准确计算是目标分配的重要前提，以前对于多武器协同作战模式下杀伤区、发射区的考虑较少;而且，作战任务的不同，对于分配原则的选取也将产生直接影响。因此，要分析不同作战任务下，各种因素的差别以及各因素的量化方法，确保不同作战任务有不同的目标分配方案与之对应。
　　根据目标飞行特性、每个火力单元甚至是每个发射装置的当前工作状态和基本战技指标，分析探测传感器和拦截武器的资源状态和战术性能，进行拦截有利度的评估，建立多武器目标优化分配的模型，确定协同作战的预警探测系统、拦截武器的分配时机、分配原则、使用模式的最佳组合方式。
　　3 结论
　　随着世界武器装备和军事技术的发展，体系作战作为未来战场的主要作战样式将日益重要。本文针对一体化火力控制与指挥控制的作战需求，研究了火指控一体化关键技术，设计了火指控一体化总体构架，构建了一体化的火指控网络，进行实时空情融合及分发，实施混合编配模式下的网络化协同作战。此外，构建一体化作战体系，还需要按照“标准化、通用化、系列化”要求，大力发展以C4ISR为核心的指挥控制系统，提高武器装备体系的总体技术水平。
　　参考文献
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　　Research on Critical Technique in Incorporated Fire Control and Command Control
　　FAN Hai-zhou， HUANG Kai， WEI Bing-zhuo， XU Pei-ran， YAO Zhen-nan
　　（Shanghai Electro-Mechanical Engineering Institute， Shanghai  201109）
　　Abstract：Under the current complex battlefield of Network Centric Warfare（NCW）， the battlefield victory depends on the incorporate fire control and command control of the entire battlefield in some degree. Based on the operational thought， concepts and techniques of the joint fire control and command control， the incorporate fire control and command control is discussed， the trend of development is analyzed， and the critical incorporate fire control and command control technologies are studied to develop fire control and command control system integration design， which can meet requirements of air defense armament incorporated update and cooperative systematism combat.
　　Key words：fire control; command control; cooperation; incorporation; integration design
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