1、第 34 卷 第 3 期 指挥控制与仿真 Vol.34 No.3 2012 年 6 月 Command Control 态势一致性 ;共用作战图 ;态势图簇 中图分类号 : E917 文献标识码 : A DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2012.03.017 Inspiration From Battlespace Situation Consistency Technologies of American Army PEI Xiao-li (PLA Rep. Navy Office in Shanghai, Shanghai 200083,China) Abstr
2、act: Battle-Space situation pictures have become the most important parts in almost all command and control systems in information age. In this paper, we analyses Family of Interoperable Operational Picture (FIOP), summarize character of FIOP and key technologies of American situation consistency. O
3、n the basis of research FIOP, propose inspiration and key technologies for us. Key words: battlefield situation; common operational picture; family of interoperable operational picture (FIOP) 信息化联合作战 ,战场空间广阔、参战力量多元、装备种类多样、情况动态多变、控制幅度大增、作战节奏明显加快、战机稍纵即逝。在战略、战役、战术级作战中 ,信息权争夺十分激烈。这要求生成的战场态势必须与实际状况相符 ,同时
4、 ,又要根据需要 ,使所有的指挥单元和作战单元也都能够实时地、精确地 “看 ”到整个战场的 “同一幅画面 ”,对敌军的位置、集结、运动情况 ,以及已方的地点、要采取的行动等 ,都十分清楚。以保证他们对战场态势有共同的理解 ,真正实现所有参战单元之间战场信息共享 ,从而实现对战场态势的精确认知。只有这样 ,才能缩短指挥反应时间 ,保障部队的精确协同 ,实现指挥控制的快速、高效和精确作战 ,从而适应信息化战争快节奏的需要 ,以及精确打击的需要。 因此 ,战场态势一致性十分重要 ,是影响联合作战装备体系战斗力的关键因素之一。 由于历史原因 ,美军不同军兵种装备的发展互相独立 ,各自针对其自身军事需求
5、采用了互不相同技术路线 ,形成了大小不一的 “烟囱 ”,这种各自为战 收稿日期 :2012-02-02 修回日期 :2012-05-07 作者简介: 裴晓黎 (1965-),男 ,北京人 ,博士 ,研究方向为舰艇作战系统、指控系统和火控系统。 的体制 ,严重阻碍了兵种间的联合作战。这些问题在海湾战争中充分显现。从 1999 年开始 ,在美国联合兵力指挥部的领导下 ,开展联合作战管理指挥控制(JBMC2)所必需的系统和能力簇的确认工作。这些系统和能力统称为 JBMC2 项目 ,JBMC2 项目的路线图总共涉及 360 个关键任务 ,包括 :情报、 预警和侦察87个 ,后勤保障 11个 ,通讯支持
6、 132 个 ,核心的 JBMC2项目 130 个 ,其中包括可互操作性作战图家族约 30个 ,如 SIAP、 SIGP、 SISP、 ForceNET 等。 SIAP 由美国国防部发起 ,具体负责该项工作的是联合单一合成空图系统工程办公室。 SIAP 是为了解决如下作战问题 :规程控制 ,目标 ID 不统一、跟踪性能差 ,传感器的局限性以及武器系统、传感器和 C4I 系统之间的可互操作性缺乏等。由于空中目标速度快、机动性强、威胁大 ,因而 SIAP 受到更多人的关注。 SIAP的实质就是要实现不同作战单元空中态势图统一和可互操作性。 本文通过对美军战场态势图发展现状研究 ,分析其态势图构建技
7、术思路和实现战场态势一致性解决的关键技术。从海军信息化建设的军事需求出发 ,提出了对海战场态势图体系构建的启示和需要解决的关键技术 ,为军队装备建设 ,特别是协同作战和联合作战中战场态势图的建设提供参考。 68 裴晓黎：美军战场态势一致性对海战场态势图体系构建的启示 第 34 卷 1 美军作战共用图发展现状及技术特点 1.1 美军作战共用图发展现状 战场态势指战场兵力分布及战场环境的当前状态和发展变化趋势 ; 态势包含 “态 ”和 “势 ”两层含义。态 ,强调当前状态 ,是对目标当前位置、运动参数、身份、类型等的描述。势 ,强调事物发展的趋势 ,是对目标隐含的作战意图、作战能力、相互关系以及对
8、我构成的威胁等的描述。战场态势包括兵力部署、动态目标、环境要素、社会要素、对抗措施五类要素。战场态势一致系指作战单元获得的战场态势信息和真实战场状态的相符程度 ,以及不同作战单元获得的共同关注作战区域的态势信息的相符程度。前者是战场态势一致性绝对概念 ,后者是战场态势一致性相对概念。 从 1997 年美军提出共用作战图 (COP)以来 ,经过20 多年发展 ,美军逐步建立和完善了互操作作战图族 (FIOPFamily of Interoperable operational pic-tures),包括用于国家和战区层面的共用作战态势图 COP (简称为共用作战图 ,Common Operati
9、onal Picture)、战术层面 CTP (简称共用战术图 ,Common Tactical Picture,或一致战术图 Consistence Tactical Picture)和火力打击层面的 SIP 单一合成态势图 (简称单一合成图 ,Single Integrated Picture)。 它们分别服务于指挥决策 (作战决心 /方案 /计划 )、战术指控和火力协同打击等不同层次的作战应用。分别通过联合计划网络、联合数据网络、复合跟踪网络连接其所属诸节点 ;然后再通过这三级网络的互连 ,实现该图族的纵向垂直连接关系。依据不同的联合作战目的和样式 ,参战的军兵种作战单元也不相同 ,它们
10、具有不同的战场范围和作战目标 ,因而对战场态势特别是对动态目标的信息精度和实时性需求也不相同。 FIOP 家族成员分别由相应层的联合作战网络建立和维护 ,COP、 CTP 和 SIP 共同为各级指挥官和执行人员提供完整的态势感知 ,如图 1 所示。 COP、CTP 和 SIP 三级态势在态势要素、信息精确程度、面向对象之间对比如表 1 所示。 图 1 FIOP 垂直关联图 美军共用作战图随着联合作战概念、技术模式和作战模式的深化而不断滚动发展 ,从早期让所有用户看到相同的作战视图到全维战场感知经过三个阶段 ,态势可视化、战场数据处理交换环境、联合C4ISR 全维战场感知2。在态势可视化阶段让所
11、有用户从司令到士兵看到相同的作战视图 ,因不同级别的作战人员所关心的战场态势要素不同 ,信息粒度不同 ,信息内容不同 ;于是美军在 2003 年前后 ,提出了面向用户定制的态势图 (UDOP),主要根据用户的需要 ,主动索取所需要的信息 ,这时态势一致性实现了从态势可视化向共享信息一致性的转变。为了满足未来联合作战的需求 ,美军在 2020 联合构想中将 COP 定义为一个系统 ,在基于组网和知识共享环境基础上 ,将整个作战空间 (包括陆、海、空、天、电 )的火力、 ISR、后勤、机动等融合成一个整体 ,并具有新型的指挥控制方式、实时调整兵力以及指导决策处理的能力 ,其将 COP 由战场感知领
12、域扩展到作战领域 ,涵盖信息越来越广。 表 1 三级作战图的对比 生成方式 态势要素 应用级别 精确程度 面向对象 COP CTP是生成 COP 的基础 敌、我、中立方的地面、水面、水下和空中目标的当前位置和所有可获得的状态信息 ;目标的计划 (预计 )机动信息 ;作战单位部署行动的信息 ;生成的要素和规划 (作战计划、作战区域、飞行轨道描述等 );COP 扩展内容有 :政治与媒体敏感信息 ;我方作战单元的安全信息 /人口相关信息 /重大事件 /后勤 /人事财务信息等。 主要战略层次 精确度低 总司令部 CTP 战术数据库组 (CTD)及相关站点 (CTPCS)生成 ,由 SIP提供数据 敌方
13、、我方、中立方部队的实时作战方案、计划部署图 ;战场目标和环境 (地理、天候、气象 )数据 ;共用战术数据库 (CTD); 战术层次的 COP 精确度一般 各大战区 SIP 由各个信息单元获取 ,综合而成 单一合成空情图、单一合成太空图、单一合成地情图、单一合成海情图、单一合成海底图、单一合成情报图 战术层面 ,火力控制 精确度高 各作战单元第 3 期 指挥控制与仿真 69 每个对等的输入相同输入到分布式系统军事情报、地图等传感器测量先前的知识从非 SIAP来源得到的航迹每个对等处理输入的方式相同每个对等产生的结果相同对等计算程序对等计算程序对等计算程序分布式系统空情图空情图空情图态势评估态势
14、评估态势评估资源任务集资源任务集资源任务集对等计算程序结果1.2 美军 FIOP的主要特点 1)多级多层态势体系 :FIOP 由火力打击、战术 /战役、 战略三级态势图体系 ,在每个级别内 ,态势图又按作战空间进行分类。 2)信息涵盖越大越广 ,从态势感知领域扩展到作战领域 ,随着信息范围扩大 ,网络化程度也逐步提高 ;随着 COP 功能向下延伸 ,信息处理速度越来越快。 3)共用作战图的数据具有多样性 :数据来源多样性、数据格式多样性、数据专业多样性。 4)角色多重性 :用户多样性、角色多重性。 5)系统分布性 :态势生成分布性、数据表达对象分布性、数据来源分布性、服务对象分布性。 6)系统
15、的开放性 :COP 开放性包括两个方面 :一是系统规模的横向扩展 ,即节点、 用户数的增减 ,横向的伸缩意味着作战集团、作战部队和作战单元的数 量的变化 ;二是指纵向的可扩展 ,在横向扩展的同时 ,伴随着数据容量和数据交换频度的大幅度变化。 2 美军实现战场态势一致性的关键技术 1)体系结构技术 为了保障不同用户之间态势一致性 ,美军提出了对等计算服务 ,每个 PCP 用户都将使用相同的处理技术 ,包括相同计算方法和模型算法。一旦为每个PCP 提供相同的数据输入 ,相同的模型算法 ,每个PCP 都将生成相同的图像、估计以及决策结论 (见图2)。同时 ,为了提高计算机软件的互操作性和可重用性 ,
16、美军采用了基于模型驱动的体系结构 (MDATM)开发方法。 图 2 SIAP共用处理概念 2)时空基准基础技术 美军在三军的演习、作战过程 ,由于没有共同的时间基准和空间基准 ,导致航迹丢失、目标误认等问题出现 ,所以美军非常重视时空基准设施的研究与具体建设 ,制定了国家定位、导航、定时体系结构(PNT)计划 ,并提出 PNT 的 2025 年发展构想 ,体现了美军时空保障体系结构的长远设想 ,强调利用通信增加集成度 ,强调与其它应用的一体化集成 ,以满足增加空间覆盖、提高精度和准确度等需求 ,确保美国天基定位、导航和授时服务 ,增强系统、后备支持及服务能力。 3)数据融合与航迹管理技术 数据
17、融合与航迹管理技术是美军网络中心战的关键 ,为了解决网络中心战中信息冗余引起的融合估计干扰问题 ,美军提出了分布式数据融合技术 ,应用协方差交集 (CI)技术 ,提高系统鲁棒性 ,减少信息冗余引起的干扰。 美军在三军作战过程中 ,由于各军种之间没有共同的时间标准、没有公共的大地测量坐标、相关 /去相关算法差异、 16 号数据链设备的不一致以及数据链之间的不能互通导致在演习等活动中出现目标航迹丢失、航迹冗余、航迹交叉以及目标误认等。为了解决上述问题 ,美军提出了开放式体系结构航迹管理器 (OATM)亦即联合航迹管理器 (JTM),其功能是创建高质量的共用作战图 ,以便为各个作战控制系统提供火力控
18、制应用支持。 4)态势数据的分布式管理技术 战场态势一致性目标并不是要求所有用户看到相同的视图 ,而是用户所使用的数据相同 ,可见态势数据的一致性是态势图的基础。由于态势生成中的70 裴晓黎：美军战场态势一致性对海战场态势图体系构建的启示 第 34 卷 一个用户有可能是数据的提供者 ,同时又是态势数据的使用者。 在美军的发展过程中强调 “COP 是一个分布式的数据处理交换环境 ,用来建立战场目标的动态数据库 ”。为了实现数据库中数据的实时性、一致性、完整性等 ,美军采用元数据技术、一致网络信息流技术、分布式数据管理技术。 5)战场空间数据挖掘与知识发现技术 美军在对潜在威胁目标进行意图识别时
19、,采用了数据挖掘技术。数据挖掘是对来自不同观点的数据进行分析并将其概括为有用信息的过程。将数据挖掘技术应用到态势分析中 ,将态势信息转化为知识 ,才能将信息优势转换成决策优势 ,更好地为指挥员提供决策支持。 3 对海战场态势图构建的启示 3. 美军互操作作战图族对海战场态势体系构建的启示 1)互操作作战图族是一种分级的态势图体系 ,不同级别的战场态势图为相应级别的指挥机构提供的态势要素各不相同 ,例如战略层次的战场态势图一般提供战略性的态势信息 ,而战区层次的战场态势图则提供较详细的具体战术态势信息以实施指挥与控制 ,火力打击层为作战单元提供武器打击所需的态势信息。 2)时空基准是实现态势一致
20、性的共用技术 ,是实现态势一致性的基础。 3)互操作作战图族向作战应用的最低层 联合火力打击延伸, 利用互操作作战图族满足多作战单元火力协同打击对战场态势感知的需求。 4)互操作作战图族利用各类综合、智能技术将态势信息转变为态势知识 ,并快速将知识进行整合,从而成为指挥官和参谋人员发现解决问题 ,产生正确决策方案的依据。 5)信息化战争的高节奏和大信息量处理需要不断提高互操作作战图族的处理速度, 加快互操作作战图族的更新周期。 6)适应扁平化指控与协同作战的需求 ,互操作作战图族的网络化程度将愈来愈高。美军采用联合计划网络、联合数据网络、复合跟踪网络三级网络满足不同级别信息传输需要 ,通过这三
21、级网络的互连,实现不同级别之间的信息传输需要。 7)共用作战图需要随军队信息化进程的发展和联合作战概念、技术模式和作战模式的深化而不断滚动发展。 3.2 海战场态势图需求研究的关键技术 根据目前海战场态势生成的需求 ,提出了构建联合作战态势图所需要解决的几个关键技术问题。 1)态势生成的体系架构技术 不同级别用户对态势信息需求不同 ,即使同一级别 ,不同作战任务对态势信息在态势完整性、正确性、连续性、及时性等需求不相同 ,导致在态势生成方法、态势信息交互机制上等不相同 ,需要加强态势生成体系架构的研究。 2)时空综合保障技术 时空基准是实现战场态势一致性的基础 ,达成时空一致需要利用网络化的作
22、战平台 ,整合所有平台上的时空信息资源 ,构建装备体系的时空综合保障体系 ,使时空信息从各自平台单独保障向多平台协同综合保障发展 ,实现作战单元按需的时间同步服务和空间配准服务 ,保障联合作战装备体系的时空一致性。 3)复杂电磁环境下的信息融合技术 在复杂的电磁背景和对抗条件下 ,由于信息存在不确定、不完整、甚至相互冲突和虚假等导致信息处理能力的下降 ,造成目标跟踪丢失、目标指示误差超差、出现假航迹、态势混乱问题。需要提高复杂电磁环境下信息融合能力和航迹管理能力。 4)态势评估技术 态势评估是将所观测的战斗力量分布、活动和战场周围环境、敌方作战意图及敌机动性有机地联系起来 ,建立作战活动、事件
23、、时间、位置和兵力要素组织形式的多重视图 ,提供战场事件、行动的准确预测 ,对敌方目标的威胁进行定量描述 ,最终把信息优势转为决策优势。 4 结束语 本文详细描述了美军态势图簇的构成和各级态势图的组成要素 ,分析了美军实现战场态势一致性的相关技术; 在总结美军实现战场态势一致性相关技术的基础上, 提出了海战场态势图体系的构建需要解决的关键技术。 参考文献: 1 何佳洲 . 战场态势图互操作性及其关键技术分析 J. 指挥控制与仿真 ,2010,32(2):1-7. 2 赵宗贵, 李君灵, 王珂 ,等 . 共用作战图现状与发展趋势 J.中国电子科学研究院学报 ,2008(4): 384-392.
24、3 CJCS I 3151.01A.Global Command and control 第 3 期 指挥控制与仿真 71 System Common Operational Picture R eporting Requirements R.2003. 4 Edward Waltz and James Llinas. Multisensor Multit- arget Data FusionM. Artech House. Boston, London. 0-89006-277-3,1990. 5 李欣 .美军通用作战图现状与发展趋势 J. 测绘技术装备 , 2005,7(3):13-15.
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26、 AssessmentD. Naval Postgraduate School, 2007. 10 JC3IEDM Main - GBR-DMWG-Edition-3.0.2- 20090514. pdfEB/OL. 2009-5-14http:/www.mip- site.org 11 JC3IEDM-Annex K-logical view-GBR-DMWG- Edition-3.0.2-20090514.pdfEB/OL.2009-5-14 http: /www.mip- site.org 12 Dr. Paul J.Hiniker(poc), et al. Operational Re
27、planning with User Defined Operational Picture: Warfighting Experiment 战场运用方案 ;作战环境威胁 ;现有系统不足 ;系统能力要求 ;规划保障要求 ;以及其它方面要求。 炮兵通信系统作战需求是支持系统开发的重要依据 ,具有以下的特点 : 促进理解和交流。 炮兵通信系统作战需求通过抽象 ,使得系统描述变得简单 ,也更便于交流 ; 为炮兵系统建设提供决策支持。炮兵通信系统作战需求 ,保证了炮兵作战体系设计的科学性 ,为系统开发科学决策提供支持 ; 指导系统运行。炮兵通信系统作战需求是系统设计的概要 ,集中体现了系统目前和未来的
28、需求 ,有利于指导系统的运行 ; 指导炮兵系统开发集成。炮兵通信系统作战需求可以指导系统实现 ,为系统建设中的分工协作提供依据 ,为系统开发后的综合集成提供支持。 3 结束语 未来一体化联合作战条件下 ,要求炮兵通信系统能够对上接入联合指挥所 ,对下延伸至武器平台 ,横向上实现与其它兵种系统互联互通 ,从而实现部队指挥控制关系由树状式向扁平式、资源使用由条块式向共享式、体系结构构成由组合式向融合式的跨越发展。炮兵通信系统作战需求分析是陆军武器装备需求论证理论在炮兵中的应用 ,是陆军武器装备需求论证理论的深入、细化。本文针对炮兵作战的特点 ,基于体系结构框架描述模型 ,设计了炮兵通信系统作战需求
29、生成流程 ,为作战人员和系统设计、开发人员提供了交流平台 ,提高了分析理解问题的效率。实现炮兵通信系统作战需求需要关键技术的支持 ,可以从技术体系结构的角度展开研究 ,设计具体的技术架构来构建和实现系统 ,为此还需要进一步的研究。 参考文献: 1 刘树海 .军队指挥自动化系统 M.北京 :解放军出版社 ,2002. 2 DoD Architecture Framework Working Group. DoD architecture framework, version 1.0R.The United States: Department of Defense, 2004. 3 DoD Ar
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