作战方案推演系统的设计与实现*

程路尧

(91404部队 秦皇岛 066000)

作战方案推演系统的设计与实现*

程路尧

(91404部队 秦皇岛 066000)

针对军事信息系统的作战方案推演的业务需求,论文设计了作战方案推演系统。首先分析了系统的体系结构和软件架构,然后讨论了系统涉及的三个关键技术。在此基础上,设计了一个典型作战方案应用流程。

作战方案; 推演系统; 体系结构; 软件架构

Class Number TP311

1 引言

作战方案推演是指在作战行动实施前或者实施过程中,按照作战方案规定的作战意图、顺序和进程,对作战方案中各个作战阶段的作战部署和作战行动所造成的状态进行演练分析的过程。

指挥机关在制定作战方案后需要对方案进行评价。人们通常通过推演方法来验证作战方案的可行性,完善决策。同样,要评价一个作战方案的优劣,就要严格按照作战方案的步骤,沿时间轴向前动态推进,并综合考虑推进过程中的若干可能性,直到推出战斗结果,并用战斗结果来评价作战方案的优劣。

目前,在作战方案推演系统方面,由于其特殊的应用背景,还没有现成的系统可供直接借鉴,并且由于系统的保密特性,相关软件系统不可能直接从国外购买,其技术实现细节也很难获得,所以本系统立足自行研制开发,在可直接利用资料很少的情况下,研制具有自己特色的作战方案推演系统。

2 系统总体需求概述

作战方案推演系统主要用于作战行动之前对作战方案进行模拟演练,在用户输入各种分项活动的信息和活动时序计划后,可以直观地模拟出活动的过程,并显示出可能发生的各种矛盾冲突,最终给出活动的可行性、合理性以及正确性评价。对于系统的设计要求,作战方案推演系统对活动方案数据进行动态演绎和展示,以模拟出方案实施的过程和可能的结果,辅助组织者确立行动间协同的要点,并最终定下实施方案。作战方案推演系统能够以态势图、行动矩阵、滚动信息的形式动态表现活动的实施过程;在推演进行过程中,模拟推演过程可以根据需要进行控制,态势图形能实时展示对推演过程的控制效果。

3 系统体系结构

3.1 方案推演体系结构

作战方案推演系统包括五个部分,见图1。其中控制服务、态势服务、数据服务是本系统的重点。下面分别介绍各软件部分的功能特点。

图1 方案推演系统部件图

· 数据服务(Data Server,DS)根据态势服务或控制客户部件的数据需要,从数据库中获取相关数据并作相应处理,然后返回处理后的数据；或者将其它部件提交的数据处理后存储至数据库。在分布式应用中,各种不同类型的数据分布在不同的数据库中,数据服务是基于CORBA通信特点进行设计,能够屏蔽这些差异,支持数据库的异构性,并且易于扩展新增数据库,为态势服务提供一致、高效、可靠的数据访问能力。

· 控制服务(Control Server,CS)与态势服务和控制客户基于CORBA通信,在进行推演前,态势服务向拟进行推演的Client向控制服务进行注册。在推演过程中,根据控制客户的指令控制已注册态势服务的推演进程和速率,以满足用户对推演过程的控制和观察。

态势服务(State Server,SS)在控制服务的控制下,调用数据服务的接口获取数据,向上图软件发送数据,以图形的方式动态展现计划数据。其中基于多线并发技术很好地解决了多元素并发模拟的问题。

· 控制客户(Control Client,CC)客户控制界面。客户能通过该控制界面控制推演进程和速率,查看正在推演的行动矩阵和推演过程中的关键事件和冲突信息。

· 数据库(Data Base,DB)是存储方案推演相关数据的数据库系统。在态势推演系统设计中,SS、CC和CS为SEV结构态势引擎部分,DS为服务部分。

3.2 系统总体结构

作战方案推演系统主要由武器装备体系对抗模型(简称任务模型)、基础资源、推演引擎和应用界面等部分组成,如图2所示。其中,基础资源既包括推演系统建立和运行必需的原始资源,也包括武器装备体系论证评估必需的推演系统运行结果资源。

任务模型是指在典型联合战役作战任务背景下,对武器装备体系对抗联合战役在战术层次基本作战行动的抽象描述,通过建立不同装备体系配系的基本行动模型,能够反映联合战役作战样式的复杂性。任务模型主要包括指控通信模型、进攻任务执行模型、红/蓝方电子对抗模型、目标毁伤侦察模型、预警探测模型、目标毁伤评估模型等。

图2 方案推演系统总体结构框图

基础资源是指推演系统建立、运行与应用必需的系统组件库与数据资源库(含仿真想定库、装备数据库、推演结果库等)。其中,系统组件库存储推演系统构建必需的任务模型(系统)组件;仿真想定库存储武器装备体系对抗联合战役作战想定背景下,与典型行动方案相对应(反映不同战役作战样式),能够适用作战方案的论证评估,并可直接用于触发推演系统的计算机想定;装备数据库存储装备体系相关的作战编成编组、装备战技性能参数等系统组件必需的原始或初始数据;作战规则库存储作战行动需遵循的军事规则;战场环境库存储对装备战技术性能及作战运用产生影响的战场环境数据;推演结果库存储推演系统运行的中间和最终结果,为推演系统推演流程的推进和基于推演结果的武器装备体系论证评估分析提供数据支持。

推演引擎驱动系统模型运行,为推演系统的各项应用功能提供执行支撑。其主要功能包括: 1) 推演流程设计管理,支持根据特定典型行动方案,实现对系统组件的选择、配置导航等功能,完成推演系统事件流模型的设计; 2) 接口文件管理维护,在完成推演流程设计后,支持推演系统对系统组件接口及数据文件的一致性检查,确保推演流程中各系统组件接口物理连接正确; 3) 推演系统调度管理,在推演系统运行时,支持推演流程中各系统组件运行环境切换、后台调用、连接、运行调度,推演系统初始态势加载和推演控制、容错处理等功能; 4) 基础资源管理维护,支持用户实现对基础资源库中的系统组件、数据文件、作战规则、战场环境基础数据等的查询、增添、修改、删除等功能。

应用界面是基于作战想定下的特定典型行动方案,利用系统基础资源库中的已有系统组件构建推演系统,以及运行推演系统,对推演系统基础资源库中的基础资源实施管理维护等操作的人机交互界面。其中,系统建立人机交互界面,主要提供推演流程设计、系统组件配置、接口数据文件和仿真想定文件的选取等操作;系统运行人机交互界面,主要提供推演流程控制(运行、暂停、继续)、系统组件的装备数据初始化等操作;系统维护人机交互界面,主要提供系统组件库、仿真想定库、装备数据库、推演结果库等模型、数据资源的管理维护等操作。

3.3 系统总体业务流程

动态推演模型描述和体现了在给定作战条件下,对战斗划分一定的阶段和时节,提炼会出现的作战行动;分析模型计算能使用的推演行为,并控制阶段、时节之间的转化,并对实体的空间位置和状态赋予一定调整的过程和结果,并选择可视化表达的作战过程的内容及形式。其主要过程为:

1) 依据命令数据和作业方案数据,在给定作战条件下,对战斗划分一定的阶段和时节,对阶段、时节的关键特征进行描述,用数学表达式、逻辑规则来描述和体现关键的任务和作战行动。

2) 建立一系列彼此关联的、具有层次结构的行动序列(行动序列是作战实体实现其作战任务的整体有序行为,是执行任务的流程。通过对行动过程的分层组合,并控制阶段、时节之间的转化,提供了行动过程建模的可重用性),对推演中阶段、时节、行动、事件的统筹安排和全局规划进行描述,实现对作战计划的控制。

3) 分析模型计算能使用的推演行为,提供检验行动序列冲突和时序关系的建模手段和途径,并给出了对人工干预行为以及在此基础上作战过程序列调整的过程。

4) 保存作战过程中详尽的态势变化情况,给出触发态势变化的目的、时间、原因、结果等数据信息。

4 系统关键技术

作战方案推演系统存在三个重要技术要素,即推演流程设计、实体模型和模型体系以及智能推理技术。

4.1 推演流程设计

作战方案推演流程设计(简称推演流程设计)是在体系对抗联合战役作战背景下,针对某个典型作战方案,将联合战役作战过程的若干关键事件(即联合作战实体行为),按照红蓝各方的循环和联合战役攻防对抗关系建立事件流模型的过程。

推演流程设计的关键和难点在于: 1) 联合战役作战关键事件的划分; 2) 典型行动方案下关键事件时序关系的确立。本文将联合战役作战关键事件划分为观测、判断、决策、行动四大类,每大类又分为用以反映实体某类行为不同状态的若干事件。同一事件可以由不同作战实体(组件)产生,如预警探测事件可以由预警卫星、预警雷达或两者组合产生。同一作战实体(组件)可以发生不同事件,如航空兵突击编队包括飞行、突防、打击、返航等关键事件。关键时间的次序关系主要包括顺序、并发、条件选择、嵌套等类型。

4.2 实体模型和模型体系

实体模型是软件内部使用的运算对象模型,对应现实中的各种作战平台,如:“战斗机”、“驱逐舰”、“核潜艇”等。实体模型的型配置是以格式化模块进行部署。

建立实体模型的关键和难点在于: 1) 兵力实体模型要有效反映兵力实体在作战过程中的自主行为能力,具有行为的对抗性; 2) 兵力模型在运行过程中的协作性和协调性,能够完成对环境和指令的反应。目前普遍采用基于Agent的实体建模方法,通过建立基于反映式行为的智能兵力模型,达到模型的逼真性、智能性和协同性,满足作战方案推演的对抗性要求。

模型体系则是对实体模型进行标准化与规范化,建立适合作战方案推演的可重用和可扩展的接口标准和模型规范。

4.3 智能推理技术

智能推理是在动态环境下完成作战方案执行的一个过程,具体反应在作战方案推演过程状态转化的推演控制推理。

智能推理技术的关键和难点在于: 1) 规则的表示,要建立适合的表示方法对规则进行描述,形成可用的控制策略; 2) 规则的使用,要建立规则的触发机制及调度机制,确保推演过程的逻辑顺序和进程。

5 系统典型运行流程

以武器装备体系对抗联合战役为例,建立了联合进攻战役作战方案的推演流程。如图3所示。

图3 方案推演流程

系统在完成方案加载、解析和初始化后由红方初始作战方案触发运行。联合进攻战役作战的推演流程是:

1) 作战仿真想定库中的想定数据,联合进攻指控与通信节点生成红方火力打击计划文件并向红方相关执行节点发送;

2) 联合进攻任务执行节点按照作战计划同时而有序地执行进攻任务并生成航路数据文件,这些航路数据文件触发蓝方预警探测与空情预告节点进入防御,同时作为红蓝双方交战节点红方的输入数据文件;

3) 红蓝双方构成交战关系并在交战完成后输出红方装备毁损文件和突防导弹情况(存入推演结果库)、红方对蓝方目标进行攻击的弹着点散布文件等;

4) 红方目标毁伤侦察节点根据蓝方目标特征生成目标毁伤侦察信息文件并传输给联合进攻指挥与通信节点;

5) 红方联合进攻指控与通信节点结合其他作战信息对目标侦察信息进行融合,判断是否完成联合进攻战役作战任务,如否,则进入联合进攻的下一个循环。

6 结语

本文针对作战方案推演的业务需求特点,分析了系统的体系结构,按照服务化模式提出系统包括控制服务、态势服务、数据服务以及数据库等五个部分组成。基于此模型,进行了包含对抗模型、基础资源、推演引擎和应用界面的软件总体架构设计,并分析了系统的基本业务流程。针对系统存在的三个关键技术,本文也进行了分析与研讨。在此基础上,本文针对联合进攻战役作战这一典型作战样式给出了系统的运行流程。

随着科学技术的发展,系统可以从以下几个方面进行深入研究探讨:

1) 研究多种形式的建模方法,针对性的对兵力以及规则进行建模,满足不同作战样式的方案推演的业务需求;

2) 深入研究军事概念模型,对作战活动中的关键步骤进行高度参数化、形式化分析,不断完备作战方案推演过程中的可响应的事件和条件;

3) 综合考虑作战复杂性、战场丰富的随机事件模拟,以及分布式作战方案推演等,构建智能化、跨平台的新型作战方案推演系统。

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Design and Implementation of Operational Scheme Deduction System

CHENG Luyao

(No. 91404 Troops of PLA, Qinghuangdao 066000)

Aiming at the rehearsal demand in military information system, the operational scheme deduction system is designed. First, the architecture and software framework of the system are analyzed. Second, three key technologies involved in the system are discussed. On this basis, a typical operational scheme application process is designed.

operational scheme, deduction system, approach of architecture, software framework

2014年5月8日,

2014年6月27日 作者简介:程路尧,男,硕士研究生,工程师,研究方向:电子对抗。

TP311

10.3969/j.issn1672-9730.2014.11.003