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Command Control and Simulation

Command Control and Simulation >

2023 , Vol. 45 >Issue 4: 29 - 35

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2023.04.005

Equipment Technology

Research on the matching of long-range precision strike to space-based information precision service demand

  • ZHANG Shurui ,
  • YANG Fande
Expand
  • Complex Electronic System Simulation Key Laboratory, Aerospace Engineering University, Beijing 101416, China

Received date: 2022-09-07

  Revised date: 2022-10-08

  Online published: 2023-08-17

Fold

Abstract

Aiming at the problem of improving the service quality of space-based information system in joint operations, the concept of precision service of space-based information is proposed. It selects specific combat tasks, and through task decomposition, service modeling, and information modeling, clarifies the relationship between meta-tasks, space-based information services, and space-based information. Through the roles and functions of warfighters in different positions in each combat portal node in combat tasks through analysis, the meta-tasks to be performed by each type of fighters are determined, and then the types of space-based information services they need are specified, and the demand matching of the space-based information precision service system oriented to combat missions is realized.

Key words： accurate service; space-based information system; service modeling; task decomposition

Cite this article

ZHANG Shurui , YANG Fande . Research on the matching of long-range precision strike to space-based information precision service demand[J]. Command Control and Simulation, 2023 , 45(4) : 29 -35 . DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2023.04.005

随着我国航天事业的发展,我国在天基信息系统建设领域取得了巨大成就,但是评价一个国家的航天力量不仅要看建设规模,更要看天基信息服务水平。远程精确打击作为现代战争中一种重要的作战形式,对天基信息系统服务的准确性、快速性、安全性有较高的要求。为提高天基信息系统在远程精确打击作战中的服务质量,按照系统工程的思维方法,对天基信息精准服务相关概念进行定义,按照“用户—任务—服务—信息”的层次关系生成用户对天基信息精准服务体系的需求,对提高天基信息系统的运用效率具有重要意义。

1 天基信息精准服务

1.1 天基信息精准服务概念

天基信息精准服务是结合信息精准服务和天基信息系统的功能特点提出来的新概念,故首先需要明确信息精准服务的概念和天基信息系统的组成、功能、特点等基本理论。信息精准服务是指在能区分不同用户的基础上,依托现代信息技术手段,针对当前用户的需求,提供精准的个性化信息服务[1]。
作为天基信息服务者,天基信息系统主要包括天基信息获取系统、天基时空基准系统、天基信息传输系统、天基信息集成系统和天基资源管理系统[2-3],如图1所示。
图1 天基信息系统主要构成

Fig.1 The main components of space-based information systems

天基信息精准服务以天基信息系统为基础设施,获取多元的天基信息并对各领域、各军种、各层级的作战用户的任务需求进行分析,以信息匹配的方式将处理融合过的天基多元信息快速、准确、安全地分发到用户手中,以服务推荐的方式为用户提供天基信息服务,以帮助其获取所需信息。

1.2 天基信息精准服务模式

天基信息精准服务的服务模式是推拉结合的,即信息定制和服务推荐相结合。信息定制又可分为及时推送和按时推送两种形式。
及时推送通常指用户所需信息涉密程度较高或者订阅主题涉及战场重要态势时,如高威胁预警信息、时敏目标动态信息等,系统根据用户需求立刻在天基信息库中进行匹配,如匹配失败,则将需求发至服务管理中心,进行任务规划并调用相关天基资源获取信息。按时推送模式则是用户对某种长期需要的信息提出订阅需求,系统将搜集到的信息融合后生成用户需要的情报产品并以固定的时间段进行推送,如战场环境信息、卫星过顶预报信息等。
天基信息服务推荐的主要任务是对用户推荐其未申请过但可能需要的服务。在实际作战中,由于战场态势变化迅速且天基信息资源有限,用户所申请的服务不一定会全部达成,且服务之间根据其属性存在某种关联,故可为用户推荐可能符合其需求的其他服务[4]。

1.3 天基信息精准服务内容

由天基信息精准服务的服务模式可知,天基信息精准服务的服务内容分为两类:1)主动服务的服务内容为天基信息服务,是在服务的层面上进行推荐;2)被动服务的服务内容为天基信息,是在信息层面上进行信息匹配。本文的天基信息服务借鉴了Web服务提出的概念[5],即由服务调用天基信息资源,再由天基信息资源获取天基信息。天基信息服务、服务资源和天基信息关系如图2所示。
图2 服务-资源-信息关系图

Fig.2 Service-resource-information diagram

1.4 天基信息服务建模

天基信息服务的提出屏蔽了天基信息资源网络的动态性变化,可以实现资源高效平稳地调用。在调用天基信息服务之前,需要对其进行建模,参考相关文献[6-7],设计天基信息服务模型SIS={SN,SC,SQ}。其中,SN为服务的基本描述,包含服务的唯一标识ID、服务的类型等;SC为服务的内容描述,主要用来描述服务可实现的功能,如侦察服务的侦察范围、目标种类及物理特性等;SQ主要用来描述服务质量,主要包括服务的时效性、服务产品的载体要求、内容要求等。

1.5 天基信息建模

天基信息作为被动服务的服务内容,需要与用户的订阅需求进行匹配。天基信息建模的前提是使参战的用户对战场的态势内容达到一致的理解[8],所以,需要对作战行动中涉及的事件、实体等进行统一的定义,在建立好统一的概念模型后,可以利用RDF三元组来实现天基信息的建模。
RDF三元组为<subject,property,object>,其中,subject是被描述资源的URI引用,property是该资源某属性的URI引用,object为该属性的值,subject和object可用RDF图中的顶点表示,property则为连接二者的有向边(弧)[9]。例如,现有一条天基信息:一条型号为A的舰船方位为东经116'45″,北纬35'45″,航向为东,威胁程度为高,该事件实例图如图3所示。
图3 RDF实例图

Fig.3 RDF instance diagram

2 面向作战任务的天基信息精准服务需求提取

在明确天基信息精准服务体系相关概念后,为研究不同作战任务对天基信息精准服务的需求,本文选取远程精确打击这一典型作战形式,将其进行任务分解,分析各元任务之间的关联关系以及每一元任务对天基信息精准服务的需求。

2.1 作战任务分解过程

作战任务分解是按照一定的规则和方式,将使命任务细分为一系列的元任务集合,下面对相关概念进行定义[10⇓-12]。
1)作战任务:在一定战场环境和时空约束下,作战单元为完成所承担的职责而进行的一系列相关联合作战行动的有序集合。本文的作战任务特指远程精确打击,可视作由上级赋予的原则性任务,需要各级指挥员考虑多方面要素,将该任务进行逐级分解,确保下属单位可以根据分解后的任务展开行动。
2)子任务是由上层任务分解后可以继续分解的任务。
3)元任务是由上层任务分解后可以被任务实体直接理解完成的任务,具有不可再分性和独立性。
4)分解粒度表示任务分解的精细程度,本文的分解粒度是分解后的元任务可被作战单元直接执行,其任务需求可由一项或多项天基信息服务的功能满足。
一项作战任务可分解成多个子任务,子任务经过分解粒度判断其是否可以继续分解,如不能分解,则转化为元任务,可以分解,则分解后再次判断分解,流程如图4所示,最终可以把抽象模糊的作战任务分解成元任务列表。
图4 分解流程

Fig.4 Decompose the process

2.2 远程精确打击任务分解结果

根据远程精确打击作战流程,可生成如下子任务:目标信息获取任务、情报分析任务、指挥控制任务、打击实施任务、保障任务、作战评估任务和反导任务,再对以上子任务依次进行分解得到元任务列表。
目标信息获取任务是指利用我方侦察卫星、预警卫星等获取敌方目标信息,根据目标的类型分为已确定打击目标跟踪任务、高威胁目标监视任务、模糊目标(已发现但未识别的目标)信息收集任务、新目标发现任务和敌方空间目标监视任务和敌方反导力量侦察任务。
情报分析任务是指将目标侦察信息、战场环境信息等进行融合得到战场态势图,为指挥员决策提供参考。其可以分为目标识别任务、移动目标航迹估计任务、固定目标坐标定位任务、敌方卫星过顶预报任务和绘制高程数字模型地图任务[13]。
指挥控制任务是根据收集到的战场态势信息对战场态势进行评估,然后,进行任务规划并生成作战方案。指挥控制任务可分为态势评估任务、作战方案生成任务和作战方案评估任务。其中,态势评估任务又可分为目标威胁评估任务、敌我动态评估任务和目标战场地形评估任务。
打击实施任务包括发射前准备任务、导弹持续跟踪任务和导弹控制任务。发射前准备任务包含发射阵地部署任务和打击目标信息装订任务。保障任务主要包含战场气象监测任务和战场地形勘察任务。
反导任务按照流程可分为预警信息收集任务、情报分析任务、指挥控制任务、拦截打击任务和打击评估任务。其中:情报分析任务分为目标识别任务和弹道估计任务;指挥控制任务分为威胁评估任务、拦截方案生成任务;拦截打击任务分为已确定打击目标跟踪任务、导弹持续跟踪任务和导弹控制任务,分解结果如图5所示。
图5 远程精确打击任务分解图

Fig.5 Exploded view of a long-range precision strike mission

3 面向元任务的天基信息精准服务需求

将远程精确打击任务分解成元任务列表后,我们需要按照元任务需求和服务功能对应关系确定元任务对天基信息服务的需求,再通过天基信息服务—天基信息资源—天基信息的关系确定对天基信息的需求。

3.1 天基信息服务需求

根据对分解后的元任务分析,我们总结得出以下几种天基信息服务:目标侦察服务、目标跟踪监视服务、武器制导控制服务、预警服务、卫星预报服务、战场环境信息服务、目标毁伤信息服务。结合之前提到的天基信息服务模型SIS={SN,SC,SQ}分别对以上服务进行描述,SN主要用来识别服务,故重点针对服务内容SC和服务质量要求SQ进行阐述。
目标侦察服务主要是在战前发现新目标以及对模糊目标进行识别;作战过程中锁定确定打击目标。目标侦察服务的SC主要包括目标特性、位置范围、目标状态和传感器参数。其中:目标特性包括目标种类、尺寸、光学特性等;目标状态分为静止状态和运动状态;传感器参数是对光谱特性和分辨率的约束。目标侦察服务的SQ包括服务开始时间、结束时间、时效约束、数据的更新频率和生成数据的载体要求等。
目标跟踪监视服务与目标侦察服务的区别是目标侦察服务关注的是目标某一时刻的状态,而目标跟踪监视服务是对某一重点目标一段时间的持续观察,在数据处理方面需要按照时间序列进行融合,其SC比目标侦察服务增加了目标的物理状态,SQ则增加了跟踪时间最大间隔。
武器制导控制服务主要针对我方发射阵地位置定位,以及发射导弹后对导弹的制导控制。与目标跟踪监视服务相比,其SC增加了目标精确位置、飞行方向和时间信息。预警服务的功能主要提供来袭武器的种类、弹道轨迹和落点预报等信息,其SC主要包括预警范围、导弹信息,SQ的时间约束改为最早预警时间并且需要设置服务方式为及时推送,权限等级为高。
卫星预报服务的主要功能是提供己方卫星编目和能力,方便用户提出需求;同时,可以提供敌方侦察和卫星编目能力,为我方布置发射阵地等作战活动提供敌方卫星过顶预报。其SC主要包括卫星种类、传感器类型和过顶时间等。战场环境信息服务主要提供战场地形地貌信息、气象信息,用于绘制战场地形图、地形匹配制导的数据录入等。目标毁伤信息服务主要针对打击评估任务,其SC主要包括导弹毁伤中心位置、毁伤半径等。

3.2 天基信息服务需求匹配

在确定远程精确打击作战需要的天基信息服务后,需要将天基信息服务的功能与元任务需求对应起来,即一项元任务的完成需要哪类服务或哪几类服务组合,进而获取每项元任务需要的天基信息类型,结果如表1所示。
表1 元任务—天基信息服务—天基信息对应关系表

Tab.1 Metatask-Space-based information service-space-based information correspondence table

元任务序号 天基信息服务 天基信息
T1,T13 预警服务 敌方导弹阵地部署、导弹发射症候、来袭方向、预计落点、导弹种类、飞行轨迹
T2,T3,T9,T10,T14,T21 目标跟踪监视服务 目标种类、位置、移动方向、移动速度
T4,T5,T8 目标侦察服务 目标位置、目标图像、目标运动状态
T6,T11 卫星预报服务 敌方侦察卫星编目信息、过顶信息、传感器类型等
T7,T15 目标跟踪监视服务 敌方导弹阵地部署位置信息、导弹发射症候、导弹种类、飞行轨迹
T12,T16,T25 战场环境信息服务 战场地形地貌信息,目标区域重力场、磁力场分布
T17,T18,T19 预警服务,目标跟踪监视服务,卫星预报服务,战场环境信息服务 敌方导弹阵地部署、导弹发射症候、来袭方向、预计落点、导弹种类、飞行轨迹;打击目标的种类、位置、移动方向、移动速度;敌方侦察卫星编目信息、过顶信息;战场地理信息、气象信息
T20 武器制导控制服务,卫星预报服务 我方导弹阵地位置信息、敌方卫星侦察卫星过顶信息
T22,T23 武器制导控制服务 我方导弹位置、飞行方向、飞行时间
T24 战场环境信息服务 目标区域气象信息
T26 目标毁伤信息服务 导弹命中信息、毁伤中心位置、毁伤程度信息

4 远程精确打击作战用户需求生成

4.1 远程精确打击作战用户任务分析

本节首先对远程精确打击的作战人员按照门户节点和职务进行分类,再结合上节中任务分解的结果,根据作战人员职责和元任务实现的功能,为每类作战人员分配对应的元任务。
在完整的远程精确打击作战过程中,应包含的作战门户节点有导弹作战部队指挥部、导弹基地指挥部、导弹旅指挥部、导弹发射营和发射阵地。导弹部队作战指挥部对作战地区态势全面把握后,结合己方导弹部队部署及武器情况,判断是否进行打击作战,并将意图传送到导弹基地指挥部。导弹基地指挥部接到打击任务后,需要掌握作战地区的态势情况,将任务进一步细分后下达到各导弹旅。导弹旅指挥部接到任务后结合各导弹营位置、所持武器种类和打击目标的状态进行任务规划,指挥各营协同作战。导弹发射营是基本作战单位,负责最终实施打击任务。
结合联合作战中作战人员角色职能[14],本文将作战人员分为指挥员、参谋人员、情报分析人员、效能评估人员和火力操控人员,并将其分配到各个作战门户中去。其中:指挥员的主要职责是把握战场态势,下定作战决心,敲定作战方案;参谋人员的主要职责是传递情报信息,作战决策分析,制定作战方案等,起辅助决策的作用;情报处理人员主要完成情报的收集、处理、融合及分发工作;火力操控人员的主要职责是接受命令后完成最终的作战行动;效能评估人员的主要职责是对打击效果进行评估,判断毁伤程度是否达到作战目的。基于角色的远程精确打击指控流程如图6所示。
图6 基于角色的远程精确打击指挥流程图

Fig.6 Role-based long-range precision strike command flowchart

在确定作战门户和各门户中包含的作战人员类别后,我们结合作战门户功能和作战人员职责,确定每类作战人员需要执行的元任务。作战人员—元任务关系如表2所示。
表2 作战人员—元任务关系表

Tab.2 Combatants-Meta-mission relationship table

作战门户 职务 执行元任务
指挥员 T17
导弹作战部队指挥部 参谋人员 T14~T16
情报分析人员 T1~T13,T24~25
导弹基地指挥部 指挥员 T18,T19
参谋人员 T14~T16,T18
情报分析人员 T1~T13,T24~25
效能评估人员 T26
导弹旅指挥部 指挥员 T18,T19
参谋人员 T14~T16,T18
情报分析人员 T1~T13,T24~25
效能评估人员 T26
导弹发射营 指挥员 T20
导弹阵地 火力操控人员 T21~T23

4.2 用户需求生成

在确定作战用户与元任务、元任务与天基信息服务、天基信息服务与天基信息之间的关系后,即可针对每类作战人员生成其天基信息服务需求和天基信息的需求,用户需求生成流程如图7所示。
图7 作战人员天基信息精准服务需求生成流程图

Fig.7 Flowchart for the generation of accurate service requirements for space-based information for combatants

本文以导弹旅指挥部参谋和导弹阵地火力操控人员为例,生成其天基信息精准服务需求如表3所示。
表3 用户天基信息精准服务需求实例

Tab.3 Examples of user space-based information precision service requirements

作战门户 职务 元任务 天基信息服务需求 天基信息需求
导弹旅指挥部 参谋 T14~T16,T18 预警服务,目标跟踪监视服务,卫星预报服务,战场环境信息服务 敌方导弹阵地部署、导弹发射症候、来袭方向、预计落点、导弹种类、飞行轨迹;打击目标的种类、位置、移动方向、移动速度;敌方侦察卫星编目信息、过顶信息;战场地理信息、气象信息
发射阵地 火力操控员 T21~T23 目标跟踪监视服务,武器制导控制服务 目标种类、位置、移动方向、移动速度;我方导弹位置、飞行方向、飞行时间

5 结束语

服务需求生成是天基信息精准服务体系架构对不同作战任务进行服务的前提,明确作战任务中各参战人员对天基信息精准服务内容的需求对于用户需求的形式化表达、天基信息服务的发现与识别等方面具有重要意义。本文首先构建了天基信息服务模型,并将远程精确打击作战任务进行分解,以“需求—功能”的方式将元任务与天基信息服务进行联系,再根据作战人员作战门户节点和职能明确作战人员和元任务间关系,形成完整的需求链并将结果进行部分展示,验证方法的正确性和有效性。

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