中国指挥与控制学会会刊 
现役装备体系能否满足战争需要,新研装备能否有效融入作战体系,已成为武器装备建设面临的重点关注问题[1]。武器装备体系作战试验,是从体系对抗这一主导未来战争进程和胜负的关键因素出发,在近似实战条件下对武器装备体系作战效能及贡献度进行全面的综合性考核,具有试验体系庞大,环境构设复杂,体系对抗激烈等特点,是武器装备作战试验的重要发展方向。
作战实验方案生成技术及其系统的目的是服务作战试验工作,提高作战试验系统的效率、应用广泛性和用户满意度。影响试验结果的作战要素众多且关系复杂,为完成不同侧重的试验,系统中要素必须齐全并且可配置,现有的很多作战试验系统因不够开放而应用受限[2]。为扭转这一局面,开放式作战实验方案生成技术及其系统从体系结构对现有作战试验系统进行改造和创新,能够灵活地配置兵力编成、武器装备性能、地理环境、作战部署、作战任务等。
本文从应用需求分析出发,设计了作战试验方案生成及逻辑验证系统的总体架构和组成,研究了关键技术的实现途径,并基于合成营级演示想定给出了应用实例,可有效支撑开放式装备作战试验方案生成及验证研究。
1 陆军装备作战试验方案生成及逻辑验证应用需求
装备作战试验是由作战试验机构依据武器装备的任务剖面要求,构建贴近实战要求的试验环境,通过实装、仿真或实装仿真相结合等多种试验手段,对武器装备体系贡献度、装备作战效能进行试验与评估的综合过程[3]。作战试验的核心是对抗环境构建,试验目的是对装备作战适应性和作战效能进行评估。
开展装备作战试验之前,进行装备作战试验方案生成及仿真能够验证装备作战试验方案的逻辑有效性,经验证后的作战试验方案分发给模拟器或实装,评估接近真实战场环境(真实威胁和环境条件)下的装备作战效能和体系贡献度。
作战试验方案生成需求包括能够进行评估指标编辑、场景环境配置、作战编成、作战部署、作战任务选择等,生成并保存为试验方案。作战试验方案逻辑验证需求包括能够加载试验方案并能够读取综合资源库,进行作战试验仿真推演;同时控制试验运行过程,进行战场情况的导调干预,以及进行二维战场态势展示。
2 作战试验方案生成及逻辑验证系统设计及组成
2.1 总体设计
系统采用分层架构设计,系统架构应用层能够完成试验方案生成及试验方案逻辑验证;软件功能层为支撑应用的功能界面,包括试验方案生成、试验方案仿真运行推演、综合资源管理软件模块;软件工具层为软件功能实现依赖的各种外部软件环境,包括QT界面库、MapWinGIS地理信息库、Stage SIM仿真引擎[4];数据层为软件功能层和软件工具层可以访问的数据资源,包括想定库、兵力编成库、战场地理数据库、武器装备库、试验数据库。系统总体架构如图1 所示。
2.2 系统功能设计
2.2.1 试验方案编辑
试验方案编辑包括试验方案准备和试验方案管理,试验方案准备包括战场环境设置、装备性能设置、编成编组设置、评估指标设置,在进行试验方案管理时选取试验方案准备的各部分配置,以此作为基础快速生成作战试验方案。试验方案编辑软件组成如图2 所示。
1)战场环境设置
其能够加载战场地形资源,在二维GIS地形上进行地物布设,包括禁行区域、特殊地形设置(沙漠和沼泽)及地物部署(雷区、三角锥、铁丝网、堑壕、工事),战场环境中红、蓝方地物浏览。
2)装备性能设置
其能够加载武器装备资源,可新建武器装备,设置武器装备性能参数,设置平台与武器、传感器搭载关系。装备类型涵盖陆军各型武器装备,主要包括坦克、步战车、火炮、武装直升机、无人侦察机、固定翼飞机、抢修车、导弹、工兵车、电抗车等。
3)编成编组设置
其可加载武器装备资源,分别进行红蓝方兵力编成编组设置。编成可配置的编组指挥层级包括:军、师、旅、团、营、连、排、班、联队、大队、中队、小队、组;编辑时区分编成节点、指挥节点和兵力节点。
4)评估指标设置
其包括评估指标体系管理维护和评估指标编辑。
5)试验方案管理
试验方案新建过程为:
①选取地理环境、红蓝方编成、评估指标体系。
②进行兵力作战部署,提供队形编辑辅助环境,能够加载编成编组,典型队形(横队、纵队、前三角、后三角、左梯形、右梯形),以纵向分布、横向分布等排列方式辅助进行队形设置。
③设置兵力作战航路,通过设置航路点组合成相应航路。
④设置兵力作战行动任务,典型作战阶段包括开进、疏开展开、冲击,战术动作包括编队机动,队形变换,编队解散,阵地防御,目标打击,设置朝向,停止运动,停止打击等。
2.2.2 作战试验仿真运行推演
作战试验仿真运行推演包括仿真推演控制、仿真引擎、结果数据统计。功能组成如图3 所示。
1)仿真推演控制
对系统的运行过程进行管理,可执行试验开始/暂停/恢复/停止运行控制。
提供人在环的导调控制环境,从动态战场情况数据中选择相应的战术行为进行触发。导调干预行为包括:装备损毁,装备恢复,炮火阻拦,空袭,导弹打击,控制天气变化。
根据仿真引擎推演数据(平台运动数据、作战交互数据),进行战场态势二维展示。主要包括:二维GIS地理环境展示,二维实体平台及其状态信息展示,二维实体队形及运动轨迹展示,二维实体交战过程及效果展示(目标探测,发射武器,毁伤目标),全局视点展示,目标实体视点切换等。
2)仿真引擎
仿真推演引擎能够加载作战试验想定配置文件,能够加载资源配置文件。
以STAGE SIM仿真引擎为核心的场景推演引擎,除引擎固有的实时控制器、实体管理器、模型管理器、原型管理器等固有模型模块外,还具有实操控响应、指控响应、干预响应等、数据记录、交互接口和消息管理等模块,以及对固有实体部分数据和模型的扩展[5]。
3)结果数据统计
火力打击能力数据统计分别展示发现目标数量、武器发射数量、武器发射距离、命中率、目标毁伤变化等分布。
机动突击能力数据统计分别展示越野机动能力和战场突击能力。
兵力存活/战损动态数据统计展示坦克、步战车、火炮、车辆、直升机以及无人机等信息变化。
2.2.3 综合资源管理
其能够浏览/查找想定库、兵力编成库、武器装备数据库、武器装备库和试验数据库。
3 作战试验方案生成及逻辑验证系统实现关键技术
3.1 开放式战场环境配置技术
开放的战场环境要求能够方便地改变作战地域,包括选择不同地理区域的地形,在已选地形上进行特殊区域设置和地物部署,如图4 所示。
地形采用统一的标准定义,由高程文件和等高线矢量文件组成,因此资源库中所有的地形资源可扩展。基于二维地理信息系统软件MapWinGIS,该系统能够加载显示标准的地形文件,通过分层管理实例图层,包括地图图层、地物图层、作战实体图层、航路图层、特殊效果图层。
地物定义为特殊的作战实体,具有相应的地物属性经度、纬度、宽度、高度等。针对所有的雷场、三角锥、铁丝网、堑壕、工事、禁行区域、特殊区域地物项的属性归类,将地物分为两种:矩形地物和曲线地物。矩形地物针对雷场、三角锥、铁丝网、堑壕、工事和特殊区域,可以通过相同的参数属性描述,并通过加载点图片图元显示。而禁行区域通过曲线地物实现,禁行区域地物由一系列的点包围成一个封闭的区域,其参数属性由一系列点描述,图元通过多边形实现。地物可在地形上进行部署,确定部署位置后进行属性设置,在仿真运行时能够作用于武器装备,如图5 所示。所有部署地物的GIS区域,均需保障装备先行行进开辟道路,主战装备正常通行,否则主战装备无法通行或损毁。
3.2 层次化兵力编成技术
兵力编成是作战方案的核心要素之一,是进行兵力部署和任务区分的依据。兵力编成构型,如图6 所示,决定了作战推演中的指挥层次流程、直属作战能力、可获得的支援等等,是影响任务目标达成重要条件,也即作战试验需要的重要因素。兵力编成要求能够编配任意数量、类型的武器装备并确定其指挥关系,指挥关系可覆盖陆军兵种的任意指挥层次。
本系统提供兵力编成树形列表编辑环境,兵力编成定义两类节点,一类是编成组织节点,代表某一级机构组织,节点可编辑,仅具有抽象的层级信息;另一类是装备实体兵力节点,代表某一个具体的参战兵力,节点可编辑。
在任意编成组织节点下可以添加任意数量和类型的兵力节点,并能够进行编成部署和编成任务设置。
编成编组中的层级和兵力装备类型不做任何限制,一个编组下可能混编多种装备,则编组的作战能力不是固定单一的,而是由组内装备共同形成的合成作战能力;对编组内配属的兵力,指挥节点可直接控制;对编组外的兵力或所需的作战能力,指挥节点只能向上级申请请求,由上级控制提供作战支援,即编组外的兵力可视为支援兵力,对指挥节点构成协同作战;在运行中,可由上级指挥节点临时配属新的组织单元,或将编组内的组织单元移除解除隶属关系,即编成编组支持动态调整,但受到指挥权限限制;交战过程中,指挥节点损失后,可由编组内的下级指挥节点递补,代理指挥权,同时完成编组内编成隶属关系的调整。
3.3 智能化的战术动作执行技术
坦克、步战车等武器装备能够执行多种战术动作,包括单车机动、目标打击、阵地防御等。作战任务可分解为装备的多种战术动作,能够按照时间或者顺序创建各个战术动作,并进行战术动作相关的属性编辑[6]。所有的战术动作通过基本动作进行组合,基本动作是预定义在STAGE SIM(仿真引擎)中的Action(动作)。
作战任务由多个任务阶段组成,在每个任务阶段作战装备执行相应的战术动作,装备的战术动作分解为通用的基本动作,任务的执行最终为基本动作的调用,基本动作的执行调用取决于装备任务状态的变化。
装备任务状态迁移,装备任务处于不同状态则进入相应状态处理的队列,任务执行过程调用流程图如图7 所示,遍历流程图调用基本动作模型。
4 作战试验应用实例
演示想定“红军合成营对蓝军战车连进攻战斗”,
红蓝方兵力情况如下:
1)红军合成营编成
合成营包括1个营指挥所,3个坦克连,1个机步连,1个炮兵排,1个技术勤务排,1个无人机侦察排;在作战过程中可得到上级提供的支援兵力:1个陆航中队、1个航空兵中队、1个炮兵连;红方兵力编成如图8 所示。
2)蓝军战车连编成
战车连包括1个连指挥所,3个坦克排,1个反坦克排,1个防空排,1个火炮排,1个电子干扰单元。
红蓝方部署区域、红蓝方初始部署及航路规划如图9 所示。蓝方进行阵地防御,红方进攻战斗,红方作战任务阶段设置如图10 所示。按照试验方案进行仿真推演,红方在开进阶段一旦遭遇敌炮火拦阻,则出动航空兵反辐射导弹攻击敌方防空雷达,并对敌炮兵阵地实施火力打击,如图11 所示,上级支援炮兵连对敌前沿实施火力准备,陆航武装直升机对敌前沿及纵深目标进行精确打击,在距离敌方阵地10 km时合成营变换队形疏开展开兵力,各坦克连按照任务区分对敌兵力进行冲击,直至战斗结束;在仿真推演过程中进行兵力存活/战损动态数据统计及更新展示,直至完成试验方案的逻辑演示验证。
5 结束语
结合陆军武器装备作战试验应用需求,运用地理信息技术和计算机兵力生成技术构建实现了陆军武器装备作战试验方案生成及逻辑验证系统,该系统涵盖的作战试验要素完备并便于灵活配置,可用于基于不同的地理环境、装备配置、兵力编成的装备作战试验方案逻辑验证研究。该系统后续需要能够应用到装备模拟器、实装等组成的作战试验环境中,实现陆军武器装备作战试验方案的分发共享。