管理信息系统设计(【深度】打击动目标作战管理系统设计初探)

管理信息系统设计

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今日荐文今日荐文的作者为中国电子科技集团公司第二十八研究所专家杨新民,付建苏。本篇节选自论文《打击动目标作战管理系统设计初探》,发表于《中国电子科学研究院学报》第16卷第1期。
摘 要:基于美军作战管理的理念,从理论研究角度,采用分层分级管理思想设计了针对打击动目标任务的作战管理系统,提出了系统的总体架构、功能组成、使用流程、信息关系,从系统构建角度进行了详细描述,将平时的预案拟制和战时的临机解算相结合,采用作战管理引擎,基于作战规则,综合管控各类战场资源,进行快速的战场响应和目标打击,形成态势感知、临机规划、仿真推演和效果评估的信息闭环,对深入研究作战管理技术具有一定理论借鉴意义。

关键词: 打击动目标;作战管理;资源管控
 

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论文全文摘编如下
仅供学术交流与参考

引 言
随着武器、探测、通信等装备技术发展,现代战争越来越具备大区域、高动态、快节奏、强对抗等特征,尤其针对打击动态目标作战任务,实时性要求显著提高、感知空间扩大、作战时间空间窗口极度压缩,传统的“人在回路”控制方式已经不可能高效完成打击任务,具备信息实时获取处理、作战临机指挥决策、资源有效管理调度以及系统自主运行控制等能力的指挥信息系统才能胜任。作战管理(Battle Management,BM)[1]概念和技术应运而生。

按照美军联合出版物JP3-01定义,作战管理是指在作战环境中按照适当职权所赋予的指挥、指导与指示,对活动进行管理。目前,对作战管理比较普遍认同的定义为,作战管理是指对作战空间内的传感器和武器资源进行以任务规划为核心的指挥与控制,主要包括传感器和武器等资源管理。 1.发展现状
作战管理一词最早出现在美国空军,由于20世纪60年代晚期及70年代早期雷达探测范围相对较小,空军作战管理员向友军的航空航天部队提供对敌方的早期探测并对其进行话音引导,以确保其实现空对空的击落。

20世纪60年代,世界各国各类反舰导弹发展迅猛,具有飞行速度快、飞行高度低、雷达反射截面小、被发现距离近、反应时间短等特点,特别是前苏联海军提出了“饱和攻击”战术后,美军航母战斗群感受到了越来越巨大的威胁。为了满足抵御饱和攻击的舰载防空系统迫切需求,1967年美国国防部批准研究和开发“全自动作战指挥与武器控制系统”,即“宙斯盾”作战系统[2],其使用作战管理系统,实现了宙斯盾舰相控阵雷达系统、武器控制系统、指挥决策系统等一体化综合集成[3],可对来自四面八方同时袭击的大量导弹组织有效防御反击。

1991年后,非核专用反导系统逐渐进入现役,作战管理得到推广和认可。在美军反导系统的指挥控制、作战管理系统(Command and Control, Battle Management, C2BM)[4]中,重大决策仍由人实时或预先做出,在关键作战阶段,系统需要通过完全的自动化指挥和控制在极短时间内完成多源信息融合、大量目标识别、威胁等级评估、拦截目标确定、武器拦截控制等动作,人在控制环之外,处于监视及管理地位,只有发生意外时人才进行干预,如图1所示。

图1 作战管理典型应用

1993年5月,克林顿政府上台后宣布了“星球大战”时代的结束,将弹道导弹防御分解成了两个部分:战区导弹防御系统(Theater Missile Defense,TMD)成为第一发展重点,国家导弹防御系统(National Missile Defense,NMD)成为第二发展重点。指挥控制、作战管理和通信系统(Command and Control, Battle Management and Communication,C2BMC)在其中担负目标识别、弹道估计、威胁判断、目标数据修正和打击效果评估任务。

2009年,C2BMC正式投入使用,在科罗拉多州施里弗空军基地导弹防御综合运行中心、彼德森空军基地、夏延山国家军事指挥中心、阿拉斯加的格里利堡、战略司令部、北方司令部、欧洲司令部、太平洋司令部及中央司令部均配备部署有C2BMC数据终端。

美军按照分步设计、分步研制、分步部署、螺旋推进的原则推进系统研制和部署,当前最新版本为8.2,并实现了包括态势感知(situation awareness,SA),适应性规划(adaptive planning,AP),作战管理(battle management,BM),通信(communication,C),建模、仿真与分析(modeling and simulation  & analyse,MS&A)和试验训练(training and exercise,TEX)等6种核心能力[5]。

本文基于对美军作战管理原理理解,抛砖引玉,提出打击动目标作战管理系统设计,以期对作战管理的研究提供参考作用。
2.系统架构
   
打击动目标作战管理系统是一种以战场实时态势信息为驱动、以各类基础设施功能为支撑[6],实现在不同威胁等级、不同作战状态下基于规则的运转自动化、控制调度自主化和任务解算实时化,满足作战实时快速处理和临机决策的要求,是整个作战指挥系统的“中枢神经系统”[7];基础设施提供的功能贯穿作战的全过程,为任务规划和作战管理系统提供指挥控制手段、辅助工具以及基础数据;规划系统侧重于战前的筹划,为指挥人员提高战前筹划与决策支持,为作战管理提供各种规划方预案;作战管理系统侧重于战时,是动态的,主要实现对侦察传感器资源、武器系统资源的管控。

打击动目标作战管理系统总体架构如图2所示,该系统包括决策级、行动级和执行级作战管理[8-9];在逐级指挥作战情况下,决策级作战管理对应于区域级指挥系统,行动级对应于旅(团)级指挥系统,执行级对应于具体作战单元,包括火力单元、探测单元等终端。决策级作战管理依据任务使命和作战目标决策形成作战方案;行动级作战管理基于决策结果生成任务序列,供执行级作战管理执行相应动作。

图2 系统总体架构

3.功能组成
打击动目标作战管理系统主要包括六大类功能,如图3所示,六大类包括:作战管理引擎、作战规则管理与运用、资源管控、实时解算、作战时空分析和作战评估。

图3 打击动目标作战管理系统功能组成

3.1作战管理引擎
作战管理引擎是系统运行的马达和离合,控制系统自动运行,包括自主运控、作战进程调度和作战序列调度,为信息的实时自动流转和功能快速自动衔接提供支撑,并可用于确定作战进程及我方各种作战资源的接战时序。

3.2作战规则管理与运用
作战规则管理与运用主要功能是对打击动目标作战管理系统在作战实施过程中各阶段的作战规则进行维护,为作战管理系统各功能模块的自主有序工作提供支撑。作战规则管理与运用是系统运行的准则和规范,保证系统智能运行;这两类功能作为系统运行支撑。

3.3资源管控
资源管控包括资源和目标的分配决策以及资源监控等功能;资源分配决策主要是基于规划成果,根据时空分析结果和作战时序,将传感器、武器与目标进行快速配对;资源监控则是各传感器、武器的工作状态进行监控,确定我方在作战过程中可用的作战资源,并根据作战时序、作战进程及资源分配结果,快速生成资源控制指令。

3.4实时解算
实时解算是根据敌方移动目标进行威胁评估,基于规划系统提供的作战预案,对当前威胁等级、可用作战资源进行分析,确定打击方案,并通过与仿真评估模块的不断交互迭代,实现对作战方案的优化调整。

3.5作战时空分析
确定满足时间、空间、武器、传感器的射击窗口,辅助各作战要素接战计划快速生成和各作战要素接战活动时间表的制定。

3.6作战评估
作战评估模块包括作战方案临机推演评估和作战效果评估,负责对作战方案进行实时仿真评价,对我方武器的最终打击效果进行评估。

4.使用流程

4.1 决策级
在决策级,区域级情报系统接收综合情报信息,经处理后产生目标信息与威胁估计信息,并将结果实时发送给区域级作战管理系统;区域级作战管理系统接收武器状态信息,并向区域级情报系统发送实时探测控制命令及请求;区域级作战管理系统形成作战命令,并快速下发给行动级作战管理软件;

4.2 行动级
在行动级,旅(团)级作战管理系统接收武器系统上报的实时状态信息并下达控制指令;旅(团)级情报系统接收探测指令并下发传感器控制指令,同时负责将所得情报信息和传感器状态信息发送给区域级系统。旅(团)级作战管理系统向本级情报系统发送探测保障协同请求,本级情报系统反馈情报信息;

4.3 执行级
在执行级,武器设置作战管理终端,接收控制指令,上报武器状态信息;探测系统设置作战管理终端,接收控制指令并反馈探测信息。

5.信息交互
   
打击动目标作战管理系统具备的时空分析、实时解算、资源管控和作战评估等功能模块之间信息交互关系如图4所示。

图4 打击动目标作战管理系统信息交互关系

为实现上述信息交互,作战管理引擎、作战规则管理与运用功能模块的作用分别是:
5.1 作战管理引擎
打击动目标作战管理系统的信息交互和功能调度主要通过作战管理引擎实现,作战管理引擎相当于“操作系统的内核”,资源管控、作战时空分析等模块是基于内核运行的各类应用服务,各模块间的信息交互均需要由作战管理引擎提供传输通道。作战管理引擎的核心是自主运控功能,由并行处理、总线控制、实时调度、人工干预子模块组成。

(1)并行处理负责工作流的并行执行,提高系统运行效率;(2)总线控制负责管理作战管理引擎与各功能模块间的接口;(3)实时调度处理负责对各种信息接收、处理及分发进程的快速实时调度;(4)指挥员干预可使指挥员处于系统外部监视系统核心模块的自主运控情况,必要时可由指挥员手动改变系统运行状态。

5.2 作战规则管理与运用
作战管理引擎为能够自主生成作战进程和接战序列,驱动各功能模块高效有序工作,需要依赖各类作战规则。作战规则管理与运用能够根据具体作战要求提出规则,进行定制,形成作战规则库。作战管理系统外部的传感器系统和武器系统为作战管理系统提供探测系统状态信息、探测情报信息、武器状态信息等。

结 语

本文吸纳美军作战管理理念,提出了一种打击动目标作战管理系统设计构想,以期实现作战资源的优化配置、时空窗口的实时解算、交战方案的临机决策和作战力量的智能调度,打造信息快速流转、功能快速衔接、方案快速决策、系统紧密铰链的作战体系,希望能对指挥控制装备的发展提供有益的参考。 

【参考文献】
王刚,王明宇,杨少春,等.反导作战管理技术研究[J].现代防御技术,2012,40(1):26-30.闫勇.国外水面舰艇作战管理系统概览[J].现代军事,2017(1):74-77.王虎,邓大松.C2BMC系统的功能组成与作战能力研究[J].战术导弹技术,2019(4):106-112.杨雪榕,程子龙,肖龙龙.导弹防御指挥控制与作战管理系统研究[J].指挥与控制学报,2015,1(1): 91-96.赵国宏.作战管理系统研究[J].科技导报,2019(13):8-15.周海瑞,刘小毅.美军联合火力机制及其指挥控制系统[J].指挥信息系统与技术,2018,9(1):8-17.蓝羽石,梁维泰.反弹道导弹指挥控制系统的特征和功能[J].现代电子工程,2008(6):24-30.梁维泰,王俊,杨进佩.反弹道导弹指挥控制系统结构初探[J].指挥信息系统与技术,2010,1(1):5-9.肖金科,王刚,付强,等.反导C2BM技术体系结构研究[J].飞航导弹,2012(9):57-61.
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