網(wǎng)絡化、信息化條件下的火力控制系統(tǒng)發(fā)展分析
（1．中國航空工業(yè)集團公司洛陽電光設備研究所，河南洛陽471000；2．光電控制技術重點實驗室，河南洛陽471000）
關鍵詞：火力控制系統(tǒng)；網(wǎng)絡化；信息化；火力與指揮控制
中圖分類號：V271.4 文章編號：1671 - 637X( 2016) 02 - 0001 - 05
1概述
1.1 從C4ISR到C4KISR系統(tǒng)
C4ISR系統(tǒng)起源于20世紀50年代，是從C2系統(tǒng)逐步演變發(fā)展而來的，C2意思為“指揮與控制”系統(tǒng)。進入到60年代之后，遠程打擊武器大力發(fā)展并且裝備部隊，通信技術在系統(tǒng)中發(fā)揮的作用越來越大，所以在指揮和控制后面加上通信，形成“指揮、控制與通信”(C 3)系統(tǒng)。1977年，情報在指揮自動化中發(fā)揮的作用越來越大，美國把情報和C3系統(tǒng)結(jié)合，形成了“指揮、控制、通信與情報”(C3I)系統(tǒng)。80年代末，計算機技術大力發(fā)展，并且在指揮與控制系統(tǒng)中越來越重要，美國又在C3I的基礎上加入了“計算機”，變成了“指揮、控制、通信、計算機與情報”(C4I)系統(tǒng)。隨后信息技術飛速發(fā)展，并且在軍事領域中的作用越發(fā)凸顯，美國第一次提出了“戰(zhàn)場感知”的概念，所以C4I系統(tǒng)又逐漸演化成包括偵查和監(jiān)視的C41SR系統(tǒng)。
為了將海、陸、空、天中的各種信息和武器有機結(jié)合，使C4ISR中的各個部分和主要作戰(zhàn)武器進行更為緊密的結(jié)合，獲得最好的打擊效果，美國國防部將Kill（殺傷、摧毀）加入到了C4ISR系統(tǒng)中，形成了實時、動態(tài)、連續(xù)的C4 KISR過程，產(chǎn)生了更強的作戰(zhàn)能力。
1.2信息化、網(wǎng)絡化對火力控制系統(tǒng)的影響
1.2.1 火力控制系統(tǒng)的特點
火力控制系統(tǒng)體現(xiàn)于飛機作戰(zhàn)的整個過程，包括態(tài)勢感知、信息處理、目標識別、戰(zhàn)術決策、目標跟蹤、瞄準攻擊、載機操縱、武器控制和作戰(zhàn)效能評估等。即火力控制系統(tǒng)能
用OODA環(huán)來表述，為觀察(Ob-serve) -定位(Orient) -決策(De-cide) -行動(Act)。
火力控制系統(tǒng)作用于OODA的每個環(huán)節(jié)，根據(jù)其特點火力控制系統(tǒng)存在以下特性。
1)動態(tài)性。如圖1所示，航空火力控制系統(tǒng)包含了多個動態(tài)環(huán)節(jié)（目標、傳感器、信息處理、飛行員、飛機），其響應過程也是動態(tài)過程。目前主要通過仿真來研究其動態(tài)特性，由于這種動態(tài)過程中的某些環(huán)節(jié)（如飛行員、目標、傳感器）很難用數(shù)學模型來描述，因此主要采用人在回路仿真和半實物仿真來準確研究系統(tǒng)的動態(tài)特性。圖1 航空火力控制系統(tǒng)信息流程框圖 Fig.l The block diagram ofinformationlow in aviation fire control system
2)閉環(huán)性。航空火力控制系統(tǒng)具有閉環(huán)性的特點，它是一個飛行員-飛機-瞄準跟蹤設備（人機瞄構成的閉環(huán)系統(tǒng)，必須在人機瞄閉環(huán)回路中研究系統(tǒng)的特性，如穩(wěn)環(huán)時間）。
3)大系統(tǒng)性。航空火力控制系統(tǒng)是包含有多個環(huán)節(jié)的系統(tǒng)，每個環(huán)節(jié)都是一個小的子系統(tǒng)（編隊協(xié)同火力控制系統(tǒng)中的每個子系統(tǒng)甚至還有自主性），因此航空火力控制系統(tǒng)需要用大系統(tǒng)理論和方法去研究。
1.2.2 信息化、網(wǎng)絡化對火力控制的影響
如圖2所示，按照OODA環(huán)的理論，火力控制的過程可以分成4個步驟，即目標探測、態(tài)勢評估、響應決策和計劃執(zhí)行，并且每一個步驟都受到網(wǎng)絡化的重大影響；
1)通過在各平臺搭建網(wǎng)絡，信息可以在平臺間傳送，將各個平臺的信息進行融合之后，能夠提供更為精確的數(shù)據(jù)，增強了信息的完備性、可靠性和準確性；
2)網(wǎng)絡搭建完成之后，平臺之間不僅能夠?qū)崿F(xiàn)有中心的決策，還能夠?qū)崿F(xiàn)分布式的決策，多機種多平臺的協(xié)同搜索、協(xié)同攻擊和協(xié)同干擾；
3)組網(wǎng)還可以在執(zhí)行攻擊任務時，使目標探測、跟蹤、武器發(fā)射和制導等功能分布式進行，平臺的安全性和突然性得到提高。
2 軍事需求分析
2.1 縮短OODA時間鏈，將信息化網(wǎng)絡優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)作戰(zhàn)優(yōu)勢
機載火力控制系統(tǒng)性能的好壞表現(xiàn)為OODA時間鏈的長短。OO-DA時間鏈越短，說明系統(tǒng)反應越迅速，性能越好。信息化和網(wǎng)絡化為信息的高速傳輸提供了可能，信息能夠更加快速地在各個平臺之間流動、融合，所以信息化和網(wǎng)絡化可以有效減小發(fā)現(xiàn)目標、殺傷目標和毀傷評估的鏈路時間，加速OODA環(huán)。戰(zhàn)場上的分布式傳感器通過網(wǎng)絡把信息傳送到編隊內(nèi)各個單元，每個單元都可以共享信息，實現(xiàn)了戰(zhàn)場態(tài)勢認知的快速性，為決策和作戰(zhàn)提供了有效的支撐。
如圖3所示，作戰(zhàn)雙方的武器和作戰(zhàn)平臺的性能大致相同的情況下，如果一方充分利用信息化和網(wǎng)絡化作戰(zhàn)的能力，使信息在各個平臺之間高速傳輸，實現(xiàn)平臺間的協(xié)同作戰(zhàn)，如協(xié)同瞄準、協(xié)同攻擊，那么在對手還沒有做出有效決策之前，就可以提前發(fā)起攻擊。所以，信息化和網(wǎng)絡化會令戰(zhàn)場的態(tài)勢發(fā)生巨大變化，擁有此能力的一方會占據(jù)絕對優(yōu)勢。
如圖4所示，通過網(wǎng)絡化能力，火力控制系統(tǒng)能夠近實時地完成敵縱深的固定／運動目標定位，在同一坐標系完成目標偵察和精確打擊，發(fā)現(xiàn)即摧毀，打擊周期從過去的幾十天縮短到現(xiàn)在的10 min，實現(xiàn)從傳感器到射手的快速綜合。
2,2通過網(wǎng)絡使能實現(xiàn)分布式火力控制，增強系統(tǒng)快速、靈活、魯棒性能
未來空中火力控制技術的發(fā)展依賴于網(wǎng)絡使能，網(wǎng)絡使能是指利用網(wǎng)絡，確保在關鍵作戰(zhàn)過程中實現(xiàn)對分散的作戰(zhàn)資源的協(xié)同利用，將網(wǎng)絡優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為信息、決策和行動優(yōu)勢。
網(wǎng)絡使能將進一步增強火力控制及指揮系統(tǒng)功能和性能：
1)基于戰(zhàn)場上的共享態(tài)勢，智能／自動給分布式傳感器平臺或分布式武器平臺分配任務，而不是必須由某飛機平臺上緊耦合的傳感器和武器來執(zhí)行攻擊任務，這樣可以更快速地做出攻擊決策，縮短OODA反應時間；
2)由分布式平臺傳感器、武器構成的分布式火力控制系統(tǒng)相比單個平臺的傳感器、武器構成的緊耦合火力控制系統(tǒng)而言，能夠更加有效地解決武器包線與傳感器探測范圍不匹配的問題，同時使火力控制系統(tǒng)更加靈活；
3)從時間、空間上分布的火力單元選擇最佳位置的武器平臺完成發(fā)射任務，能夠更加有效地使用武器，提高攔截目標的成功率。
因此，對于存在相當數(shù)量或復雜的空中目標的編隊戰(zhàn)術作戰(zhàn)環(huán)境，分布式協(xié)同火力控制（綜合火力控制(IFC))系統(tǒng)是提高協(xié)同作戰(zhàn)效能的必要手段。
3 網(wǎng)絡化、信息化條件下的火力控制系統(tǒng)關鍵技術
3.1 分布式火力控制系統(tǒng)技術
分布式火力控制系統(tǒng)指通過載荷和平臺分離實現(xiàn)分布式功能，如傳感器、電子戰(zhàn)、武器與戰(zhàn)場管理分布在不同的有人或無人平臺上，通過開放式架構，使不同空中平臺能夠快速集成任務功能，應對未來強對抗作戰(zhàn)環(huán)境。
分布式火力控制的核心概念包括：
1)執(zhí)行分布式火力控制系統(tǒng)結(jié)構，擁有自動化、智能化的傳感器、武器、鏈路信息管理，能夠消除單平臺緊耦合系統(tǒng)的局限，確保目標探測定位、態(tài)勢評估與攻擊決策、武器發(fā)射、武器制導( OODA)功能由不同的平臺協(xié)同完成；
2)利用“通用”算法自動產(chǎn)生協(xié)同作戰(zhàn)決策輔助，并且共享戰(zhàn)術數(shù)據(jù)，同一作戰(zhàn)態(tài)勢的輸入，在每個分布式作戰(zhàn)單元能夠同時產(chǎn)生相同的攻擊規(guī)劃建議；
3)火力控制系統(tǒng)功能一體，且日標指示、評估與決策、發(fā)射、制導功能由不同平臺完成。
3.2精確打擊火力控制系統(tǒng)技術
精確打擊火力控制系統(tǒng)集偵察、指揮控制、火力控制以及精確打擊武器于一體，可不受氣象和天氣條件的限制，發(fā)現(xiàn)并摧毀敵縱深內(nèi)的單目標和群目標，具有對敵目標的打擊縱深大、發(fā)現(xiàn)到打擊周期短、前沿和縱深機動能力強等顯著優(yōu)點。
精確打擊火力控制系統(tǒng)是信息技術、精確打擊武器和智能作戰(zhàn)平臺的完美結(jié)合，目的是提高打擊精度、增強毀傷能力、提高打擊響應速度、降低作戰(zhàn)成本。其主要組成包括偵察監(jiān)視平臺、作戰(zhàn)指揮平臺、運載發(fā)射平臺及精確打擊武器，具有如下主要特點：
1)強調(diào)構成全方位、全縱深、全天候、實時的立體偵察監(jiān)視網(wǎng)，實現(xiàn)戰(zhàn)場偵察監(jiān)視一體化；
2)在海陸空天戰(zhàn)場同時或交錯協(xié)調(diào)作戰(zhàn)，實現(xiàn)戰(zhàn)場空間一體化；
3)各軍種聯(lián)合部隊實施全方位、全縱深的立體綜合打擊，實現(xiàn)作戰(zhàn)行動一體化；
4) C4KISR系統(tǒng)對各種作戰(zhàn)力量進行協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)指揮控制一體化。
3.3賽博戰(zhàn)技術
賽博戰(zhàn)是指發(fā)生在賽博空間，影響賽博應用能力的作戰(zhàn)行動。它利用先進的技術或手段（賽博武器等），保護己方的賽博安全，擾亂或破環(huán)敵方的賽博系統(tǒng)。賽博戰(zhàn)的主要目的是通過賽博空間實現(xiàn)軍事目標，主要目標是獲得制賽博空間權，賽博戰(zhàn)能力包括賽博空間態(tài)勢感知能力、網(wǎng)絡戰(zhàn)能力和賽博防御能力。
賽博戰(zhàn)的主要作戰(zhàn)樣式是基于網(wǎng)絡的聯(lián)合作戰(zhàn)，首要目標是保障己方賽博空間任務數(shù)據(jù)安全，實現(xiàn)己方作戰(zhàn)網(wǎng)絡彈性和魯棒性。賽博戰(zhàn)對火力控制系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1）影響航電設備的正常工作；2）干擾協(xié)同作戰(zhàn)的態(tài)勢共享與指令傳輸；3）影響制導武器的控制；4）干擾火力控制任務系統(tǒng)實時物理攻擊與防御。
3.4 戰(zhàn)術輔助決策技術
戰(zhàn)術輔助決策主要是根據(jù)敵我機型、掛載、相對位置及態(tài)勢、武器性能差別、使用戰(zhàn)術以及配置等信息，利用智能決策算法幫助飛行員高效完成任務分配、威脅管理、兵力生成、目標分配、作戰(zhàn)效果評估等工作，輔助飛行員在高對抗的空戰(zhàn)中做出及時、正確的戰(zhàn)術／機動決策。
戰(zhàn)術輔助決策系統(tǒng)作為機載航電任務系統(tǒng)的一個有機組成部分，主要由系統(tǒng)狀態(tài)管理、空情信息管理、任務管理、戰(zhàn)術管理與駕駛員／飛機人機接口等功能組成，其核心概念包括：
1)使飛行員成為戰(zhàn)斗員和指揮員，幫助飛行員進行信息處理、飛行控制及其他例行事務，使其能集中精力于關鍵性的指揮決策；
2)最多的數(shù)據(jù)、最少的決策信息提示，一般采用文字、圖形、聲音、光等形式呈現(xiàn)給飛行員，提高飛行員決策的及時性。
3.5 即插即用型武器綜合技術
即插即用型武器綜合是指通過在作戰(zhàn)平臺與武器之間制定統(tǒng)一、標準的軟硬件接口，結(jié)合先進的系統(tǒng)設計與綜合方法，實現(xiàn)在無需重新對作戰(zhàn)平臺進行軟硬件配置的前提下，武器的插入即使用。
即插即用型武器是一種全新的武器系統(tǒng)綜合概念，其基礎之一是標準的硬件接口，之二是標準的軟件接口，同時應具有開放式的系統(tǒng)架構。即插即用型武器綜合的主要優(yōu)點如下：1）提高了武器通用性、互用性和靈活性；2）提高了飛機平臺對武器的兼容性、掛載通用性和靈活性；3）提高了武器綜合的效率，減少了武器綜合的成本；4）提高了飛機平臺和武器的網(wǎng)絡化作戰(zhàn)能力；5）促進武器的通用化、標準化。
4關于新一代火力控制系統(tǒng)的研發(fā)
隨著傳感器、武器與網(wǎng)絡技術的發(fā)展，面對未來戰(zhàn)場環(huán)境的復雜性、對抗方式的多樣性、作戰(zhàn)資源互操作性的不斷提高，傳統(tǒng)的基于文件的系統(tǒng)工程途徑難以適應新的發(fā)展需求，新一代火力控制系統(tǒng)研發(fā)時將采用基于模型的系統(tǒng)設計方法，從關注文檔轉(zhuǎn)變?yōu)殛P注模型、數(shù)據(jù)及各種關聯(lián)關系，實現(xiàn)基于模型的系統(tǒng)需求分析、系統(tǒng)功能分析、架構設計，并通過模型執(zhí)行的方式進行確認，如圖5所示。
4.1“V”型系統(tǒng)研發(fā)流程
新一代火力控制系統(tǒng)是一個典型的S oS（系統(tǒng)之系統(tǒng)），就其功能而言，也是一個復雜系統(tǒng)，其包含了眾多子系統(tǒng)�；谀Ｐ万�(qū)動的“V”型系統(tǒng)研發(fā)方法在系統(tǒng)或產(chǎn)品開發(fā)過
程中已逐漸被接受和應用，可以作新一代火力控制系統(tǒng)研發(fā)的主要方法。“V”型系統(tǒng)研發(fā)流程包括自頂向下的系統(tǒng)設計過程和自底向上的系統(tǒng)綜合過程，覆蓋了系統(tǒng)開發(fā)的各個階段，如圖6所示。“V”型的左翼描述的是自頂向下的設計流，右翼展示了自底向上，從單元測試到最終系統(tǒng)驗收測試的集成各階段。使用狀態(tài)圖的符號，可清楚地顯示出工作流中的一個變更請求從高層次向下的影響。無論變更請求從哪里出現(xiàn)，流程都將重新從需求分析階段開始。
4.2代碼生成自動化
基于模型的火力控制系統(tǒng)設計中關鍵性的一步即是通過模型自動生成系統(tǒng)的實現(xiàn)代碼。
系統(tǒng)代碼自動生成是保障新一代火力控制系統(tǒng)研發(fā)的高可靠性和高效率的主要手段。系統(tǒng)實現(xiàn)自動化主要包括接口控制文檔設計自動化生成、詳細設計自動化生成與POP程序自動化生成。接口控制文檔設計主要包括：火力控制系統(tǒng)模型化設計、火力控制系統(tǒng)的接口設計和火力控制系統(tǒng)模型間的交聯(lián)關系設計。詳細設計主要采用面向?qū)ο蟮脑O計結(jié)構，利用支持協(xié)同、可視化、可驗證的設計工具對接口控制設計生成的模型進行狀態(tài)圖設計、UMI,沒計、時序設計，將詳細設計結(jié)構自動轉(zhuǎn)換為面向?qū)ο蟮脑O計語言。而POP程序設計主要將靜態(tài)的POP設計文檔轉(zhuǎn)化為動態(tài)的人機界面演示環(huán)境，使設計結(jié)構形象化。
4.3 系統(tǒng)仿真測試與集成驗證
火力控制系統(tǒng)的集成與驗證過程通常采用增量式的集成策略，通常從設備集成開始，然后是分系統(tǒng)級、分領域級，到最終的全系統(tǒng)級。這種分步集成的策略使得每一次集成的關注點從設備級的需求逐步轉(zhuǎn)移到最終的整體性功能需求，使得整個集成過程中充分暴露不同層次的問題，確保最終整體系統(tǒng)集成的順利完成，從而降低了整體系統(tǒng)集成的復雜度。
在真實設備研制出來后，通過真件與仿真件之間的逐一替換，逐步完成整個火力控制系統(tǒng)的集成工作。在系統(tǒng)中接人某個分系統(tǒng)真件的同時，關閉相應的仿真模型，并開展對該分系統(tǒng)的集成測試工作。通過逐步采用真件替換仿真件，最終完成系統(tǒng)的集成，并進行全系統(tǒng)的驗證。
5結(jié)束語
火力控制系統(tǒng)與指控系統(tǒng)高度融合，加速OODA交戰(zhàn)過程，形成火力指揮與控制一體化的C4 KISR系統(tǒng)是未來的發(fā)展趨勢，是實現(xiàn)信息優(yōu)勢、決策優(yōu)勢和作戰(zhàn)行動優(yōu)勢的基石，同時也是支持未來體系作戰(zhàn)的基礎。網(wǎng)絡化、信息化條件下火力與指揮一體化發(fā)展充滿了機遇和挑戰(zhàn)，只有把握武器裝備網(wǎng)絡化、信息化的本質(zhì)，創(chuàng)新火力控制系統(tǒng)設計方法和設計理念，才能實現(xiàn)技術的趕超，裝備的跨越發(fā)展。
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