综合态势显示系统在反水雷作战中的应用研究

综合态势显示系统在反水雷作战中的应用研究

张晋斌

中船重工集团第七一〇研究所，湖北宜昌 443003

摘要：本文阐述了一种基于电子海图的综合态势显示系统在反水雷(MCM)作战中的设计和应用方法，利用C4ISR指挥控制通信集成技术，开发设计一种基于数据库服务模式的反水雷综合态势显示系统，具有良好的扩展接口。分析了综合态势显示系统在反水雷作战的需求，并且很好地解决了反水雷多种数据融合、路径规划等问题，对于综合态势显示系统在反水雷领域的扩展取得了良好的效果。

关键词：综合态势，反水雷，数据融合，路径规划

1. 引言

随着21世纪对信息化作战指挥的需求不断增长，美国国防部在C4I的基础上将“监视”和“侦察”纳入了1997财政年度的国防报告提出了C4ISR系统，即Command(指挥)、Control(控制)、Communication (通信)、Computer(计算机)、Intelligence(情报)、Surveillance(监视)和Reconnaissance(侦察)系统，使其内涵和扩展更加丰富和充实。在传统的C4I基础上，将指挥，控制，通信，计算机，情报，监视和侦察有机地结合起来形成C4ISR系统，使指挥系统，作战系统和支援系统实现更高程度的集成。 C4ISR系统旨在满足新型数字军事信息作战的需求，将当代科学技术和军事科学理论与数字信息技术作为核心相结合，从而能够在整个综合战场中利用战场信息资源以实现最佳配置，最终实现指挥、控制、通信、情报、侦察、电子战和火力战及后勤保障等作战功能集成，从战术层面集成作战指挥系统与武器控制系统形成综合军事信息系统。

为了满足在反水雷作战中使用该系统的要求，我们研究了在反水雷作战中综合态势显示系统的设计和使用方法。该系统基于网络和数据库技术，结合反水雷数据融合和反水雷辅助决策技术，实现了反水雷作战过程的实时传输和战场态势的可视化。该系统的发展极大地提高了反水雷作战系统的指挥效率和信息网络化水平。它使各级指挥组织，指挥员和作战系统能够及时获得反水雷综合态势信息，并为其指挥和决策提供帮助。

2. 系统功能及设计方法

2.1 系统功能概述

反水雷综合态势显示系统是按照现代及未来反水雷战争信息获取需求而开发的，其功能主要包括：获取水雷目标信息，传输水雷目标信息以及状态显示水雷目标信息和计划信息。 该系统的分布式存储技术，实现了战场空间各个作战平台之间的反水雷态势信息的协调，并通过可视化编程技术实现了反水雷态势信息的当面化，而且该系统还提供了各类信息分类查询等功能。

2.2 系统设计方法

根据反水雷作战的相关技术，从战场态势信息网络化和实时性的特殊需求出发，确定z反水雷作战综合态势显示系统的设计思想是网络化、实时化、可视化。利用网络作为系统信息传输的基础，主要使用虚拟服务器或远程服务器，使各级的指挥中心和执行终端形成一个有机的整体网络平台。利用数据库分布式存储技术，在不同的反水雷装备平台之间实现情报信息的同步和分发，使每个装备平台都能接收情报并实时更新信息数据库，从而使每个装备平台随时都能掌握最实时，最全面的情报，从而大大提高了整个作战系统的可靠性；以P2NN为开发平台开发反水雷综合态势显示系统，该系统实现了反水雷作战态势信息的可视化。通过该系统，每个作战平台都可以实现战场情报信息的录入，查询和管理，数据处理服务器采用数据融合技术进行信息融合和存储。系统还可以从支持数据库服务器获取历史作业数据进行态势显示或动态回放。

2.3 系统设计方案

反水雷综合态势显示系统以各种反水雷装备平台为基本信息源，以反水雷信息中心和相应的综合指挥系统为信息中心，借助信息通信网而构成的网络化、一体化的反水雷信息监控系统。根据系统的功能进行划分，其主要功能可分为：如反水雷信息源，反水雷信息网络，反水雷信息数据库，反水雷信息处理中心和综合态势显示终端，如图1所示。综合指控中心每个战斗位置的显示终端均装有基于P2nn开发的反水雷综合态势显示系统软件。该系统主要用于反水雷战场信息源录入、存储、实时显示及动态回放等功能。

1. 系统原理及组成图

3. 相关技术

3.1 反水雷数据融合技术

反水雷数据融合技术数据融合是指对来自多个数据源的数据进行综合处理，例如水声定位，前视声纳，侧扫声纳和GPS定位等多个系统的数据进行综合处理。数据融合本质上使用信息互补（多种数据类型）和信息冗余原理来获得对环境或目标的最佳一致估计，互补信息有利于获得更完整的信息，而多种数据冗余可以提高信息的可靠性和安全性。从理论上已经证明，通过多传感器数据融合获得的环境或目标的最佳一致性估计不会降低整个系统的性能，并且已经证明，使用数据融合通常可以提高系统的性能。多种数据融合技术之所以成为关键技术，是由于为了应对航行过程中的各种情况，必须实时准确地获取外部环境或目标信息。数据融合的效果直接影响辅助决策的科学性、有效性。当前常用的数据融合方法有：卡尔曼滤波，贝叶斯网络，神经网络，模糊逻辑等方法。在综合态势显示系统中，可以显示电子海图，执行海图操作，并以海图为背景对各种收集到的数据进行数据融合处理，不仅可以提高作战效率，而且有助于提高生存能力。

在综合态势显示系统中，由于反水雷装备平台多，目标多，航迹信息量大，航迹关联与融合的必要性就更加突出，但难度随之增加。这些关联和融合必须是实时的，也就是说，目标观测数据将被过滤并传输到综合指控中心。经坐标转换和时间对齐后，开始关联质量检验，该检验必须查验特定范围内的所有目标，并进行两两关联。采用关联质量系数最高的，并通过检验周期的作为相关对。如果某个目标与来自不同航次的另一个目标通过了相关的检查期，则来自不同航次的两个目标将被视为同一目标。关联分配过程中有一个基本规则如下：每个观察目标仅属于一个对应的航次；每个目标仅来自航次中的唯一声纳；每个有效航次至少检测到一个目标。这样可以尽可能避免在有效航次中多次出现同一目标的情况。融合处理对于提高目标跟踪精度和改善海上目标管理具有非常现实的好处，目标观测数据率越高，滤波效果越好，融合精度就越高。

3.2 反水雷辅助决策技术

反水雷辅助决策技术主要利用支撑数据库提供的海图信息数据、战场环境数据和目标信息数据，结合辅助决策软件模型工具库，建立反水雷辅助决策系统。主要软件模块包括任务分解模块，作战路径规划模块，作战效能评估模块，安全路径规划模块和综合态势显示模块。支持数据库主要为反水雷辅助决策系统提供数据服务，包括数据存储、查询和维护服务，并为系统运行提供各种数据资源和模型工具管理支持，以便于将来反水雷数据支持系统的扩展升级。

反水雷辅助决策系统使作战指挥员可以获取包括计划路线和出发路线在内的作战态势区域图，以及反水雷信息支援能力，并协助解决编队中的反水雷任务联合行动。综合指控系统可针对指挥员的权限单独启用或禁用。该作战区域态势图可以另存为副本，并通过现有的通信网络传输以支持其他文件。由此产生的数据可以与反水雷辅助决策支持数据库共享，并通过标准DDS消息发布给本舰和编队所有舰船。反水雷辅助决策系统利用综合指控计划数据、探测区域态势数据和环境数据来分析反水雷作业的时序性。基于这些分析，指挥员可以协调解决战场上的水雷防御问题、优化反水雷作业流程、提高作战效率。在执行过程中，这些事件可由联合编队、作战后勤保障舰和反水雷辅助决策系统工作站处的反水雷辅助决策系统执行，以允许作战资源的即时重定向和作战任务分析数据的充分利用。同时，反水雷辅助决策系统提供反水雷任务的历史数据，包括任务名称，开始时间，结束时间和代号等，可通过支持数据库进行查看和比对。

4. 使用方法

4.1战场态势实时监控

在综合态势显示系统中全面的态势显示界面是其中最直观的界面。它显示了战场态势的基本信息，包括：

1. 态势显示信息

• 二维海床地形信息，可根据不同海图格式显示卫星视图；

• 可显示岛屿，礁石，港口位置，洋流等地理、水文环境信息；

• 平台的位置信息，用户可以选择显示经纬网线，并定义密度；

• 平台类型属性，包括红和蓝方属性，平台类型属性（显示不同图标的装备平台型号）；

• 平台的基本运动状态，包括运动的方向和速度，以箭头的方向和长度显示；

• 操作过程中可以在平台上实时拖动平台位置；

• 可以显示所选平台的航迹属性，并可以在运行过程中修改航路点；

• 动态显示平台战斗行为，如平台部署，平台运行，平台恢复等；

• 可以选择显示平台的传感器状态，例如声纳的检测距离和范围，还可以显示检测到的目标位置。

2. 装备平台信息管理

• 型号和原型信息；

• 平台来源和编号；

• 装备平台型号名称；

• 装备平台作战能力（跨度，检测宽度等）；

• 装备平台状态：运行状态，平台删除，平台跟踪和组队控制等。

3. 装备平台位置及动态参数

• 装备平台航行信息；

• 航向；

• 速度；

• 深度

• 高度。

可以修改这些信息，并实时修改航行信息。

4.2 装备平台任务规划

构建一个复杂的战场态势，每个装备平台必须具有自己的任务行为，并且首先必须具有一定量的智能行动，或者按照预定计划航线进行运动，或在特定时间触发时采取行动，而驾驶装备平台行为的主要驱动因素是战斗任务。每个平台实体只能同时运行一个任务或子任务，并且可以在运行时通过综合态势显示系统的任务控制界面来控制平台实体任务。

在设计装备平台的主控系统时，主控系统存在一些特定的约束条件。例如需要在每个周期中评估一系列条件参数，以确定响应于当前任务要执行哪些操作，并且不能直接在某些特殊事件响应上执行它，该任务在响应事件和条件时应更加灵活等。在设计主控制系统时，应考虑任务的运行状态，并应具有子任务的概念。子任务是相对较小的任务，可以从其他任务中调用。它旨在组织和区分不同类型的作业过程。子任务的设计与顶级任务的设计相同，并且每个任务或子任务可以分为多个任务。系统中内置了许多可用的调用过程，用户也可以自行扩展它们。对于子任务，顶层任务只能同时调用一个子任务。如果子任务已经在运行，并且调用了新的子任务，则原子任务将停止。您可以在运行新的子任务之前挂起原有子任务，并在执行新的子任务后恢复原子任务。

综合态势显示系统中的航迹规划还支持指定航路点的方式定义，每个航路点都是一个绝对的航路位置，即包含纬度、经度、预计到达时间和航行速度。每个航路点都可以确定相应装备平台运行到某个时间点。在实际操作中，实体将根据两点之间的时间动态更改其速度和预计到达时间。指挥员还可以直接指定两点之间的平均速度，或者装备平台可以根据该设定值来不断调整。

5. 结束语

随着现代信息技术和仿真技术的发展，关于反水雷综合态势显示系统的研究、发展及其作战应用在海军信息战中数字化战场、数字化武器装备、指控系统、智能化指挥决策建设中的地位和作用日益提高。综合态势显示系统实现了各种作战部队与战场要素之间的互联互通，并进行了充分的数据融合。指挥员可以从各种装备平台，作战系统中各个级别的指挥控制和情报部门以及各种武器平台访问信息节点，获得实时的、融合的、逼真的战场空间图像信息，并基于计算机辅助决策的结果实现对水雷目标的查打一体化操作，必将在未来的反水雷作战中发挥更重要的作用。

参考文献

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