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C 4ISR系统效能评估技术研究

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维普资讯 http://www.cqvip.com 第26卷第5期 2007年l0月 飞行器测控学报 Journal of Spacecraft TT&C Technology Vo1.26 No.5 0ct.2007 C4 ISR系统效能评估技术研究 刘中伟 王泗宏 王乃卫 (63921・北京・100094) 摘要C ISR系统评估环境的构建对C ISR系统效能评估至关重要。本文深入分析了C ISR系统特点和评估 需求,提出了效能评估思路,设计了基于HLA的评估环境基本构架和C ISR系统模型体系结构,该研究对C ISR 系统鉴定具有重要现实意义。 关键词C ISR;效能评估;模型;体系结构 中图分类号:TP391 文献标识码:A Researches 0n C ISR Effectiveness Evaluati0n UU Zhong.wei WANG Si.hong WANG Nai—wei (PLA Unit 63921,Beijing 100094) Abstract Construction of an effectiveness evaluation environment is of critical impo ̄ance to C ISR systems.This paper nalayzes the characteristics of C ISR systems and their evaluation requirements and puts forward an efficiency evaluation approach.An HLA—based evaluation framework and a C ISR system simulation model architecture are designed and de— veloped.The research is of high practical significance to development and evaluation of C ISR systems. Keywords C ISR;Effectiveness Evaluation;Model;Architecture 0 引 言 C ISR系统,即指挥(Command)、控制(Contro1)、通信(Communication)、计算机(Computer)、情报(In— telligence)、监视(Surveillance)、侦察(Reconnaissance),又称综合电子信息系统,是以网络为中心的集指 挥、控制、通信、情报侦察、预警探测和信息战等功能于一体的综合电子信息系统。 在现代信息化战争中,基于“网络中心战”的C ISR系统起着重要作用,与传统的“平台中心战”相比, C ISR系统“战斗力倍增器”的作用更加突出,对作战的影响也更加巨大。因此,C ISR系统研究与开发和 C ISR系统作战效能评估已成为日益重要的课题,是世界各事作战研究的重心。本文针对C ISR系 统特点,分析了C ISR系统评估需求和评估特点,提出了C ISR系统评估思路,论述了C ISR评估系统应 具有的能力,设计了C ISR评估系统基本框架和模型体系结构,并提出了需进一步研究的关键技术。 1 C ISR系统特点 网络中心环境下的C ISR系统,具有高质量的信息传输和分发能力、可靠的网络服务能力、全时域全 空域预警探测与情报侦察能力、实时战场态势感知能力、有效的信息力量运用和互操作能力,其特点如下。 1.1信息网络是C ISR系统的互通纽带,是实现信息优势和决策优势的基础 C ISR系统信息网络以通信、计算机网络为主体,具有信息存储、处理、传输、分发、防护等功能,是通 信链路、计算节点、操作系统与信息管理平台等多系统多要素构成的信息基础设施,实现传感器网、指挥控 制网和交战网上所有资源的纵横一体全面连通。信息网不仅实现计算和通信环境的网络化,而且完成传 感器系统联网和指挥控制系统的联网,是应用层和决策层协同作战的信息保障。 C ISR系统通信网基本上以国家级固定高速信息网为基础,以机动通信网为主体,以专用网为支撑, 依托数据链实现与各武器平台的交链,具有充分容量和恢复能力以及多层次、分布式、安全、可靠、多路由、 收稿日期:2006—11—22;修回日期:2007一O3—16 第一作者简介:刘中伟(1975一),男,工程师,硕士,目前主要从事指控系统评估、网络攻防评估研究工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第5期 刘中伟,等:C4ISR系统效能评估技术研究 57 抗毁等特点。该网应包括卫星通信系统、国家应急通信系统、无线密话网、通用数据链和专用数据链等。 1.2 C ISR系统、传感器网络、交战网综合一体化 美军国防部《军事转型战略途径》给出了美军适应网络中心战的C ISR系统作战应用体系结构(如图 1所示),实现“传感器一控制器一射击器”一体化网络连通,体现战场感知一体化、信息交换一体化、指挥 控制一体化和信息与武器交链一体化。C ISR系统是武器装备网络化的中枢和总体构架,各种武器装备 (星、机、舰、车、弹等)是该构架中的节点,并集成为武器网络系统。 图1 C ISR系统应用体系结构 C ISR系统指挥控制网中的指挥控制节点与传感器网中的多个传感器节点(战场感知系统)连通,而 多个指挥控制节点应可与交战网中的一个火力打击武器系统连通。 C ISR系统信息感知与情报处理不再局限于自身平台所属的传感器,而是依托战场空间内无缝连接 的传感器网络,各传感器节点可以不在指挥控制网参与下自主交换信息,经信息融合生成完整的战场态势。 火力打击点通过信息网形成无缝连接的交战网,火力打击点获得的战场感知信息和指挥控制信息可 以通过信息网与其他火力打击点进行信息交换,交战网的每个火力打击点应可以接受C ISR系统网络上 其他指挥控制节点的指挥控制,以扩大打击范围,提高打击精度和速度。 1.3信息安全体系是C ISR系统的重要保障 在信息化战争中,C ISR系统信息化装备密度大,对信息对抗能力的依赖性也强。为确保C ISR系统 在军事斗争中正常发挥作战效能,必须加强己方的信息优势并削弱敌方的态势感知能力,C ISR系统具有 信息战环境下的信息数据保密能力、网络安全防护能力、入侵检测能力和快速恢复能力。即使在受到拒绝 服务攻击的情况下,系统仍具有适当的反应能力,可以向用户提供及时、可靠的访问和限量的数据交换能 力。在保障我方信息安全的同时,C ISR系统应具有对敌方信息系统进行渗透、操纵,或使敌方信息系统 丧失作战态势感知能力或使其无法自如地运用的能力。C ISR系统的信息安全体系结构应包括7个 层次:实体安全、平台安全、数据安全、通信安全、应用安全、运行安全和管理安全。 1.4 C ISR建设与武器装备一体化统筹考虑 网络中心环境下的C ISR系统的开发建设必须置于武器装备一体化的网络环境中来考虑,统一规划 和设计,实现C ISR与武器装备的交链,而不能于武器装备网络化环境之外。以联合作战需求为依 据,适当考虑长远发展,通过整体统一规划、制订权威和规范的标准等措施来实现,包括:制订综合电子信 息系统发展总纲,开发统一的综合电子信息系统体系结构,制订并实施统一的国防信息技术标准,统一建 设全军共用的信息基础设施,以及将信息互通性和信息保障嵌入体系结构中。 2 C4ISR系统评估特点和需求 2.1 C ISR系统评估以综合性能和作战效能为重点 C ISR系统规模大,组成复杂,功能全面综合化,系统应用耦合性强,作战地域展开大。传统的评估模 维普资讯 http://www.cqvip.com

58 飞行器测控学报 第26卷 式是剥离式的试验,即注重C ISR单个环节的战技指标和性能考核,分别进行指挥控制、通信、预警探 测和情报侦察等各分系统的鉴定,特点是单个环节的技术指标考核全面,但无法说明C ISR系统的整体性 能和作战效能。而以网络为中心的C ISR作战体系,强调的是信息共享和协同作战,无法通过各节点的性 能鉴定获得综合性能和作战效能,原有评估模式和思路已不能适应新的需求,必须提出新的适应C ISR系 统整体鉴定的评估思路、评估准则和评估方法,将综合性能和作战效能作为考核重点。 2.2信息传输网络极大增强了C ISR体系作战效能 C ISR系统通过作战通信网将全部军事力量融合成一个整体,实现态势共享、协同作战、快速打击的 作战效果。作战通信网已不再仅仅实现传统的信息传输,其多路由能力和抗毁性极大增强了C ISR整体 效能,必须通过其作战通信网将C ISR体系融合为整体进行鉴定评估。在保证被试C ISR系统通信组网 状态基本不变的状况下,为适应分布式C ISR系统鉴定评估,应建设C ISR评估环境自身网络系统,构建 机动式大区域分布仿真评估环境。 2.3信息战极大影响了C ISR系统作战效能 信息战攻击的首要目标就是敌方的C ISR系统,破坏最高层的认知系统和决策系统,极大地左右战争 全局。信息战技术体系结构_1 示意如图2所示。电子战通过对网络的物理破坏和信号层的压制与欺骗进 行攻击,网络战通过对网络链路层以上各层的攻击来达到欺骗、瘫痪或毁坏敌方信息系统的作战目的。 一 ……… 登~… ……… 复~…一 > 。—— I电子战攻击 LJ物理毁伤 ————————一』/ 图2信息战体系结构不意图 C ISR系统采用以网络为中心的作战模式,信息战不仅影响情报侦察探测系统性能,更对信息流和基 于信息的作战决策产生巨大影响。C4ISR体系鉴定评估应充分模拟信息战环境,而不是传统的基于理想 信息和能及时收到信息为基本假设。电子干扰、网络攻击和路由被毁等战场作战环境的逼真模拟,可以充 分鉴定信息战环境下C ISR系统性能和效能。 3 C4ISR系统鉴定评估思路 鉴于对C4ISR系统的评估若依靠大规模的军事演习必然牵扯到大量的人力、物力与财力,且只能进行 一定条件下的效能评估。因此,将建模与仿真技术纳入C4ISR系统评估中将是提高C4ISR系统作战能力 经济而有效的手段。 对一体化C4ISR系统的评估,涉及到战场侦察、预警探测、情报处理、指挥控制、信息网络、信息对抗和 火力系统等各个领域。首先要完成单个装备、单个作战平台、单个环节的战技指标和综合性能考核;在此 维普资讯 http://www.cqvip.com 第5期 刘中伟,等:C4ISR系统效能评估技术研究 59 基础上,构建C ISR系统作战战场环境,进行综合性能鉴定和作战效能考核。基本评估思路如下: 1)根据C ISR系统鉴定评估需求,确立评估准则,进行C ISR系统分解和指标体系分解,得到技术指 标、功能要求、综合性能和作战效能等具体考核需求与评估准则; 2)按照评估准则,制订切实的实施方法,分别完成单个装备、单个作战平台、单个环节的战技指标和 综合性能考核; 3)根据C ISR系统整体评估准则和作战环境需求提出典型作战想定,通过选择功能性能相近的实体 装备,配合具有数学模型、半实物、实体装备相结合的混合仿真评估系统,模拟C ISR系统所处复杂战场电 磁环境及信息作战环境,依据红、蓝、白3方组织进行红蓝对抗及战术推演,录取试验数据进行综合评估; 4)在上述评估过程中,根据试验评估数据,进一步优化各实体仿真模型,多次试验,综合评估,提高系 统评估的精度和可信度。 4 C4ISR评估环境建设框架 4.1 C ISR评估环境应具有的能力分析 C ISR评估环境应具有对C ISR系统整体和各环节进行鉴定评估的能力。结合前面所述C ISR系统 特点和评估需求,C ISR评估环境应具有如下能力。 分布式全机动能力C ISR系统作战展开区域大,系统组成的分布性和作战通信网络的分布性决定 了C ISR评估环境具有分布性和机动性。C ISR评估环境建设应为车载方舱式为主体,根据需要可机动 到被试系统区域开展鉴定评估。 战场环境模拟能力C ISR系统所处的战场环境复杂,C ISR评估环境应能体现战场环境模 拟能力。通过各类目标平台和电子战仿真模型、电子干扰实体、网络战系统相结合构建评估环境,实现多 维复杂电磁环境模拟。 仿真模型与实体装备一体化的信息作战仿真能力 信息战环境模拟主要通过电子干扰实体系统、计 算机网络攻击系统和仿真环境下的电子对抗模型实现,需要将实体系统与仿真模型同步在统一的战情下 实时运行,对C ISR评估系统和实体装备的时空一致性要求高。 自成体系的交互式闭环仿真能力 C ISR系统评估鉴定要求战场环境具有交互式闭环仿真能力, C ISR评估环境应具有在统一战术战情下的推演能力,以战术对抗模式为主。因此,依据C ISR系统的分 布式特点C ISR评估环境也应是可机动的分布式仿真系统。 通信网性能模拟和信息攻防环境模拟能力 C ISR系统是基于网络中心的作战模式,通过其战术通 信网和计算机信息网络整合为作战体系。C ISR评估环境应具有模拟信息攻防能力,可以逼真模拟信息 战对信息传输性能的影响和对作战决策过程的影响,以考核真实信息战条件下C ISR系统的作战效能。 4.2 C ISR评估环境基本框架 通过上述分析,C ISR评估环境应为可机动的分布式交互仿真系统,C ISR评估环境应基于高层体系 结构(HLA)构建。HLA能够实现仿真模型、半实物和实体装备混合仿真,利于各种仿真系统之间以及仿 真系统与c I系统之间的互操作,方便建模与仿真组件的重用。HLA是一个开放的、支持面向对象的体系 结构 ,它最显著的特点就是通过提供通用的、相对的支撑服务程序,将应用层同底层支撑环境分 离,即通过提供通用的、相对的支撑服务程序,将具体的仿真功能实现、仿真运行管理和底层通信分 开,这样各部分的开发相对,有利于充分利用各自领域的新技术来实现标准的服务和功能;其次它实 现了仿真系统的即插即用,保证了联邦范围内的互操作和重用,有利于实现仿真系统的灵活性和可扩充 性,易于新的仿真系统的集成和管理。 C ISR评估环境包括分布式交互仿真体系、C ISR模型体系、实体仿真模型、蓝军仿真模型、仿真总控 系统(白方)、仿真系统通信网络、实体通信干扰系统、网络攻击系统、数据录取与评估系统以及车载方舱 等。C ISR评估环境基本框架如图3所示,其中sR指侦察探测系统,ISR指侦察探测与情报处理系统。 维普资讯 http://www.cqvip.com 飞行器测控学报 第26卷 图3 C ISR评估环境基本框架 被试C ISR系统为红方,包括被试C ISR实体部分、C ISR仿真模型和武器模型。C ISR评估环境实 现蓝方配置和战场环境模拟,蓝方包括蓝军ISR模型、指控情报中心模型、攻击武器系统模型、实体通信干 扰系统、网络攻击系统等。C ISR评估环境的分布式交互仿真体系、仿真总控系统、试验通信网络、数据录 取与评估系统等部分,完成试验控制、运行管理、系统维护和鉴定评估功能。 4.3 C ISR模型体系框架设计 C ISR仿真模型体系是C ISR评估环境建设的重要组成部分,不但能完成C ISR系统单个环节的评 估,更重要的是通过模拟C ISR系统面临的作战环境和战术应用背景进行C ISR全系统鉴定评估。参照 美军C ISR模型体系 4。,它包括6类模型:信息模型、信息战模型、通信和计算机模型、指挥控制模型、传 感器模型和战斗模型。HLA为它们提供即插即用的功能,这些模型通过RTI进行交互,C ISR模型组成及 相互关系如图4所示。 战斗模型提供对战斗实体、作战行动和作战效果的物理状态的表示,接受来自指挥控制模型的命令, 模拟战斗行动和作战效果,并根据战斗行动的结果修正战斗实体的状态,为C ISR模型体系中其他模型提 供战斗状态和活动数据。 传感器模型接收指挥控制模型指令,根据不断更新的传感器平台、电磁环境和ISR目标实体信息,对 平台运动、探测性能和交互作用进行模拟,生成目标探测数据,指挥控制模型利用这些数据生成传感器报 告(包括目标的位置、类型和数量等)。 指挥控制模型为每个指挥实体提供基本的融合模块和决策模块,用于表示与空中、地面和海上指 挥控制有关的实体,以及指挥行动和信息交互事件。它依据战斗模型和传感器模型获得的信息进行融合, 形成公共作战图像和作战计划,并向所有的战斗发布命令。 维普资讯 http://www.cqvip.com

第5期 刘中伟,等:C4ISR系统效能评估技术研究 61 图4 C ISR模型组成及相互关系 通信和计算机模型用来表示与c I网络中信息对象的流动有关的活动,主要模拟数据信息传输质量 和时延等性能。该模型接收来自战斗模型的战斗状态信息并更新c 网络,此外,它还接收指挥控制模型 生成的通信计划,对网络中各种节点之间的连通关系进行配置。 信息模型用于跟踪信息和检查信息是如何影响决策的。信息模型相当于整个C ISR模型的信息“代 理”,它还对仿真过程中所生成和使用的信息对象进行跟踪从而提供事后处理能力。信息模型保存传输 的关键信息的副本以及发送和接收的次数,同时跟踪记录由于信息战事件而导致的报文内容或接收时间 的变化,确保对C ISR联合模型中的信息战事件的可跟踪性。 信息战模型主要模拟物理信息战和人侵信息战对作战人员决策过程的影响。物理信息战事件是针对 物理c 单元的行为,如c 节点或通信连接被破坏而影响信息的及时传输。人侵信息事件的范围从干扰 通信基础设施到侵人c 基础设施以及传输虚假信息,使指挥官对被处理信息的可信度产生怀疑或误信虚 假信息,从而影响作战决策。 5 结束语 C ISR系统以“网络中心战”为主要作战方式,与传统的“平台中心战”大相径庭。传统的评估思路和 方法已经不能适用于网络化的C ISR系统评估。本文提出了对C ISR系统进行鉴定评估的思路和评估环 境建设设想,希望能对C ISR系统建设与评估工作起到推动作用。 由于C ISR系统的效能评估涉及到指挥、控制、通信、计算机、情报、侦察和监视等多个方面,并且与作 战模式、工作过程、信息网络与流程、情报信息与武器系统交链等因素密切相关,如何有效评估C ISR系统 的综合性能和作战效能还存在许多困难,仍有大量关键技术需要进一步研究和探索,如:典型C ISR系统 作战应用模式与评估指标体系研究,精确分析定量评估的C ISR系统评估准则与评估方法研究,数学模 型、半实物、实体装备相结合的分布式混合仿真时空一致性研究,信息网络仿真与综合性能模拟技术研究, 复杂电磁环境模拟技术研究,C ISR系统分布式海量数据录取与处理技术研究等。 参考文献 [1]王文胜.网络对抗体系结构研究[c].第三届网络对抗学术年会论文集(上册),海南三亚,2006:12—13. [2]周彦,戴剑伟.HIA仿真程序设计[M].北京:电子工业出版社,2002. [3]Tolk A,Hieb M R.Building&Integrating M&S Components into C ISR Systems for Supporting Future Military Operations[c].2003 Interna- tional Conference on Grand Challenges for Modeling and Simulation(ICGCMS03),Orlando,Florida,Jan.2003. [4] 费爱国.C ISR系统开发设计与实现[M].北京:军事科学出版社,2005. 

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