張明明，王 敏，萬 鳴，夏正娜，王 魁

（航空工業(yè)洪都，南昌 330024）

0 引言

自20 世紀80 年代以來，世界各國紛紛開展了任務規(guī)劃技術的研究。以美軍為代表的西方國家最早開展任務規(guī)劃的研究、研制和應用，在世界處于領先地位，任務規(guī)劃技術在未來信息化戰(zhàn)爭中具有重要的軍事價值和廣闊的應用前景，其研究成果對推動國民經(jīng)濟的發(fā)展和國防力量的建設具有極為重要的意義。

美軍的任務規(guī)劃系統(tǒng)發(fā)展最早、最全面，遙遙領先于其他國家，因此，國外任務規(guī)劃系統(tǒng)發(fā)展主要介紹美軍的情況。自20 世紀70 年代起步，主要經(jīng)歷了起步、擴展和統(tǒng)型3 個發(fā)展階段。

起步階段：70 年代中期至80 年代中期，隨著計算機技術的進步，計算機開始在軍事領域普及使用。此階段標志性成果是出現(xiàn)計算機輔助決策，作戰(zhàn)指揮由紙上作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮拥貓D作業(yè)。主要有：1980 年開始裝備計算機輔助任務計劃系統(tǒng)CAMPS。

擴展階段：80 年代中期至90 年代中期，陸、海、空三軍各自研發(fā)主戰(zhàn)武器任務規(guī)劃系統(tǒng)，代表性的裝備有“戰(zhàn)斧”的巡航導彈任務規(guī)劃系統(tǒng)、1996 年完成Windows 環(huán)境下的便攜式飛行計劃軟件PFPS，1998 年海軍任務規(guī)劃系統(tǒng)NavMPS 定版，武器平臺級的任務規(guī)劃系統(tǒng)在此階段得到迅猛發(fā)展。

統(tǒng)型階段：90 年代中期以來，同指揮信息系統(tǒng)的發(fā)展脈絡一致，隨著各型任務規(guī)劃系統(tǒng)的發(fā)展建設，軍隊上層開始意識到任務規(guī)劃系統(tǒng)建設也不能各立門戶、各自為戰(zhàn)。由此，美軍開始注重系統(tǒng)建設的統(tǒng)一規(guī)劃，把任務規(guī)劃系統(tǒng)作為指揮信息系統(tǒng)的一部分，注重不同系統(tǒng)之間的兼容與互聯(lián)、互通、互操作，開發(fā)了各軍種通用的任務規(guī)劃系統(tǒng)。2002 年研制出用于陸、海、空三軍聯(lián)合任務規(guī)劃系統(tǒng)JMPS。

任務規(guī)劃系統(tǒng)真正在實戰(zhàn)中發(fā)揮強大作用是在海灣戰(zhàn)爭期間，為多國部隊的成功作戰(zhàn)做出了重大貢獻，并引起了各國的高度重視。之后美軍在對阿富汗作戰(zhàn)以及伊拉克戰(zhàn)爭中更是廣泛使用任務規(guī)劃系統(tǒng)，為部隊快速行動奠定了基礎。任務規(guī)劃系統(tǒng)的廣泛應用取得了顯著的作戰(zhàn)效果，作為大腦，任務規(guī)劃是武器系統(tǒng)發(fā)揮其作戰(zhàn)效能的重要保證。

隨著國際形勢的挑戰(zhàn)及訓練體制改革深化，尤其是新訓練大綱的推廣，部隊訓練需向?qū)崙?zhàn)化貼近，訓練強度需不斷加大。因此，高級教練機不僅具備較全面的戰(zhàn)術訓練功能，滿足飛行學員實戰(zhàn)化訓練需求，還需要執(zhí)行“戰(zhàn)斗值班”、“伴隨訓練”任務。而任務規(guī)劃系統(tǒng)是高級教練機必不可少的一部分。

與國外相比，我國關于飛行器任務規(guī)劃問題的研究起步較晚。國內(nèi)學者從20 世紀80 年代開始進行任務規(guī)劃方面的研究，最初的研究主要集中在地形跟蹤與回避方面。到20 世紀90 年代，任務規(guī)劃技術的研究得到了實質(zhì)性進展，中國航天科工三院三部、國防科技大學、哈爾濱工業(yè)大學、西北工業(yè)大學等科研機構(gòu)和高校開展了飛行器任務規(guī)劃技術研究。進入21 世紀后，隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術、衛(wèi)星通信技術等相關技術的不斷發(fā)展，我國的任務規(guī)劃技術也開始向集成化、動態(tài)化、便攜化方向發(fā)展，但相距西方的技術水平還有一定差距，并且在高級教練機上還未應用。因此，開展高級教練機的任務規(guī)劃系統(tǒng)設計及應用已迫在眉睫。

1 教練機任務規(guī)劃系統(tǒng)內(nèi)涵

高級教練機的任務規(guī)劃系統(tǒng)能夠充分利用地理、情報等信息，以及飛機、武器、航空電子系統(tǒng)的技術性能，對飛機的突防突擊戰(zhàn)術、飛行航線規(guī)劃、武器攻擊航線規(guī)劃，以及機載傳感器的操作及使用進行綜合設計與優(yōu)化，更好地銜接戰(zhàn)斗機的訓練。系統(tǒng)能夠在飛行后全面驗證和評估飛行任務完成情況，全方位、多視角地重現(xiàn)任務完成過程。高級教練機任務規(guī)劃系統(tǒng)的主要特點：

1）高效、科學、精確、協(xié)同地支持飛行、訓練任務。能夠按照指定的訓練科目和飛行任務設置，為用戶制定有針對性的、面向?qū)崙?zhàn)要求的訓練任務計劃，為飛機制定詳細的飛行計劃，對飛行軌跡、時間、動作等進行精確規(guī)劃，并進行有針對性的分析評估，確保飛行安全、提高訓練效果；能夠為指揮員、飛行員、戰(zhàn)勤人員掌握作戰(zhàn)流程與方法，針對具體環(huán)境和作戰(zhàn)目標研究戰(zhàn)術戰(zhàn)法，真正做到像作戰(zhàn)一樣訓練。

2）能夠組織實施復雜環(huán)境下聯(lián)合訓練。能夠支持飛機編隊與其他編隊的協(xié)同規(guī)劃，提高戰(zhàn)術任務執(zhí)行的協(xié)同性，以適應空中合作訓練任務；能夠支持飛機對地面部隊的空中支援規(guī)劃，實現(xiàn)編隊與地面兵力在時間、空間、頻域及火力支援等的協(xié)同配合，從而提高空- 地戰(zhàn)術任務執(zhí)行的協(xié)同性，以支持近距空中支援為主的空地聯(lián)合訓練任務。

3）組織實施快速精確化作戰(zhàn)。任務規(guī)劃系統(tǒng)的設計與應用，能夠提供先進的規(guī)劃手段對作戰(zhàn)行動，特別是飛機對地攻擊行動的全過程進行精確化設計，提高其作戰(zhàn)實施的精確性，包括作戰(zhàn)過程計劃的精確性和作戰(zhàn)目標達成的精確性。

任務規(guī)劃系統(tǒng)通過系統(tǒng)設計與應用，縮短作戰(zhàn)任務計劃、訓練計劃、飛行表演計劃等的生成時間，提高任務執(zhí)行的精確性和協(xié)同性，任務規(guī)劃系統(tǒng)的使用促使飛行學員全面提高戰(zhàn)術素質(zhì)，幫助飛行學員提高自主飛行、自主空戰(zhàn)、自主執(zhí)行各類作戰(zhàn)任務的能力，促進飛機培訓單位訓練水平、作戰(zhàn)效能、實戰(zhàn)能力的提升。

2 教練機任務規(guī)劃系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)組成

任務規(guī)劃系統(tǒng)硬件產(chǎn)品由服務器、工作站、打印機、網(wǎng)絡交換機等組成。為了適應大數(shù)據(jù)量運算需求，該計算機還需具備硬件加速的擴展能力。任務規(guī)劃系統(tǒng)可連接打印機用于輸出多種尺寸規(guī)格的任務簡報、領航卡片和其他資料等。

2.2 系統(tǒng)主要功能

系統(tǒng)具備預先飛行/戰(zhàn)斗任務規(guī)劃和飛行重現(xiàn)與評估的能力。

2.2.1 作戰(zhàn)、訓練的任務規(guī)劃能力

系統(tǒng)在獲取準確的任務數(shù)據(jù)、基礎數(shù)據(jù)、情報數(shù)據(jù)等基礎上，輔助飛行員和戰(zhàn)勤人員，依據(jù)既定的任務目標，綜合考慮影響作戰(zhàn)編隊戰(zhàn)術任務執(zhí)行的各項因素，快速準確地制定適應復雜戰(zhàn)場環(huán)境，滿足飛機的各類任務需求的戰(zhàn)術任務計劃，大幅提高編隊戰(zhàn)術任務計劃的有效性和精確性。

2.2.2 飛行情景重現(xiàn)與評估能力

通過飛參數(shù)據(jù)處理與回放，任務數(shù)據(jù)（事件數(shù)據(jù)）處理及回放等手段對飛行過程進行全面、完整和同步的情景回放或再現(xiàn)，使任務評估人員可以全方位、多視角地觀察近乎真實的任務完成過程。

2.2.3 聯(lián)入作戰(zhàn)體系的能力

系統(tǒng)可實現(xiàn)指揮信息系統(tǒng)的互聯(lián)互通，系統(tǒng)可接收相關系統(tǒng)提供的各類任務規(guī)劃數(shù)據(jù)，以此為基礎生成戰(zhàn)術任務計劃后提交上級指揮機構(gòu)；可與飛機聯(lián)通，系統(tǒng)所生成的戰(zhàn)術任務計劃可通過數(shù)據(jù)加載卡加載至飛機，輔助飛行人員執(zhí)行任務。

2.3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

任務規(guī)劃系統(tǒng)的軟件設計采用開放式體系架構(gòu)，包括數(shù)據(jù)層、基礎框架層、通用組件層和專用組件層，實現(xiàn)各層之間的松耦合交聯(lián)關系，便于系統(tǒng)的聯(lián)合開發(fā)與升級擴展。如圖1 所示。

圖1 任務規(guī)劃系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

1）基礎框架層在操作系統(tǒng)之上構(gòu)建基礎的數(shù)據(jù)服務、系統(tǒng)管理以及組件的裝配/應用機制，通過對一系列通用組件和專用組件的集成，可以配置和運行任務規(guī)劃環(huán)境，為飛機及其機載設備提供預先戰(zhàn)術任務規(guī)劃。

2）數(shù)據(jù)層是任務規(guī)劃軟件架構(gòu)中的最底層，包含支撐任務規(guī)劃系統(tǒng)運行和作業(yè)的多個數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)稱為系統(tǒng)運行庫。主要包括基礎數(shù)據(jù)、情報數(shù)據(jù)和任務數(shù)據(jù)庫。

3）通用組件層是完成任務規(guī)劃所需要的，與具體機型無關的公共任務規(guī)劃功能，提供面向不同規(guī)劃業(yè)務的公共服務和工具集。如威脅分析組件等。

4）專用組件層針對飛機及其機載設備，在公共組件支持下加載其特定的模型和數(shù)據(jù)，并考慮其特定的規(guī)劃流程和方法，支持該機型的任務規(guī)劃。

2.4 規(guī)劃流程

首先，任務規(guī)劃系統(tǒng)接收來自上級的作戰(zhàn)任務信息。然后對相關數(shù)據(jù)進行準備、分析，進行預先任務規(guī)劃。針對不同的任務類型，分別進行任務分析、目標區(qū)規(guī)劃、武器/傳感器規(guī)劃、航線規(guī)劃等，并對編隊內(nèi)的詳細計劃進行綜合。規(guī)劃完成后，就可對整個計劃進行預演評估，上報計劃，獲得上級批準后輸出加載數(shù)據(jù)。任務執(zhí)行完成后，從數(shù)據(jù)加載卡獲取記錄的數(shù)據(jù)，進行飛行重現(xiàn)，并與預先任務計劃進行對比評估。流程圖如圖2 所示。

圖2 任務規(guī)劃系統(tǒng)規(guī)劃流程圖

主要的分析、規(guī)劃內(nèi)容如下：

2.4.1 任務分析

接收上級指揮控制系統(tǒng)任務指令，對任務進行分析和重述，設定任務所涉及的武器、威脅、目標、瞄準點等信息，定義任務及任務要素之間的關系。

2.4.2 目標分析

分析待攻擊目標特性及要達到的毀傷效果，為確定攻擊目標的武器類型、數(shù)量、投放方式，攻擊航線的規(guī)劃，傳感器搜索方式等提供參考依據(jù)。

2.4.3 威脅分析

根據(jù)情報數(shù)據(jù)（威脅類型、地形等）結(jié)合任務規(guī)劃系統(tǒng)中的探測類武器威脅空間模型、地空導彈威脅空間模型、高炮威脅空間模型等，分析計算出敵方雷達、地導、高炮等防空威脅系統(tǒng)在不同高度層的探測范圍和火力殺傷范圍。為攻擊航路規(guī)劃提供依據(jù)。

2.4.4 武器掛載方案規(guī)劃

根據(jù)飛機掛載能力、各型武器參數(shù)以及載油量，結(jié)合目標特性，計算飛機掛載后的載重、配平和阻力系數(shù)等參數(shù)，并結(jié)合武器掛點規(guī)則，生成掛載方案，并進行可行性約束檢查。

2.4.5 戰(zhàn)術規(guī)劃

綜合考慮目標、地形、氣象、威脅等戰(zhàn)場態(tài)勢信息以及飛行員自身的戰(zhàn)術水平，并結(jié)合飛機自身的特性，對戰(zhàn)術運用過程進行建模和設計，協(xié)調(diào)單機或編隊內(nèi)各成員飛機之間的戰(zhàn)術行動時序和空間關系，實現(xiàn)飛機基本戰(zhàn)術機動、典型戰(zhàn)術戰(zhàn)法、作戰(zhàn)行動流程及時序的規(guī)劃，生成較優(yōu)戰(zhàn)術實施方案。

2.4.6 武器投放規(guī)劃

針對空地攻擊，快速準確地制定優(yōu)化的武器投放參數(shù)和載機機動軌跡，最大化攻擊效能，具體包括：武器彈道計算、彈片散布范圍計算、武器攻擊包線計算等能力。

針對空戰(zhàn)，提供空空導彈加載參數(shù)設置、優(yōu)化，參數(shù)約束檢查等功能。

2.4.7 航線規(guī)劃

確定任務過程中各關鍵航線點屬性，并通過調(diào)用飛機的飛行性能模型、油耗消耗模型、大氣環(huán)境模型等，對任務編隊航線、活動方法、飛行模式等進行細化，計算出精確的飛行距離、飛行剖面、時間和油耗等。航線規(guī)劃的方法主要有燃油規(guī)劃引導、時間規(guī)劃引導。

燃油規(guī)劃引導根據(jù)飛行性能模型（包括正常爬升/下降和巡航查詢數(shù)據(jù)、最佳爬升/下降和最佳巡航查詢數(shù)據(jù)等）、外掛阻力數(shù)據(jù)及重量、油量消耗模型計算每種模式下的每一航線段的燃油消耗，并在用戶界面上顯示Joker 油量、Bingo 油量，提示飛行學員爬升/下降和巡航所需的最佳速度。

時間規(guī)劃引導根據(jù)飛行性能模型、每個航點的預達時刻，計算出每個航線段的最佳爬升/下降和巡航的所需速度。例如選擇了一個集合點，時間計算生成一個起飛時間，以實現(xiàn)該集合點的預計到達時間。主要應用于飛行表演的預定點、戰(zhàn)術規(guī)劃的集合點、近距空中支援的IP 點等。

2.4.8 起降規(guī)劃

起飛規(guī)劃：分析指定的飛機重量、跑道條件下的滑跑距離和最小起飛速度；

降落規(guī)劃：分析指定飛機重量、跑道條件下的飛機滑跑距離，建立各個機場/跑道的歸航資料數(shù)據(jù)庫，為用戶的主／備降場提供歸航資料。

2.4.9 協(xié)同規(guī)劃

依據(jù)作戰(zhàn)安全規(guī)定、空域使用規(guī)則等對各編隊/單機的規(guī)劃結(jié)果進行沖突查找和優(yōu)化，通過調(diào)整起飛時間、頻段使用等方式消除各編隊/單機在空間、時間、頻域上的沖突，使整體任務計劃協(xié)調(diào)一致。

2.4.10 預演分析

對任務進行預先推演，即針對各編隊/單機的規(guī)劃結(jié)果，在統(tǒng)一的戰(zhàn)場環(huán)境中進行預演，發(fā)現(xiàn)潛在缺陷，熟悉作戰(zhàn)流程，確保行動計劃完整周密執(zhí)行，推演過程中，提供分析評估功能，對編隊/單機的突防概率、任務成功率進行評估。能夠在二維、三維數(shù)字地圖環(huán)境中，對任務場景和執(zhí)行過程進行仿真預演示，模擬飛機和武器按規(guī)劃航路飛行和攻擊過程。

3 教練機任務規(guī)劃系統(tǒng)未來的發(fā)展

高級教練機的任務規(guī)劃系統(tǒng)與美軍的便攜式飛行規(guī)劃軟件PFPS 相當，但與現(xiàn)階段發(fā)達國家的任務規(guī)劃系統(tǒng)相比，任務規(guī)劃相關技術還有很大的進步空間。因此，結(jié)合美軍任務規(guī)劃系統(tǒng)功能特點、發(fā)展經(jīng)驗及存在的差距，分析未來教練機任務規(guī)劃系統(tǒng)發(fā)展趨勢如下：

1）通用化的軟件架構(gòu)。隨著體系作戰(zhàn)概念的推廣，任務規(guī)劃系統(tǒng)也從各軍種、各飛機的獨立發(fā)展，邁向了統(tǒng)一框架的聯(lián)合發(fā)展，美軍所有的飛機、導彈、無人機的任務規(guī)劃系統(tǒng)基本統(tǒng)一到了JMPS框架下。BAE 系統(tǒng)公司“權(quán)杖”（Scepter）任務規(guī)劃和信息門戶工具不僅應用于“臺風”戰(zhàn)斗機和“鷹式”教練機，還可以應用到空、陸、海和賽博域。因此，教練機任務規(guī)劃系統(tǒng)需與戰(zhàn)斗機的任務規(guī)劃系統(tǒng)進行統(tǒng)一設計，具備通用的運行平臺、標準的基礎服務、規(guī)范的界面顯示、一致的操作習慣，以便使飛行學員無縫銜接戰(zhàn)斗機。同時，軟件設計采用開放式體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)其靈活配置、易于擴展等特性。

2）動態(tài)規(guī)劃功能。雖然任務規(guī)劃系統(tǒng)制訂了詳細的任務計劃，但戰(zhàn)場態(tài)勢實時變化，教練機任務規(guī)劃系統(tǒng)需具備動態(tài)實時規(guī)劃的功能，在飛機執(zhí)行任務計劃過程中，通過快速重規(guī)劃方法進行飛行航線、威脅規(guī)避等飛行中實時任務計劃調(diào)整。使飛行學員真實地進行實戰(zhàn)訓練。

3）智能化規(guī)劃。在目前的訓練體制下，飛行學員既要學習飛行駕駛技能，又要進行戰(zhàn)術作戰(zhàn)訓練，對于飛行學員而言，壓力很大。美國國防部（DoD）正在努力打造聯(lián)合信息環(huán)境（JIE）。它是一種基于云計算環(huán)境發(fā)展聯(lián)合作戰(zhàn)任務規(guī)劃服務與應用軟件，構(gòu)建作戰(zhàn)大數(shù)據(jù)和利用信息挖掘手段進行使命分析和精準的戰(zhàn)場態(tài)勢判斷。因此，任務規(guī)劃系統(tǒng)需代替人在復雜的戰(zhàn)場環(huán)境中進行作戰(zhàn)任務的計劃、管理、控制和決策，減輕飛行學員負擔。

4 結(jié)論

任務規(guī)劃系統(tǒng)是現(xiàn)代信息技術發(fā)展的產(chǎn)物，主要涉及到虛擬實景技術、數(shù)字測繪技術、數(shù)據(jù)倉庫技術、計算機圖形技術、海量數(shù)據(jù)存儲和壓縮技術、寬頻光纖通訊技術、網(wǎng)絡技術、面向?qū)ο蠹夹g、互操作技術等，呈現(xiàn)出網(wǎng)絡化、開放性、智能化、動態(tài)多維性等發(fā)展趨勢。在未來信息化戰(zhàn)爭中具有重要的軍事價值和廣闊的應用前景。高級教練機任務規(guī)劃系統(tǒng)的設計及應用，希望能夠促進我軍任務規(guī)劃系統(tǒng)的發(fā)展，促使我軍建設多層次、體系化、模塊化的任務規(guī)劃系統(tǒng)。以適應未來高強度、多變化化戰(zhàn)場環(huán)境、多兵種快速作戰(zhàn)的需求。