任务规划系统的发展
摘 要 概述了任务规划系统的概念、作用和系统组成,并以美国飞机的任务支援系统(MSS)为重点,详细阐述了国外80年代以来的飞行器实用的任务规划系统的的发展状况。 主题词 任务规划 数字地图 软件包
1 任务规划系统的出现 任务规划系统(missionplanningsystem:MPS)在海湾战争中首次广泛使用,为多国部队
的成功作出了巨大贡献。众所周知,要出色完成作战任务,需要了解和掌握多方面的知识,诸如目标的正确位置
和特征;敌方的防空阵地,该地的灰度和气象条件、区域特征;武器的性能等等。以往都是由
人利用纸、笔和尺等工具,花费很多时间来制定作战计划的。现代新颖MPS利用先进的计算
机技术,采集战争需要的各种情报,进行大规模分析、制作各种数据库并将其存储在磁盘组件内,供任务规划时调用。利用MPS,可在基层单位用计算机终端制定作战战术和攻击计划,
飞机起飞后确认需修正的各种数据,瞬间就可以得到更正。美国战术空军司令部在报告中指
出,在海湾战争中,美国空军由于使用了MSSⅡ任务支援系统,使精确制导武器在首战中的命中率倍增。美国海军利用任务规划系统,制定了战斧巡航导弹与有人驾驶飞机协同作战的
精确作战计划,致使沙漠风暴实施的空地一体战获得巨大成功。
任务规划系统主要有两大部分组成,第一是软件系统,第二是硬件配置。软件系统又可
分为系统软件和应用软件两大部分。主要有输入输出、数据库、人机交换界面、规划结果检验等组成。硬件配置主要有工作站、高档微机、输入输出设备、任务演示系统等组成。
任务规划系统的组成因其种类不同而不同,总的说来并无明确的界限。例如,利用数字
存储装置传输任务规划数据的机载电子设备,稍加改装就可以作指挥控制装置用。大体上讲,
任务规划是由从战区司令部到飞机驾驶员等各种级别的人来进行的。在海湾战争中,多国部队是统一用空中任务分配指令(ATO)进行协同作战的。以此指令为基础,各飞行团队又可以
利用各自的计算机终端,制作自己具体的任务规划。
MPS的种类很多,可适应各种不同的需要。图1示出美国研制的各种MPS及其研制过
程。美国研制的MPS可分为三代,第一代为老式MPS,是以前为特定的战斗机作战研制的,
例如用于F-16C/D战斗机的磁带输入/输出程序。80年代后开始研制并在海湾战争中使用的
是第二代产品,90年代以后开发(含计划开发)的为第三代产品。随着计算机计算速度的提高以及性能价格比的改进,使制作任务规划的成本得到降低且性能日趋完善。例如,自从装备
了图像处理装置后,就可以用来处理从卫星和侦察机送来的数据,将它们与存储在计算机内
的高程数据综合后,可随意拼合成各种三维图像,有利于选择飞行航线。目前,MPS不仅在
航空领域广泛使用,并逐渐扩展到海面和陆上。下面以美国和西欧研制的各种MPS为例,阐述MPS的组成及其功能。·12·飞航导弹 1997年第4期2 上层的任务规划系统 早在海湾战争以前,美国空军就已经认识到有必要认真研究上层的任务规划。美国战术空军现用的任务规划系统,是由不同单位研制而成的。在特定的战场上,用于执行空中任务
分配指令的各有关部门。这些部门采用不同的硬件、数据库和显示方式。经实战检验,发现该
空中任务分派指令在集中规划、控制和执行过程中存在明显缺点。例如人工制作指令耗时长(一般需要72h),对各部门管理时存在时间差等。总之,该任务规划系统自动化程度低,指令
复杂,效果欠佳。
图1 美国研制的各型MPS及其研制过程
1988年美国空军和有关制造业计划以1400万美元的经费,研制先进任务规划系统
(APS)。APS具有气象、电子战、威胁、进攻航线等模块,并备有各种评估工具。该系统为联·13·飞航导弹 1997年第4期合军级使用的任务规划系统,装备于战术空军的战斗规划部,用以取代该战斗规划部现用的
一些设备,例如制作空中任务分配指令的战术专家任务规划装置(TEMPLAR)和军级任务规划系统(FLAPS)等。APS的特点是几个规划员可同时作成一个战斗攻击计划,以便互相确
认,缩短制作时间。APS的使用,使空中任务分配指令制作时间缩短了75%,预计在3h内可
以制作2500个攻击指令。APS的系统组合工作由联合防御系统公司承担,该公司还负责研制软件、支援数据库、通信联网等。洛克希德导弹公司与空间公司提供人机连接和地图显示
等技术。高级设计系统公司负责研制人工智能方面的专家系统。1992年以后,APS依次装备
各级部队。目前,战区指挥控制系统将统一使用APS软件。
图2 得州仪器公司研制的攻击任务规划系统(SPS)原型机图像显示的是,用航母飞机和巡航导弹攻击地中海东部雷达设施时,由SPS规划出的最佳攻击航线及选择武器进行支援的情况 美国海军为海军巡航导弹综合规划室研制了一种称作舰上规划系统(APS:AfloatPlan-ningSystem)的任务规划系统,并于1992年开
始装备航母。此外,美国海军还研制了综合攻击规划系统(ISPS)的原型机,作为APS的一
部分。ISPS于1994年装备航母,用于制定舰
炮火力支援、常规巡航导弹攻击、飞机攻击等
协同作战计划。
ISPS可看作是一种任务规划系统,它可
将任务要求输入大西洋和太平洋两舰队司令部
内的战区任务规划中心规划系统性能提高型(TMPC-U)、战区任务规划系统(TMPS)和行
动数据分配系统(MDDS);它还可将任务要求
输入战术级使用的战术飞机任务规划系统
(TAMPS)。今后,TMPC-U和TAMPS可用来制作充分发挥一切战斗力的最完善的任务规划。
3 战术级的任务规划系统 战术级任务规划系统是在上层规划系统进行规划的基础上,利用自己的计算机终端制作具体任务规划的系统。海湾战争中,美国所有参战部队和一些多国部队广泛使用了战术任务
规划系统。其中最典型的是美国的任务支援系统Ⅱ(MSSⅡ)。美国空军订购了240台,海湾
战争中又补充了85组组件,将使用中的MSSⅡ更新成MSSⅡA。其更新处包括:实时快速反应能力、更迅速制作透视图能力、雷达显示的预报能力等。后又提供了8组组件,组装在
MSSⅡ+内,从而进一步提高了该系统的性能。
3.1 美国空军的任务规划系统 美国空军于1984年开始研制任务支援系统Ⅰ(MSSⅠ),已装置F-15,F-16部队70台。
MSSⅡ是在MSSⅠ的基础上研制成的。美国空军在海湾战争中将MSSⅡ发展成指挥控制支
援装置。终端机网络内存储有完整的目标目录,并用不同颜色表示出各目标被毁坏、损伤、修
复的情况。下面简单介绍MSSⅡ各型的组成及功能特性。1) MSSⅡ
MSSⅡ是由费尔柴尔德公司研制的任务分析和任务规划系统(MAPS)、AeroMap软件·14·飞航导弹 1997年第4期和美国空军研制的综合任务规划软件(IMPS)组成。MSSⅡ将数字化地图、SPOT卫星拍摄的
图像、数字地形高程数据库(DTED)等一起存储在13.34cm的光盘内。利用MSSⅡ,操作员可以对飞行航线下方的地图用电子的方法转动、剪裁、拼合,制成战争行动方案图。利用DT-ED和SPOT数据库,飞行员可在飞行前预先察看飞行航线下的地形,了解敌方地面雷达的
覆盖范围和防空阵地防御范围。若将气象数据、敌方的防空力量数据以及飞机的性能参数输入该装置,经处理后,就可制成供驾驶员携带入飞机使用的作战飞行方案。
图3 用MSSⅡ制作的3种彩色战争行动方案图红色表示进入敌方导弹防御范围,绿色表示已脱离该防御范围,文字和数字表示各选定区域出现的时间
2) MSSⅡAMSSⅡA是MSSⅡ的功能提高型,它采用AeroMap3.0取代了AeroMap2.0,从而提
高了AeroMap软件的性能,并增加了预测、计划修正、评估等预演和航线最佳化两种功能。
航线最佳化功能在海湾战争中未曾应用。
MSSⅡA硬件方面的改进有:用2个1.2G字节的磁盘取代原380M字节的磁盘;用1
对1G字节可重复使用光盘取代1个800M字节的WORM磁盘;用组装于MicroVAXⅡ主
计算机的FD/CF-2阵列处理装置、P1000B彩色图像打印机、TDU-850单色图像文字打印机
等,取代原使用的Cromeco计算机、激光打印机、不间断电源等。阵列处理装置与大容量光盘的组合,大幅度减少了完成各种功能所需的时间。例如,在
屏幕上刷新1.2M字节信息所需时间从20s缩短到5s以下;另外,制作雷达预测程序时间从
4min减少到10s;制作三维图像时间从20min缩短到10s。这样就可以根据需要,随时制作三
维图像,大大减少了存储三维图像所需的数据量。
该阵列处理装置不仅能用扩展方式显示图像,还具有将显示图像进行复制的功能。这种功能在复制由卫星拍摄的影像图时尤为重要。具有8M字节磁鼓存取存储器(RAM)的
P1000B印刷机,用于复印地图。TDU-850打印机可打印出灰度为256象素的高质量单色印·15·飞航导弹 1997年第4期刷品(79点/cm)。若再加上局域网络(LAM)数据总线,就可以进行不同设备间的通信联络。
图4 美国战术空军使用的MSSⅡA MSSⅡA还引进了图像软件,用于扫描、压缩、发送、接收、扩展信息。通常,美国空军
是将RF-4等侦察机拍摄的胶卷,用台式扫描
器将其数字化,再通过网络送入用户。而MSSⅡA使用协处理器FD/CP-2的算法,将数据
压缩到原来的1/10,利用战场电话或STU-1
保密电话就可以收到信息。
MSSⅡA附加有图像数据库管理系统,不仅可提供SPOT卫星图像数据库,还可以提
供清晰度极高的侦察照片的数据库,并拥有25
万分之一的地图数据库,使美国现有的50万分之一的地图系列更完善。
SPOT卫星图像利用价值极高,它不仅取
代了以往大尺寸的地图,且清晰度极高,利用
它,很容易找到机场跑道的中心线。由SPOT拍摄的轰炸后的图像,可用于评估作战效果,
以免敌方隐瞒和伪装而得不到正确评价。同时
驾驶员在每次出击前都可以得到最新的作战资料,从而提高了作战效益。
图5 美国空军的功能增强型EMSS图显示飞机入侵敌方空域时飞行航线的三维展示图,扇形表示敌方防空阵地火力范围;右图显示数字航空地图,上面标有飞行航线、威胁所在位置以及交战区域等 3) MSSⅡ+
MSSⅡ+制作任务规划的速度比MSSⅡ
快,这主要是MSSⅡ+使用了性能比费尔柴尔
德公司与美国空军联合研制的软件包更好的
AeroMap3.0软件包。另外,MSSⅡ+的威胁
分析功能也更趋成熟。美国空军用MSSⅡ+制
作图像和进行作战预演。它用于进行威胁分析
和数据输入,比F-117飞行队使用的、由洛克希德公司研制的任务规划系统更完善。美国空
军战术航空控制中心使用一台MSSⅡ+型系
统,进行高层次情况简介。采用12台68.58cmTV,分别显示不同的图像,还可将
图象固定在屏幕上,随意扩展,并可跟随目标移动。
目前,费尔柴尔德公司正在进行一系列改进,以便进一步提高MSSⅡ系列的功能。主要
更新处有:改进特性分析数据库,以便用于预先推测敌方雷达图像显示状况;改进目标区域用的结构数据库,以便在目标被摧毁后更换目标,确定目标周围无影响精确制导武器攻击航
线的干扰物,以确保击毁目标。
1991年1月,美国空军提出了研制MSSⅡBLOCKB的要求。MSSⅡBLOCKB在性能上有较大的突破,并提高了处理量和机动性。能满足90年代到21世纪的需要。美国洛克希德