李海燕 王 娟 毛 杰

（海军指挥学院 南京 210016）

1 引言

空间战场是未来海战场的重要组成部分，空间信息支援以其无可比拟的位置优势、技术优势和能量优势，已成为信息化海战制胜的重要保障［1～3］。指挥员只有充分掌握我空间信息支援能力和敌空间作战威胁情况，才能做到“知己知彼，百战不殆”。建设海战场空间态势模拟系统，是利用空间信息支援力量提高海军体系作战能力的重要途径。海战场空间态势模拟系统旨在通过展现对海战场进行侦察、预警、导航、通信等信息支援的卫星平台，为指挥员提供直观形象的二维、三维空间态势显示以及相关分析和服务的能力。

2 海战场空间态势模拟系统功能

空间态势主要包括空间目标和空间环境两个方面，其中空间目标包括各类航天器和空间碎片；空间环境是指空间中各种自然和人造的物质及其变化，包括中性大气、等离子体、电磁场和粒子等。海军作战主要考虑的是如何利用空间信息支援力量，即各种类别的卫星平台，保障海军兵力部署及其作战行动，从而提升海军部队的体系作战能力。因此，海战场空间态势模拟系统侧重于对海战场参战兵力及其作战行动产生影响的卫星平台进行模拟［4～7］。

电子侦察卫星主要通过监测对方雷达信号和电磁信息，为实施有效的电子战提供重要情报保障；海洋监视卫星主要用于对海上舰船和潜艇进行实时的侦测定位和跟踪监视；预警卫星主要用于监视和发现作战海域及周边可能发射的各类弹道导弹和巡航导弹，并提前发出警报；导航定位卫星主要是帮助确定导航位置和精确授时；气象卫星主要利用空间遥感技术，为海上作战提供可靠的气象预报和战场环境信息保障；通信卫星主要负责为各级指挥机构提供重要通信保障等。这些卫星都是打赢现代海战必不可少的重要手段。因此，海战场空间态势模拟系统的模拟对象包括电子侦察卫星、海洋监视卫星、预警卫星、导航定位卫星、气象卫星、通信卫星等多种类别的各国在轨运行卫星。

海战场空间态势模拟系统是整个海军作战模拟系统的重要组成部分。它是通过对空间卫星平台的模拟，为受训人员提供一个逼真的海战场空间态势分析训练环境。在功能需求上，以提高海军部队指挥人员对海战场空间态势掌控能力为目的，着重解决指挥人员对空间目标情况、空间态势信息对海战的支持以及对敌方空间威胁认识不足、不清的问题，同时帮助指挥参谋人员了解空间力量对海上作战信息支援的流程与方法［8～10］。

系统建设从信息化海战对空间态势的需求出发，综合采用计算机模拟技术、数据库技术、可视化技术等先进手段，构建一个空间信息支援条件下的海军作战环境。通过建设卫星平台数据库和卫星平台一系列仿真模型，模拟出空间卫星在轨运行的状态和作战支援能力，实时生成海战场空间态势，为指挥人员提供一个贴近实战的直观、全面的海战场空间态势，同时能够进行空间态势的分析与评估，并用可视化的方式将分析结果以二、三维态势和表页形式显示出来。主要功能如下:

1）为指挥人员展现海战场空间态势

通过对卫星平台运行轨道的计算与仿真［11～12］，可以清晰地将不被人眼直接察觉的空间态势呈现出来，支持二维、三维场景形式，为指挥人员提供直观的空间全局展示，帮助他们感知卫星平台在空间的分布与运动。

2）辅助指挥人员进行卫星作战能力分析

通过卫星探测覆盖模型、链路通信模型和卫星平台数据库的建立［13～15］，可以方便地进行卫星属性参数的查询，卫星过顶时间、覆盖能力和通信能力的查询与分析，支持分析结果可视化显示与分析报告按需定制，便于指挥人员全面掌握空间态势。

3）支持空间态势的导调干预

根据导调或其它系统对空间态势的需要，允许在当前空间态势的基础上增删卫星平台的类型和数量，便于指挥人员观察空间态势的变化情况，允许对卫星运行情况进行仿真回放。

3 海战场空间态势模拟系统组成

海战场空间态势模拟系统主要由卫星平台数据库、卫星平台仿真模型、空间态势显示、空间态势分析和想定数据管理等五个模块组成，如图1所示。

图1 海战场空间态势模拟系统组成结构图

3.1 卫星平台数据库

卫星平台数据库主要是提供面向对我海战场有影响的各国在轨卫星的基本信息、轨道参数、配载装备等数据。

1）卫星装备数据

卫星装备数据主要包括卫星名称、类型、国籍、配载装备等性能参数。

2）卫星轨道数据

卫星轨道数据主要包括卫星星历数据即轨道根数等数据。

3.2 卫星平台仿真模型

卫星平台仿真模型主要包括卫星轨道机动模型、卫星探测覆盖模型和卫星链路通信模型等，分别用于对空间卫星平台的飞行、覆盖和链路情况进行仿真计算，为海战场空间态势的显示与分析提供模型支撑。

1）卫星轨道机动模型

负责根据卫星轨道根数实时计算卫星的位置，主要包括坐标系转换、卫星飞行轨迹计算模型、星下点轨迹计算模型等。

2）卫星探测覆盖模型

负责根据卫星装备性能参数和运行姿态计算卫星对海战场的侦察覆盖范围，主要包括卫星区域覆盖计算模型、卫星对给定地面/海上区域的覆盖时段计算模型、最早覆盖时间和重访周期计算模型等。

3）卫星链路通信模型

负责在卫星平台之间以及卫星与其他作战平台之间建立通信或者数据传输路径，计算对象之间链路连通情况，主要包括卫星链路连通计算模型、卫星对给定地面/海上/空中目标或其他卫星平台的连通时段计算模型等。

海战场空间态势面向对海上作战有影响的卫星平台，并未涵盖整个空间环境，这样既可以突出重点聚焦卫星平台的建模仿真，又可以有效控制系统的开发工作量。在系统功能定位的基础上，重点建设空间卫星平台，描述其在情报信息、指挥信息、打击信息、保障信息和评估信息等方面的有关功能与流程，营造贴近实战的虚拟训练环境，为空间信息支援保障、空间威胁与对抗等分析训练内容提供技术支撑。

3.3 空间态势显示

空间态势显示用于显示对海上作战区域有影响的空间态势，主要从卫星飞行轨道、覆盖范围、链路关系以及卫星实体信息等方面对空间态势进行显示，具体有二维、三维和表页等多种表现形式。

1）卫星飞行轨道实时显示

根据卫星轨道机动模型实时解算出来的空间位置和星下点位置，在二维、三维场景中显示卫星的飞行轨迹、星下点轨迹等信息，并动态显示飞行位置、速度和加速度等参数。

2）卫星覆盖范围实时显示

根据卫星覆盖模型给出的对指定作战区域覆盖的开始/结束时间、覆盖率等计算结果，在二维、三维场景中实时显示出区域覆盖随时间的变化情况。

3）卫星链路关系实时显示

根据卫星覆盖模型给出的对指定目标链路连接的开始/结束时间、方位/距离等计算结果，在二维、三维场景中实时显示出目标链路随时间的变化情况。

4）卫星实体信息显示

对卫星平台数据库中卫星装备性能参数、轨道机动参数等战术技术参数、覆盖能力、通信状态等进行查询显示。

空间态势显示是受训人员深刻感知空间态势的有效手段，系统通过指挥关系线、信息关系线、卫星覆盖包络、卫星过顶星下点等不同的显示手段，为受训人员呈现一个贴近实战的空间态势。后期与其他训练模拟系统对接，可以为受训人员提供多角度、全方位的海战场综合态势，既包括海上战场态势，又包括对当前海域有影响的空间态势。

3.4 空间态势分析

系统主要提供三种空间环境分析功能，包括卫星分布分析、卫星覆盖分析、卫星链路分析等。支持空间态势分析报告的生成和图表显示，允许用户定制报告的对象、内容和格式等，以Word、Excel文件格式或JPG图片格式输出。

1）卫星分布分析

根据想定数据或从战场获取的实时数据信息，提供卫星平台的整体分布情况，生成海战场空间态势图，即某时刻卫星的空间分布与运行态势。支持按国籍、类型、属方等不同属性对卫星分布进行统计，计算每种分类卫星平台的具体数量和所占比重等。

2）卫星覆盖分析

主要提供海战场空间卫星平台的覆盖分析能力，尤其是为海战场提供空间信息支援的侦察卫星的探测覆盖情况，允许用户自定义感兴趣的区域、观测站点、时间段等分析要素。

3）卫星链路分析

主要提供海战场空间卫星平台的链路分析能力，即卫星与其他通信设施（如地面通信站、舰载/机载通信装备等）建立通信或者数据传输路径的情况，允许用户自定义关注的通信网络、通信节点、时间段等分析要素。

空间态势分析是为海上作战指挥训练服务的，空间态势与海上战场态势实时联动起来，实现空间态势与海战态势的无缝集成，将使受训人员感受到比以往陆、海、空作战范围更大的战场态势。因此，空间态势分析着重从空间力量与其他作战兵力在指挥控制、信息流程等方面考虑卫星的探测、通信能力，并在模型设计和态势显示中充分体现这种关联，从而生成空间态势与海战态势相结合的完整海战场综合态势。

3.5 想定数据管理

想定数据管理主要负责海战场空间态势模拟所需的想定编辑和数据管理。

1）想定编辑

想定编辑主要负责管理卫星平台列表以及观测站点列表两部分，为卫星轨道机动仿真和空间态势分析提供空间态势想定。

2）数据管理

数据管理主要是对卫星平台数据库进行管理和维护，用于增加、修改和删除卫星平台装备数据和轨道数据。

想定和数据是串联卫星平台仿真、显示和分析的手段。系统构建卫星星历数据导入数据库的接口，定期更新维护卫星平台数据库，保持在轨卫星数据的可靠性和保鲜性。

4 海战场空间态势模拟系统体系结构

在体系结构上，海战场空间态势模拟系统采取层次化、开放式的“平台+组件”方法，包括资源层、平台层、组件层和应用层，如图2所示。资源层包括硬件资源和软件资源（如卫星平台数据库等），为整个模拟系统的开发、集成和应用提供底层支撑。平台层提供模拟系统的技术框架，主要实现二维、三维态势显示、组件管理等功能，并支持标准规范的数据访问和网络通信接口。组件层是模拟系统的功能核心，包括模型计算组件、态势显示组件、态势分析组件以及管理组件等，负责系统功能模块的具体实现。应用层包括呈现给用户的不同场景下的功能应用，如空间态势二维显示、三维显示，空间态势分析、信息查询等。组件化的设计有利于空间态势模拟系统与其他基于平台开发的训练模拟系统进行集成，从而实现互联互通。

5 海战场空间态势模拟系统服务模式

海战场空间态势模拟系统提供三个层次的服务模式:系统级服务、组件级服务和数据级服务。

系统级服务，是指海战场空间态势模拟系统独立运行，直接参与与海战场空间态势分析相关的教学训练活动。系统级服务侧重于满足对空间态势理解与掌握的专门训练，可以帮助受训人员灵活运用空间态势显示与分析功能，快速了解各国的空间态势分布，及时发现敌我空间力量分布的优势与不足，有助于增强指挥参谋人员的空间战场意识，为本方空间力量的建设和使用提出建议和意见，提高对空间态势的运用能力。

组件级服务，是指将海战场空间态势模拟系统的功能组件集成在海军作战模拟系统中，与原有的海军作战兵力兵器模拟相结合。组件级服务不仅要提供空间态势显示与分析功能，更要体现出空间态势对战场感知、信息对抗、指挥控制、兵力运用、精确打击和全维防护等信息化条件下海上作战的关键环节和过程产生的影响和作用，以克服传统海军作战模拟系统对空间战场环境构建的不足。这样，指挥参谋人员能在更近似实战的环境中开展指挥对抗演练，更为直观形象地理解空间态势对信息化条件下海上作战的影响，在今后的军事活动中能够扬长避短，优化兵力编组和精准指挥，最大限度地发挥战场各兵力兵器的综合作战效益。

数据级服务，是指海战场空间态势模拟系统可以为用户提供卫星数据资源查询、请领、上传等数据服务，也可为用户或其他实验训练系统生成空间态势数据产品。例如，支持卫星分布分析报告、卫星覆盖分析报告和卫星链路分析报告的生成和图表显示，允许用户定制报告的对象、内容和格式等，产品以Word、Excel文件格式或JPG图片格式输出。对于卫星平台基础信息、空间态势分析结果等数据产品，可通过访问数据库的方式提供服务。

6 结语

海战场空间态势模拟系统的设计要切实把握服务于海军作战模拟训练的宗旨。未来发展方向既要实现空间态势与海战态势的无缝链接，又要突出描述空间卫星平台在情报信息、指挥信息、打击信息、保障信息和评估信息等方面的有关功能与流程，明确空间信息支援力量与其他作战力量的信息关系及协同方式，为海上作战空间信息支援保障等分析训练内容提供技术支撑。运用海战场空间态势模拟系统，既满足对空间态势理解与掌握的专门训练，又满足空间信息支援背景下的海上作战多层次、多方面的综合训练，有助于提升海军部队运用空间力量的意识和体系作战的能力。