.24.006防空指挥与控制系统人机交互设计流程罗建平1,刘刚2,陈超3,赵毅南3(1.湖南大学,长沙410082;2.清华大学,北京100084;3.@ >The28thInstituteofCETC,Nanjing210014,China)ABSTRACT:Theworkaimstosummarizetheoriginanddevelopmenttrendofhuman-computerinteractiondesignofairdefensecommandandcontrolsystem,andexplorethemethodandframeworkofsystemdevelopmentinthefuture.Basedonthe“humancentered”designconcept,thedesigntasklevelofhuman-computerinteractioninterfaceofairdefensecommandandcontrolsystemwasstudiedandthehuman-computerinteractioninterfacewasdividedinto:userbehavior,interactionarchitectureandvisualperformance.Thehuman-computerinteractiondesignprocessofairdefensesystemissortedoutthroughuserinvestigation,interactionarchitectureresearchandvisualdesignanalysis.Thecontentofhuman-computerinteractiondesigncorrespondingto“perception-decision-operation”inairdefensecommandandcontrolsystemisproposed,andth总结了系统界面设计和信息可视化设计的主要任务。通过对人机交互设计的研究，确立了防空系统人机交互设计的框架和目标，提高了系统的可用性和美观性，提高了作战作战效率。字段 [1]。
目前，联合作战已成为作战指挥信息系统建设的主要趋势。联合操作为各合并 收稿日期：2020-10-21 基金项目：中国电子科技集团二十八所与清华大学联合科研项目（20182000363） 作者简介：罗建平（1982- ），男，湖南人，博士，湖南大学助理教授，主要研究方向为高端装备创新设计与设计管理通讯作者：刘刚（1984-），男，山东籍，博士.，清华大学助理研究员，主要研究方向为人机交互设计第41卷第24期罗建平：防空指挥控制系统人机交互设计趋势研究指挥控制系统，需要信息网络的支持，需要发展相应的人机交互技术。目前用于防空作战的指挥控制系统是是联合作战体系的核心，也是维护国家安全的重要屏障。该类系统的人机交互设计，主要工作是研究人与控制系统的电子计算机、传感器、武器系统等各种信息的呈现和传递，为指挥员和作战人员服务，提高战斗力。从提高系统可用性的角度来看的有效性。 1 防空指挥与控制 系统的历史演进 从发展的角度看，现代计算机、互联网的诞生以及人机交互理论的雏形都起源于军事指挥与控制领域。世界上第一台电子计算机ENIAC于1946年在美国研制成功。其用途是为美国陆军军械部阿伯丁弹道研究实验室计算导弹的弹道轨迹[2]。
美国于1958年建造的“Sage”（SAGE，Semi-Automatic Ground Environment，半自动地面防空系统）是世界上第一个防空指挥控制系统，用于连接北美防止核攻击的防空网络[3]。 1960 年，J.C.R. 教授参与“共生”系统开发的利克莱德发表论文《人机共生》[4]，成为深刻影响人机交互领域的基础理论。 1964年，美国巴兰·保罗[5]提出分布式网络化军事数据链，成为分布式网络中心战的理论基础，如图1所示。1969年，美国启动国防研究计划署在国防部。 （Advanced Research Projects Agency，ARPA）根据协议，建立了互联网阿帕网（ARPANET）的前身，其直接目的是连接军事信息终端。 ARPANET诞生后，网络中心战的概念不断完善和发展。分布式网络中心战是网络中心战的一种形式，更加强调作战单位的分布式感知和分布式响应。图1a是集中式网络结构；图1b是去中心化的网络结构；图 1c 是一个分布式网络结构。随着计算机技术的升级，计算机逐渐在民用领域发挥着巨大的作用。 1982年，国际计算机学会（ACM，Fig.1 Schematicdiagramofdistributednetworkstructuretheory提出的Baran41AssociationforComputingMachinery）成立了人机交互特别兴趣小组[6]，正式提出人机交互的概念，主要研究人类之间的信息传递和控制反馈和电脑。
1985年，在战斗机领域，共生驾驶舱[7]（TheSymbionic Cockpit）和认知驾驶舱（Cognitive Cockpit）的概念被提出，研究人与控制计算机之间的智能交互[8]。 21世纪，美国空军提出“多传感器指挥控制星座”，后更名为指挥控制星座或C2星座单元级防空指挥控制系统设计，以支持网络中心战和“2020联合愿景”。指挥控制星座网络是美国国家级网络中心网格（传感器网格、信息网格、交战网格）支持的空军专用网络中心网格[9]。目前已发展成为覆盖全球、覆盖陆地、海洋、空中和天空的全球信息网格[10]。国防通信系统是美军全球指挥控制系统的重要子系统之一，由国防交换网络（DSN，DefenseSwitchedNetwork）、国防数据网络（DDN，DefenseDataNetwork）和国防卫星通信三个子系统组成。系统（DSCS，DefenseSatelliteCommunicationsSystem）。共同组成的国防通信网络具有语音、数据、视频、文本等多种持久性通信能力[10]。系统的人机交互呈现出智能化、多渠道、多媒体、大跨度、大数据等特点。 22.1 防空系统交互架构与信息化分层人机交互设计需求 目前，以网络中心战和联合部队作战为代表的新型作战理念逐渐成为指挥与作战领域的研究热点控制方向。
网络中心战是联合作战的另一种形式，可以定义为在战争背景下通过网络进行部队的指挥和控制行动[11]。在网络中心战的背景下，系统通过大量的传感器产生大量的多媒体数据。这种大数据的生成速度将超过人类处理信息的速度，对人机交互信息的优化和提取呈现出巨大的需求。在新智能、大数据背景下，联合作战系统人机交互设计研究成为系统设计的重点工作。防空指挥控制系统具有天然的联合作战属性。防空系统连接了地、海、空、天的各种其他硬件设备，包括潜艇、舰船、车辆、飞机、卫星等。2014年底单元级防空指挥控制系统设计，俄罗斯建立了国防指挥中心，指挥着全国武装力量统一。 2016年4月，中央军委联合作战指挥中心揭牌，展示了联合作战指挥体系建设成果。党的十九大报告中提到：“建设强大高效的战区联合作战指挥机构”、“加快军事情报建设，提高联合作战能力和整体作战能力”基于网络信息系统的能力”[12]。指挥控制系统是一个人机交互密集发生的系统，人机之间的融合与共生极其依赖。联合作战重点是在信息网络的支持下，对各项业务进行统一管理，如图2所示。联合作战指挥控制系统信息化建设的主要内容是人力包装工程。优化“人在循环”系统的效率。
其中，对人机交互和用户界面设计的需求会很大。 2.2 防空系统人机交互设计随着制空权在战争中的日益重要，防空作战中心在国防系统中的作用空前加强。系统建设优先发展[8]。防空体系涵盖陆海边防体系、区域级国土防空体系和重点部位防护体系。多重保护冗余，确保国家重要城市和重要场所的安全。防空反导指挥控制系统是战场的指挥中心，如图3所示。系统下的武器装备越来越多，各类信息越来越多，传感器数量越来越多，产生了大量的多媒体数据，系统情况也越来越复杂。给指挥员和战士的认知决策能力带来巨大挑战 图3 2020年12月3日 指挥控制系统作为一个复杂的信息集成系统，主要依靠人机界面完成与指挥员的信息传递和战士。开展人机交互研究和用户界面设计，目标是优化界面信息布局，减轻指挥员和战士的认知负担，将各种信息有序排列，便于人们理解和判断，从而快速做出决策操作，提高“人机循环”系统的整体效率。作战人员对战场和战区环境、威胁和作战目标的了解越全面，就越容易获得战争主动权。在当前高度动态的战场上，态势感知、指挥与控制、图像、信号情报和全动态视频的来源越来越多。 Northrop Grumman 和 Lockheed Martin 等公司正在开发高性能的指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察 (C4ISR) 系统（见图 4）[13]。
联合火力打击作战力量结构多样化，作战功能多样化，各种应用系统化，整体作战能力更好。战场环境信息、指挥系统信息、武器装备信息等各类信息的上传和发布是指挥控制过程的重要环节。在联合作战指挥控制系统中，系统依靠人机交互界面接收和传输各种信息，保证指挥控制的顺畅和状态的及时反馈。信息管理是指挥过程的一个组成部分。指挥所的指挥官和战士以各种方式与数据生成设备交互。这些包括数字用户界面而不是物理设备用户界面，或更高级的增强现实 (AR) 和混合现实 (MR) 界面。在增强现实（AR）界面中，当指挥官接近设备时，会向他显示一个定制的人机界面[14]。其原理是通过图像编码的图像识别来实现对设备的识别，利用AR或沉浸式虚拟环境对指挥中心的环境进行数字化重构。图 3 中国各种防空系统架构 随着战争从陆权、海权时代向空中霸权时代的发展，战斗机和导弹已成为打击火力的主要载体，成为打击空中力量的主要手段。局部战争中的超视距和战区外打击。
目前，世界上大多数国家面临的主要威胁来自于空中（陆、空、海、空），防空作战指挥控制系统已成为国家建设的首要考虑因素。外国防御系统。防空作战指挥控制系统涵盖边防系统、国土防空系统、重点场地防护系统，通过多重保护冗余保护国家安全。指挥控制系统人机界面的设计质量将直接影响指挥员的决策效率[3]。基于网络信息系统的联合作战指挥控制系统包括作战系统、信息化建设和网络信息化系统建设。基于联合作战指挥控制系统的人机交互和界面设计要同步进行。美国全球信息网格和 C2 星座系统具有传输图像、数据、视频、文本和其他信息的能力。通过终端的人机交互界面，这些多媒体信息可以被人员接收和处理[4]。联合作战指挥控制需要将海量态势信息转化为直观、可视化的战场信息，提高战场指挥员的快速指挥决策能力。 ISO9241标准《人机交互系统人机工程学》提出了系统人机交互设计目标Effectiveness、Efficiency和Satisfaction
