王　亮，杨宝庆，邱　恺，高慧敏

(中国洛阳电子装备试验中心,河南洛阳　471003)



基于DoDAF电子对抗训练导控系统体系结构设计

王亮，杨宝庆，邱恺，高慧敏

(中国洛阳电子装备试验中心,河南洛阳471003)

电子对抗训练导控系统是集电子对抗部队训练导调、指挥、控制、裁决、评估和管理等功能需求于一体的综合性军事信息系统。依据美国防部体系结构框架标准规范,结合电子对抗训练需求,按照结构化的设计方法,对电子对抗训练导控系统体系结构进行了初步设计,包括系统功能定位、指挥关系、指挥流程和接口关系等,希望为系统建设提供参考借鉴。

电子对抗;导控系统;体系结构

战争形态的变化和军队建设转型发展,对军事信息系统建设提出了更高的要求。传统“烟囱式”系统开发方法不仅影响系统效能,而且导致系统互操作性差、开发周期长、费用高等问题,迫切需要采用顶层设计方法,通过制定统一的标准规范,提高军事信息系统的建设效益。实践证明,体系结构技术是进行系统顶层设计的最佳方式,体系结构框架是规范体系结构设计和开发的基础方法论,以体系结构为中心的技术手段能够适用于系统的论证、集成、总体与顶层设计等方面,已成为对复杂大型系统进行深入研究论证的有效手段和常用方法[1]。

体系结构被定义为系统组成单元的结构及其关系,以及指导系统设计和演进的原则与指南,包括系统组成单元的结构,组成单元之间的交互关系、约束、行为,以及系统的设计、演化原则等方面内容。体系结构框架是指导体系结构描述的一种规范化方法,即体系结构描述规范。体系结构描述是对体系结构的具体化和表现,利用体系结构框架进行体系结构描述,得到的结果就是体系结构。美国国防部针对烟囱式C4ISR表现的一体化程度低,互联、互通、互操作能力差等问题,在国防部范围内开展体系结构设计方法和程序研究,于1996年和1997年推出C4ISR体系结构框架1.0版和2.0版[2],并在C4ISR体系结构框架的基础上,于2003年颁布国防部体系结构框架1.0版(简称DoDAF1.0)[3-5],后又不断完善修改,于2007年颁布了1.5版和2009年2.0版。体系结构框架推广应用,对于规范体系结构设计、指导信息系统建设和促进系统能力生成中发挥重要的作用。

电子对抗训练导控系统是以计算机网络为基础,综合集成各种类型训练资源信息,融信息获取、传输、处理、应用、显示、管理等于一体,满足电子对抗部队训练导调、指挥、控制、裁决、评估、管理等功能需求的综合性军事信息系统[6]。该系统纵向上贯穿信息获取、信息传输、信息处理、信息应用等多个层次,横向上包含运行管理、信息安全管理等多个领域,因此,在系统设计时应遵循体系结构框架研究的相关成果。本文参照美国防部体系结构框架标准和开发过程,结合电子对抗训练需求,采用结构化的体系结构设计方法,设计了电子对抗训练导控系统的体系结构,希望为导控系统建设提供参考借鉴。

1　国防部体系结构框架DoDAF概述

国防部体系结构框架是美国国防部为应对21世纪安全环境的挑战,实现部队转型,从“以威胁为基础(Threat-based)”转向“以能力为基础(Capabilities-based)”的防务规划,发展网络中心作战能力所采取的一项重大举措。DoDAF为国防部体系结构的开发、描述和集成定义了一种通用的方法,是指导国防部各任务领域开发体系结构的指南,有利于快速确定作战需求,提高采办效率,缩短采办周期,对美军武器装备的发展产生重大影响。

国防部体系结构框架DoDAF1.0版采用3视图结构,即作战视图、系统视图和技术标准视图。作战视图用于描述作战的任务和行动、作战要素、作战组织间的相互关系,以及支持作战任务或行动完成所需的信息流。作战视图的主要目的是清楚、完整地描述作战任务对系统的需求,为系统总体设计奠定基础。系统视图说明多个系统如何连接和互操作,描述体系结构中特定系统的结构和运行原理,是作战需求的系统实现方案。系统视图建立系统的物理资源及其性能特征与作战视图、技术标准视图的联系。技术标准视图是指导和约束系统、系统组件实现的一组最小的规则集。技术标准视图包括一系列技术标准、实现协议、标准选项、规则和准则,为系统实现提供技术方针和指南。

以上3个视图在逻辑上构成一个整体,共同描述体系结构。每一种视图描述体系结构的某几个特征,一些公共特征会横跨多个视图。3个视图的相互关系如图1所示。作战视图确定了作战单元的活动、关系和信息需求,它提出了必须达到的需求、谁完成这些需求和为完成这些需求而必需的信息交换。系统视图建立了系统功能和特征与作战需求之间的关系,并提出了满足信息交换所要求的系统能力。技术标准视图描述了标准和规范,提供了基本的技术支撑能力与新的技术能力,同时提出实现系统互操作性的技术准则。

图1　DoDAF 1.0版中视图之间的关系

按照体系结构开发的基本原则和具体准则,美军在《国防部体系结构框架1.0版》中提出了一种体系结构开发过程。这个过程包括六个步骤[7],如图2所示。在使用时具体用户可以针对体系结构开发目的对这个过程进行修改。

图2　美军国防部体系结构开发过程

2　导控系统体系结构设计

电子对抗训练导控系统是用于导调指挥红蓝双方对抗训练的一种军事信息系统,它以导调信息感知、识别、传递、处理等为手段,将训练导演、调理、评估等人员及其各种信息设备连成一个有机整体。作为军事信息系统,导控系统体系结构设计可以参考既有体系结构设计框架进行设计。本文以DoDAF1.0为参考对象,结合电子对抗训练导控实际,进行了导控系统体系结构设计的初步探索。

根据DoDAF1.0提出的设计方法和步骤,首先确定导控系统体系结构使用目的。导控系统体系结构首先解决组织电子对抗训练任务时导调指挥系统的薄弱环节,提高其导调指挥能力。其次，确定导控体系结构背景范围。导控系统以电子对抗训练导调需求为主要背景,以分析系统各节点、分系统实现的功能、各分系统之间的信息关系、信息流程,以及系统对外部和内部的指挥、控制关系为范围。再次，确定需要描述的体系结构特征。导控系统体系结构包括任务背景、使用需求、总体功能要求,导调术语和相关定义,结构构成、相互关系,各节点、部位执行的活动、连接关系与信息交互关系,信息流程、信息交换属性以及对外信息关系要求,导调指挥流程等特征[8]。第四,确定应当建立的体系结构视图。导控系统作战视图除了建立基本视图、综述和摘要信息、综合词典、导调概念图、导调节点连通性描述和导调信息交换矩阵外,还需要建立导调指挥关系图和活动模型,系统视图建立作为基本产品的系统接口描述视图,重点是确定导控系统的内外部互连、互通、互操作问题,并确定相应的数据、网络、音视频、时统等接口关系;技术视图建立作为基本产品的技术体系结构轮廓视图,明确必须遵照的技术标准和可供参照的典型技术产品。明确了体系结构视图后,就可以进行第五步设计,即收集数据并构造所确定产品。该环节又分成6个阶段。

阶段0收集领域信息

领域信息是设计人员对用户需求和设想的总结。在体系结构产品设计开发之前,首要工作是明确系统的功能和目的,广泛收集领域内的各种信息。包括规定条令和战术的正式文件、部队编制结构以及在体系结构设计中需要考虑的现有系统情况。体系结构设计从明确目的和视角开始,同时必须提出作战概念。

阶段1作战概念分析

在问题定义(功能、视角)的基础上,根据系统的作战需求,设计描述作战使命、功能、组织和资源分配等的高级作战概念图。电子对抗训练任务通常由参训部队及装备扮演红军,基地负责构建蓝军实体和复杂战场信号环境,双方互为假设敌,在导演部的统一导调控制下进行自主对抗。导控系统是组织电子对抗训练的核心,其主要任务为:一是充当上级、友邻和下级末端,直接以文电的形式传递作战信息;二是以交战过程中的红、蓝对抗行动为直接信息源,引导红蓝双方进行对抗训练;三是必要时以直接干预的方式下发指示,确保电子对抗训练的安全或形成所需的特定态势;四是以模拟显示提供某些战场信息和情况。根据电子对抗训练任务背景和使用需求,导控系统应具有任务筹划、导调控制、态势显示、辅助裁决、分析评估、数据处理、复盘回放和系统管理等功能。

阶段2指挥关系分析

根据系统组织构成和相互关系,进行功能分解和组织分析,得到指挥关系图。电子对抗训练一般由导演部、红方参训部队和蓝方参训部队组成,其中导演部下设组织计划组、导调评估组和综合保障组,各组又由若干个席位组成,如图3所示。

导控系统各要素指挥活动按照“一个中枢”(导演部)、“两条轴线”(红、蓝双方)、“三个链路”(导调链、指挥链、采集链)的组织运行。一是指挥链：导演部以对抗双方上级的身份与红、蓝方建立指挥关系,按作战进程、指挥程序、隶属关系运行,实现导演部对参训部队指挥的信息回路;二是导调链：导调部与各级调理员构成的信息链路,各级调理员依托调理终端实现部分数据采集和对部队行动的调理,实现导演部与调理员之间的上情下达和下情上报;三是采集链：通过运用可视化监控、音视频采集、电磁环境监测、调理终端等技术手段,实现训练信息的采集获取。指挥关系如图4所示。

图3　电子对抗训练导控系统组成

图4　电子对抗训练导控系统指挥关系

阶段3功能体系结构和物理体系结构设计

在功能分解的基础上,设计由活动模型、逻辑数据模型、规则模型组成的功能体系结构和由系统节点组成的物理体系结构。为实现训练任务筹划、方案推演、态势显示、指挥控制、裁决评估、数据汇集处理和任务回放等功能,导控系统可设计训练筹划分系统、导调控制分系统、数据处理分系统、综合显示分系统、裁决评估分系统、任务回放分系统和配置管理分系统等七个分系统。各分系统功能模块在训练准备、训练实施和训练总结等不同阶段的活动模型如图5所示。

导控系统指挥业务流程是指导调指挥人员组织实施电子对抗训练导调活动的过程,它是电子对抗训练导调内容在过程、程序和方法上的具体体现,指挥流程设计如图6所示。

阶段4作战信息分析与系统数据流程设计

电子对抗训练导控信息不仅包括用于调理红、蓝双方对抗行动的信息,如指令信息(上下级和友邻信息、控制参演部队指令、控制末端调理员导调指令)、反馈信息(红蓝方上报、分发信息、调理员请示、演练现场情况)等,还包括训练过程中与导调指挥相关的其它信息,如态势信息(包括训练过程中红、蓝双方的合同或联合态势信息、背景电磁信号、电子对抗装备的作战编成与组网部署情况、工作状态与参数等)、音视频信息(从红、蓝双方电子对抗群指挥所、侦察分群、雷达对抗分群、光电对抗分群、通信对抗分群采集的音视频信息等)、资料信息(存储于导控系统中的基础信息,用于支撑导调软件或供导调人员查阅,主要包括导调方案、导调文书预案、红蓝双方电子对抗装备性能、演练想定等)和评估信息(用于评估演练评估的各种初始信息、中间信息以及结论信息等)。导控系统信息流程如图7所示。

图5　电子对抗训练导控系统功能结构图

图6　电子对抗训练导控系统指挥业务流程

图7　电子对抗训练导控系统信息流程

阶段5系统视图产品设计

该阶段主要是完善系统视图产品,建立系统信息元素和交换、系统通信描述、系统接口描述、系统性能参数等产品。通过建立导调指挥节点连通性描述和导调信息交换矩阵,对电子对抗训练导控系统各节点和部位之间的信息交换关系以及信息交换属性进行具体的描述。通过系统接口描述、系统通信描述等产品,可明确接口关系和特征,确保导控系统在物理上可以无障碍地互相连通。电子对抗训练导控系统在组织保障电子对抗部队实兵训练时,与外围系统之间的接口关系如图8所示。

导控系统各分系统之间的内部接口关系如图9所示。内部接口描述如表1所示。

图8　电子对抗训练导控系统对外接口

图9　电子对抗训练导控系统内部接口

编号信息元素描述业务类型产生信息节点应用信息节点1席位部署席位名称、IP地址、文电分发规则等信息数据库配置管理分系统训练筹划分系统终端信息导调终端、数据采集装备信息和任务分配数据库配置管理分系统训练筹划分系统2训练过程数据训练过程中产生的态势信息、音视频信息、指令数据数据、数据库裁决评估分系统指挥控制分系统综合显示分系统任务回放分系统3裁决结果多种对抗行动的裁决结果数据裁决评估分系统指挥控制分系统综合显示分系统评估结果训练效果分析评估结果数据裁决评估分系统指挥控制分系统综合显示分系统4训练态势训练过程中产生的训练综合态势,包括红方态势、蓝方态势、电磁态势和模拟交战态势等。数据综合显示分系统裁决评估分系统5训练方案训练任务、阶段方案、训练计划等。数据指挥控制分系统裁决评估分系统进程控制进程控制指令,包括启动、暂停、继续、结束等。数据指挥控制分系统裁决评估分系统6红方态势红方态势数据综合显示分系统指挥控制分系统蓝方态势蓝方态势数据综合显示分系统指挥控制分系统电磁态势电磁态势数据综合显示分系统指挥控制分系统7进程控制进程控制指令,包括启动、暂停、继续、结束等。数据指挥控制分系统综合显示分系统红蓝方行动、状态红蓝方位置、状态等行动信息数据指挥控制分系统综合显示分系统环境构设状态环境构设位置、状态、参数等信息数据指挥控制分系统综合显示分系统红蓝方事件训练过程中产生的红方事件和蓝方事件信息数据指挥控制分系统综合显示分系统

3　结束语

体系结构是指导系统设计和演进的原则与指南,体系结构框架是指导体系结构描述的一种规范化方法,体系结构描述是对体系结构的具体化和表现。本文以美国防部体系结构框架DoDAF1.0为参考对象,按照结构化的设计方法,对电子对抗训练导控系统功能定位、指挥关系、指挥流程、接口关系进行了分析,对导控系统体系结构进行了初步设计,下一步将依托System Architect等体系结构设计工具对导控系统结构视图产品详细设计。通过对电子对抗训练导控系统体系结构的研究和设计,可为电子对抗训练导控系统建设提供理论指导和技术支持,进而为电子对抗基地综合导调指挥能力的提高奠定基础。

[1]罗雪山,罗爱民,张耀鸿，等. 军事信息系统体系结构技术[M]. 北京:国防工业出版社,2010.

[2]C4ISR Architecture Working Group. C4ISR Architecture Framework Version 2.0[R].The United States: Department of Defense, 1997.

[3]DOD Architecture Framework Working Group.DOD Architecture Framework Version 1.0 Volume I: Definitions and Guidelines[R].U.S.: Department of Defense, 2003.

[4]DOD Architecture Framework Working Group.DOD Architecture Framework Version 1.0 Volume II: Product Descriptions[R].U.S.: Department of Defense, 2003.

[5]DOD Architecture Framework Working Group.DOD Architecture Framework Version 1.0: Deskbook[R].The United States: Department of Defense, 2003.

[6]汤立泉.基地化合同战术实兵演习组织与实施[M].南京:南京陆军指挥学院,2013.

[7]张未平.指挥信息系统体系作战结构研究[M]. 北京:国防大学出版社,2011.

[8]李自力,李霖.电子对抗装备基地化训练导调系统体系结构探讨[J].装备指挥技术学院学报,2007,18(3):32-38.

Architecture of Directing and ControllingSystem of ECM Training Based on DoDAF

WANG Liang, YANG Bao-qing, QIU Kai， Gao Hui-min

(Luoyang Electronic Equipment Test Center, Luoyang 471003, China)

The directing and controlling system of electronic countermeasure(ECM) base-training is one of the military information systems for directing and adjusting,commanding,controlling,verdicting,evaluating,and managing the ECM training. According to the idea of DoDAF, the method of structure design and the fact of ECM training, The article designs the architecture framework of the directing and controlling system of ECM elementarily, including function and placement,the relation of command,the flow of command and the relation of interface of the directing and controlling system of ECM training, and aims to supply the theoretic and technologic guidance for the construction of the directing and adjusting system of ECM training.

electronic countermeasure; directing and controlling system; architecture

1673-3819(2016)04-0089-07

2016-04-14

2016-04-25

王亮(1979-),男,河南郸城人,硕士研究生，工程师,研究方向为电子对抗训练。

杨宝庆(1970-)，男，高级工程师。

E917

A

10.3969/j.issn.1673-3819.2016.04.019

邱恺(1983-)，男，助理工程师。

高慧敏(1982-)，男，助理工程师。