杨廷梧，张　卓

（1.中国飞行试验研究院，西安　710089；2.中航飞机研发中心　电气系统所，西安　710089）

空天地一体化试验与测试体系发展构想

杨廷梧1，张卓2

（1.中国飞行试验研究院，西安710089；2.中航飞机研发中心电气系统所，西安710089）

现代作战系统中，一体化作战网络成为军工武器研制的必然趋势；文章以空天地一体化试验与测试体系为主线，首先介绍了美国DoD在军工试验与测试领域的研究计划；其次，提出了我国空天地一体化试验与测试发展构想，为大武器系统（SoS）联合试验与测试等提供全面、有效的试验与评估技术、方法与手段，推动我国军工武器装备研制技术的快速发展。

iNET；TENA；赛博试验；复杂电磁环境试验；空天地一体化试验与测试网络

0　引言

随着C4ISR、空地一体化、海空一体化、全球格栅GIG等以网络为中心的大武器系统（system of system，SoS）的出现，现有试验与评估方式已无法满足大武器系统试验与评估（T&E）需求。这类复杂武器系统（即大型作战网络）的试验与评估理论与方法，还处于研究探索之中。依据“试验即作战与训练”和“作战即网络”新要求，试验与评估体系将向空天地一体化试验网络方向发展，试验环境也必将从真实大气环境变为近似实战的复杂电磁环境与赛博空间。本文分别介绍了美国DoD关于试验与测试发展计划，并初步探讨了未来我国空天地一体化试验与测试体系基本概念、基本要素、体系框架以及主要功能等内容。

1　美国DoD军工试验研究计划简介

在以平台为中心的作战中，一般都以单一武器平台 （如飞机、舰船、坦克）为核心，各平台主要依靠自身的传感器探测系统和武器系统进行作战。作战平台与外界的联系主要通过有限的几条数据链如Link11、Link16等进行通信，平台之间的信息共享非常有限。这一时期开展的试验主要是符合性试验，即主要对武器平台的战技指标、作战效能和适用性进行试验与评价；而现在和未来发展的武器平台是在“联合作战”和“网络中心战”背景下的大体系（SoS，系统之系统）中体现作战功能与效能的超级平台，见图1所示。在这种情况下，对信息技术密集的复杂多任务系统评估与试验难度逐渐增加，许多跨平台交互使得传统武器试验与评价方式与战场需求的矛盾日益突出。这对于主要是验证“点”方案的性能和效能的传统试验与评价方法来说，带来了巨大的挑战，需要新的试验与评价方法来反映工作在网络化环境下系统的真实性。因此，一种在网络中心环境下的试验与评价方法，是应对非对称威胁和网络中心战对试验与评价挑战的一种新途径。未来作战系统将越来越多地依赖于与网络中其它系统之间的复杂关系和作战体系的整体功能，强调信息在体系中的作用，要求增加网络信息共享能力，实现网络路径的多样化以提供安全可靠的网络能力［1］。

图1　军工试验与评估面临的挑战

为了适应未来军工试验与测试的发展要求，美国国防部设立了三大军工武器试验投资计划：试验与评价核心投资计划（CTEIP）、试验与评价/科学与试验（T&E/S&T）计划和联合任务环境试验能力（JMETC）计划。美国防部依托试验资源管理中心（TRMC），从军事需求、技术和经济等角度综合考虑，按照严格的规程筛选出最佳的试验与评价投资项目并将其纳入三大研究计划，通过促进试验技术持续、有序的发展推动试验能力的全面提升。其中，网络化试验与评价技术和能力是三大研究计划的一个投资重点。

以空天地一体化试验网络为基础的研究计划主要有试验集成架构（CTEIP integrated architecture，CIA）、基础倡议（foundation initiative 2010，FI2010）与国家赛博（Cyberspace）安全综合计划（comprehensive national cybersecurity initiative，CNCI）。其中，CIA主要以航空试验增强遥测网络系统（integrated network enhanced telemetry，iNET）为核心［2］，辅之以地面控制、实验室、仿真/模拟系统与卫星通信等系统，构建一个纵向一体化综合测试网络；FI2010是以试验与训练使能架构（test and training enabling architecture，TENA）、联合先进分布式仿真（joint advanced distributed simulation，JADS）技术为核心的研究计划，其目的是构建一个横向的、虚实结合的一体化综合测试网络；CNCI计划以美国国家赛博靶场（national cyber range，NCR）为核心，验证美军作战网络安全性的一个非常重要的研究计划，其目的是对作战网络系统进行全面试验、测试与评估，包括对赛博空间、赛博电磁空间的所有武器系统（设备）进行试验与评估。

2　CIA试验集成架构

随着技术不断发展和试验要求不断提高，飞行试验遥测系统的网络化、集成化、空地一体化成为发展的必然趋势。试验集成架构CIA以增强遥测综合网络（iNET）为核心，通过专用网络实现试验控制中心、实验室、模拟/仿真设施等系统联接，见图2所示［5］。

图2　CIA试验集成架构

CIA的核心是增强遥测集成网络iNET，由美国试验项目评估核心投资机构（CTEIP）于2004年启动了iNET项目开发计划，目的是为试验场和试验基地自主发展iNET综合增强型遥测网络系统，解决试验中空地网络化、遥测带宽、多系统信息融合分析等问题，建立空、天、地、海一体化的遥测网络系统。iNET有3个部分组成：v NET移动平台网络系统、rf-NET遥测射频传输网络系统、g NET地面网络系统，即空、地一体化的遥测网络系统［6］。

iNET包括遥测网络系统（Tm NS：telemetry network system）和各种操作、控制的应用软件。iNET共有6个标准支持，包括系统管理标准（SM）、元数据语言标准（MDL）、通信链路标准（CL）、试验对象标准（TA）、无线传输标准（RFNE）和组件接口标准（CI），见图3所示。

iNET可用于建立各种试验对象（如飞行器或者坦克、舰船等）试验的遥测网络。通过SST（单向传输）或Tm NS（双向传输）遥测网络传输系统发送地面控制信息或接收试验对象数据，由地面控制中心统一控制、统一管理；同时，地面支持设备通过Tm NS对飞机提供实时支持，以监控机载采集系统工作状态。通过TENA，本试验场飞行试验网络还可以与另外一个试验场进行有效连接，实现多试验场信息交互、信息共享。

图3　增强遥测集成网络标准

3　基础倡议FI2010

为了克服各试验和训练靶场相互独立、信息不能共享以及资源不能重用等缺点，美国国防部实施了核心试验与评估投资计划（CTEIP）之一的FI2010工程。其用途是促进美国各试验场、试验设施与仿真资源之间的互操作、可重用和可组合，实现“逻辑试验靶场”之功能，最终支持“2020联合构想（JV2020）”。逻辑试验靶场可用于构建电子试验环境、飞机导弹试验环境、光电试验环境、战术演练环境、化学威胁环境、火控实验环境等各种试验环境。FI2010工程是改变美国试验与评估现状的重要工程，由5个密切相关的工程—试验与训练使能体系架构（TENA）、通用显示分析与处理系统（CDAPS）、联合先进分布式仿真（JADS）、地域性试验场综合设施（JRRC）与虚拟试验与训练试验场（VTTR）组成。

1）试验与训练使能体系架构（TENA）：

FI2010的主要目标是建立一个公共TENA，实现公共的软件基础设施和工具集，从而使美国各试验与训练靶场的体系结构能够满足未来几十年军事需求。2005年，由“联合任务环境能力 （JMETC）”投资计划，开发了试验与训练使能体系架构 （TENA）。

TENA定义了未来靶场软件开发、集成与互操作的整个结构，用于将地理分散的靶场资源（如试验设施、训练、仿真与高性能的计算技术）快速联合起来形成一个综合环境，以逼真的模式完成各种新的试验与训练任务，FI2010工程将这样的环境称为无地理界线的“逻辑试验靶场”。TENA由TENA工具集、靶场通信、与其它靶场资源的接口、与武器系统的接口、标准/协议以及综合试验或训练规程等部分组成，如图4所示。TENA通过中间件（Middleware）技术，解决异构网络环境下分布式应用软件的通信、互操作和协同问题，可将不同区域的试验场联系起来，实现信息共享。

2）联合先进分布式仿真联合试验与评估计划（JADSJT&E）：

随着武器装备技术不断提高，尤其是大型复杂武器系统（体系级），在真实条件下的试验与测试变得越来越难于应对。虚拟/仿真试验与测试技术尤其是先进分布式仿真试验与评估技术，对于提高武器系统和体系级试验与评估能力具有重要意义。美军在上世纪90年代后期开始制定并实施联合先进分布式仿真联合试验与评估（JADSJT&E）计划，对先进分布式仿真（ADS）技术在飞机、导弹、C4ISR系统和电子战等武器试验与测试中的应用进行了大量的理论研究和试验探索，取得了许多重要的试验研究成果，表明了先进分布式仿真试验与评估技术能够有效地提高试验能力、弥补传统试验手段的不足，降低成本，缩短试验周期以及支持联合试验预演。

图4　TENA体系结构应用

先进分布式仿真试验与评估是美军在联合先进分布式仿真联合试验与评估（JADSJT&E）计划中提出的一个新概念，它采用高层体系结构（high layer architecture，HLA），在先进分布式仿真的试验环境中对武器系统进行的试验与评估，其实质是利用先进分布式仿真技术，将多个站点的现有试验资源结合起来，构建一个综合逼真的环境，对武器系统进行试验与评估。基本构成包括被试武器系统、目标和环境系统、试验控制与分析系统、试验监控与测量系统以及试验通信系统。

虚拟/仿真试验与测试技术尤其是先进分布式仿真试验与评估技术，对于提高武器系统和体系级试验与评估能力具有重要意义。在信息化条件下的高技术战争是多兵种联合的体系与体系的对抗，而传统的以实物试验为主的试验模式，满足不了复杂武器系统在新作战模式下的发展需求。虚拟/仿真试验与测试能够大大提高航空武器系统的试验与评估能力，能够更加全面获得有效的、可靠的试验数据，节约试验成本、缩短试验周期，加快武器装备研制进程。

4　赛博试验与评估NCR

空天地一体化作战网络是未来必然的发展趋势，那么作战网络安全性将是战争成败的关键。因此，赛博空间（Cyberspace）的安全性试验与评估就变得越来越重要了。美国先后提出了“赛博空间安全法案”（773号）及“国家赛博空间安全顾问办公室法案”（778号），并成立了赛博司令部。赛博空间的制网权如同制海权、制空权、制天权一样，上升到国家主权与安全的战略层面。真实的作战环境是空、天、地、海、赛博五维空间，而网络电磁空间（赛博空间）是否安全将是整个战争成功与否的关键所在。赛博空间广义定义为网络空间、网络电磁空间、网际空间，美军称其为赛博空间。

美国国防高级研究计划局（DARPA）提出了美国国家赛博试验场 （NCR）建设计划。NCR是一个研究开发试验床，是CNCI计划的核心部分。NCR自2009年开始建设，到2014年开始试运行，见图5所示。

图5　NCR建设进程

NCR重点改善大规模网络（比现有网络高几个数量级）的网络安全技术，为CNCI提供一个用于研究开发的、安全的、可控的、创新试验环境，为各种网络技术和构想的安全性进行定量和定性分析的物理评估平台。NCR的结构是以现有计算机系统以及相互连接的网络为基础，在物理网络基础上对上层软件平台以及应用系统进行管理和配置。同时能够将外部设备、网络及特定的应用运行于试验场的基础设施之上，统一集成管理。

赛博试验与测试评估平台，能在一个典型网络环境中对信息保障和信息生存工具进行无偏差的定性和定量评估，能复制当前和未来国防武器系统和作战中复杂的、大型的异构网络和用户，能在同一基础设施中同时进行多项独立试验，能真实试验因特网/全球信息栅格（global information grid，GIG）大规模网络的研究，能使用科学方法进行严格的赛博试验。

5　复杂电磁环境下军工试验与测试网络

真实作战环境是一个极其复杂的电磁环境。在这种电磁环境里，电磁信号的时间域、空间域、频率域和能量域均在不断变化，武器系统应能正常发挥其功能与效能，具有良好的完备性和生存力。通常，复杂电磁环境不仅影响单个武器装备战技性能，也对一体化作战网络产生巨大影响。美国在加州中国湖海军空战中心，建有外军多种类型武器系统，通过建模与仿真手段对各种防空资源进行组合，构成世界上各种类型的地面与海上防空网，以逼真的模式模拟战场复杂电磁环境，支撑开展电子战系统的复杂电磁环境适应性试验与评估；美国中部的大西洋电子靶场、欧洲著名的北约波利冈电子战靶场，也是组合外军的地空武器、干扰机等实体武器装备和计算机仿真资源，开展在复杂电磁环境下的武器系统作战与生存力试验。因此国外先进国家非常重视武器系统在复杂电磁环境下的试验与评估，从武器装备试验与评估到作战训练均给予高度重视并展开研究。主要方法如下：

1）利用真实的电子装备产生复杂的电磁威胁环境；

2）利用大量模拟器产生复杂的电磁环境；

3）利用现代化计算机模拟技术创造逼真的电磁威胁环境；

4）利用分布式交互仿真技术构建联合作战条件下的复杂战场环境；

5）利用能够模拟假想敌的部队探索逼真战法。

为了更加有效地训练电子战部队，北约成立了一支规模很小但在电子战训练方法拥有丰富经验的“假想敌部队”即北约多军种电子战支援大队。和平时期，该部队为北约部队的训练和演习提供逼真的电磁威胁环境；危机爆发时，它还负责对派往危机和冲突地区的北约部队进行电子战强化训练。

6　发展构想

空天地一体化试验与测试网络 （ag NET）体系的发展可分为局域一体化和广域一体化两大部分。首先建成覆盖全球的三维空间一体化试验与测试网络，以空天地一体化遥测网络（iNET）技术为基础，通过网络将试验区域所有试验设施、仿真/模拟系统与测试设备进行集成，统一控制与管理；以TENA技术为基础，通过中间件工具，实现多试验区域的互通互联、信息共享，构建全球三维物理空间的一体化试验与测试网络系统。其次，将赛博空间试验与测试资源纳入一体化试验体系，同时构建高逼真度的战场复杂电磁试验环境，对军工武器的战技性能、效能、生存力进行全面评估，真正实现“试验即作战与训练”。

1）空天地一体化试验与测试网络以空中测量机、（中继）卫星、飞艇和地面精密测量网（由光电经纬仪、精密测量雷达）、遥测监控网（遥测接收站）与地面控制中心为主的、集地基、空基、天基和海基相结合的、覆盖全国的空天地一体化试验综合测控网络；采用TENA技术将各个试验场、模拟/仿真试验设施（实验室）连接起来，采用CIA架构将试验对象测试网络、遥测传输网络与地面监控网络形成一个有效的实时测控网络，既可对单个试验对象（如飞机、坦克、舰船等），也可对多个试验对象或联合作战系统（如C4ISR、多兵种联合作战系统）进行全面、综合的试验与评估，如图6所示。

图6　基于iNET与TENA的多试验场

2）开展赛博试验与测试评估技术研究，突破基于虚拟网络/基于云技术的虚拟网络/ESX管理异构集群网络技术、大规模网络复制技术、靶场试验运行控制技术以及靶场虚拟与真实资源时钟同步技术、系统安全评估技术等关键技术，构建用于电子战、信息战和网络战的演示与验证平台，提供一个创新的、安全的且可控的环境，为各种网络技术和构想的安全进行定量和定性分析、评估，以加快信息网络安全系统的应用，改善大规模网络（比现有网络高几个数量级）的网络安全技术。

3）利用实物等效和模拟仿真等手段生成贴近实战、高逼真度的战场电磁环境研究，突破复杂电磁环境试验体系构建方法研究、战场电磁环境高逼真度模拟技术与作战环境下的飞机及机载系统（机载雷达、电子战、通信和导航系统）的对抗机理及其交互式仿真等关键技术，构建由地面多波段雷达、光电/雷达吊舱与全频段电磁频谱信号模拟器等基于空域、时域、频域和能域的试验与测试环境，形成复杂电磁环境下军工武器装备效能评估方法，进而形成试验标准和指标评价体系，实现由真实大气条件下飞行试验向复杂电磁环境下飞行试验的转变，提高新型武器装备研制能力。

空天地一体化试验与测试网络采用通用、成熟的网络协议以及中间件技术，将试验设施与测试设备（系统）有效连接起来，构建基于空基、天基、地基与海基一体化网络测试系统，统一控制、统一管理，以提高复杂武器系统大范围和全面试验与测试能力，缩短试验周期，降低试验成本，提升联合试验、大系统演示验证与作战系统的作战效能评估水平和综合试验与测试能力。

7　结束语

美国国防高级研究计划局提出的以上3个重大研究计划，其目的是使国防武器系统试验与评估逐步向全频域、网络化、一体化和智能化方向发展，构建美国国土范围内所有试验与测试资源的共用平台，满足三军联合作战系统整体性能评估与功能演示验证需求。不难看出，这三大计划相互关联。FI2010工程实现各个靶场、模拟/仿真试验与评估中心的试验设施之间的互通互联，重点解决“逻辑试验靶场”中的异构问题，可称之为“横向网络一体化”计划；CIA主要实现空天地网络的互通互联，重点解决网络的同构问题，可称之为“纵向网络一体化”计划；CNCI计划从目前来看，主要解决的是作战网络空间上层软件与应用系统的安全问题，但随着计划的深入研究，预计将来会与CIA、TENA和复杂电磁环境相结合，共同构建网络电磁空间，解决作战系统（人在环路）的联合试验与评估问题，实现“作战系统即网络”的重大转变，此称之为“空、天、地、海、赛博五维空间一体化”，简称“空天地一体化”。

借鉴国外增强遥测综合网络 （iNET）项目计划研究的体系架构和标准，形成我国空天地海一体化综合测试网络（ag-NET）体系和标准，研制相应设备（系统）；研究国外试验与训练使能体系架构（TENA）与先进分布式仿真（JADS），建立我国航空领域虚拟试验体系架构（VITA）以及相应标准；开展复杂电磁环境和赛博（Cyberspace）试验与测试体系研究；加快我国航空试验设施与测试系统（设备）的自主研发，形成系列化产品和产业化发展能力；以覆盖我国国土与海洋的同轨通信卫星为中继，建立全国范围内一体化航空试验测控网络，极大提高航空武器系统大范围、机动试验与测试能力；推进试验测试技术与信息化技术的融合发展，全面提升试飞测试技术水平和综合测试能力。试验与测试技术达到当时国际先进水平，综合试验与测试能力满足多型号并行和数字化协同的试验与测试需求；新建和完善试验设施与测试条件保障建设。

［1］张宝珍.国外军工试验与测试技术发展动向分析［J］.计算机测量与控制，2009，17（1）：1-4

［2］白效贤，杨廷梧，袁炳南.航空飞行试验遥测技术发展趋势与对策［J］.测控技术，2010，29（11）：6-9

［3］杨廷梧.新型遥测系统中机载网络化测试技术展望［J］.测控技术，2010，29（S）：141-145

［4］袁炳南，霍朝晖，白效贤.新一代遥测网络系统 -Tm NS［J］.测控技术，2010，29（11）：10-13

［5］杨廷梧.飞行试验遥测机载测试技术的发展与应用［J］.测控技术，2013，32（4）：5-8

［6］杨廷梧.飞行试验新型遥测机载网络化采集与记录系统架构［J］.测控技术，2013，32（5）：59-63

Development of Integrated Air-Ground Test Network

Yang Tingwu1，Zhang Zhuo2
（1.Chinese Fight Test Establishment，Xi'an710089，China；2.AVIC Aircraft Co，LID R&D Center，Xi'an710089，China）

The joint operational network becomes the inevitable trend in the modern war.Integrated air-ground test network（ag NET）is introduced for military test and evaluation in this paper.Firstly an overview of the research plan of the U.S.Department of Defense is a general description as a whole in the military test.Secondly，the idea of integrated air-ground test network gets put forward to speeding up the development of our military test，which effective test and evaluation methods and means are proposed to the joint test and evaluation for System of System（SoS）.

iNET；TENA；cyberspace test；complex electromagnetic environment experiment；integrated air-ground test network（ag-NET）

1671-4598（2016）05-0001-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.05.001

TP311

A

2015-10-22；

2015-11-06。

杨廷梧（1960-），男，江西九江人，工学博士，研究员，主要从事飞行试验与测试技术方向的研究。