基于DoDAF的防空體系結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究

李興國 王志敏

摘 要：本文在對美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架（DoDAF）的研究基礎(chǔ)上，開展DoDAF在防空體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的應用研究，形成基于系統(tǒng)視角的典型防空體系結(jié)構(gòu)設(shè)計流程，并以典型防空體系攻防對抗場景，完成基于系統(tǒng)視角的典型防空體系結(jié)構(gòu)設(shè)計示例，對防空體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、模型構(gòu)建、仿真驗證具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：DoDAF 地面防空體系；體系結(jié)構(gòu)設(shè)計；建模與驗證

1 引言

面向未來體系化攻防對抗作戰(zhàn)，將呈現(xiàn)空襲體系與防御體系之間的非合作博弈與對抗，其作戰(zhàn)場景大、作戰(zhàn)要素多、作戰(zhàn)樣式多樣、作戰(zhàn)過程復雜，同時體系動態(tài)博弈對抗的大量不確定性、涌現(xiàn)性、動態(tài)性等特性，使得通過單一武器裝備設(shè)計方法難以把握防御體系的內(nèi)在規(guī)律，如何從體系頂層入手以整體最優(yōu)方式設(shè)計防御作戰(zhàn)成為當前研究熱點方向。

體系結(jié)構(gòu)設(shè)計框架作為國外武器裝備頂層設(shè)計的重要基礎(chǔ)，是保障跨領(lǐng)域人員對體系的理解一致性、無偏性的高效手段。因此，本文旨在以典型防空作戰(zhàn)為背景，探索并研究基于美軍DoDAF 2.0體系結(jié)構(gòu)框架的防空體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、模型構(gòu)建與邏輯仿真驗證流程，為DoDAF應用于防空體系頂層設(shè)計提供借鑒與參考。

2 基于系統(tǒng)視角的典型防空體系結(jié)構(gòu)設(shè)計流程

體系結(jié)構(gòu)框架定義了體系組成單元的結(jié)構(gòu)、相互關(guān)系、基本語法規(guī)則等核心要素，是體系結(jié)構(gòu)開發(fā)的頂層的、全面的框架和概念模型。DoDAF 2.0提出體系結(jié)構(gòu)描述的8個視角、52個視圖，包括全景視角（AV）、能力視角（CV）、作戰(zhàn)視角（OV）、服務視角（SvcV）、系統(tǒng)視角（SV）、數(shù)據(jù)和信息視角（DIV）、標準視角（StdV）、計劃視角（PV）等。

由于系統(tǒng)視角SV集中反映了完成體系作戰(zhàn)使命的武器裝備及其功能、作戰(zhàn)活動、彼此間必須交換的信息，因此，針對體系動態(tài)博弈對抗背景下的作戰(zhàn)模式、時序、接口等關(guān)鍵邏輯關(guān)系設(shè)計問題，本文采用系統(tǒng)視角（SV）完成地面防空體系結(jié)構(gòu)進行設(shè)計、建模和邏輯驗證，以確定體系及裝備作戰(zhàn)使命、體系作戰(zhàn)過程、系統(tǒng)節(jié)點之間的信息交換關(guān)系、作戰(zhàn)規(guī)則和系統(tǒng)事件跟蹤等，滿足地面防空體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的需求。

首先，根據(jù)體系的使命定位分析、頂層設(shè)計構(gòu)想等頂層輸入文件，構(gòu)建典型體系攻防對抗場景，明確體系結(jié)構(gòu)設(shè)計的范圍、背景、意圖、構(gòu)想、體系發(fā)展規(guī)劃等內(nèi)容，形成體系作戰(zhàn)想定文件，即概述和摘要信息視圖AV-1。

然后，根據(jù)AV-1，開展系統(tǒng)視角產(chǎn)品開發(fā)，并通過多輪反復迭代后形成滿足體系作戰(zhàn)需求的裝備（或系統(tǒng)節(jié)點）組成、裝備功能需求、裝備作戰(zhàn)活動，以及各裝備之間的連接關(guān)系和數(shù)據(jù)交換等。主要包括

1）分析滿足體系作戰(zhàn)需求的裝備類型，并描述各系統(tǒng)節(jié)點之間的接口關(guān)系、體系集成方式等，即系統(tǒng)接口描述視圖SV-1；

2）從體系整體協(xié)同作戰(zhàn)角度，分解各系統(tǒng)節(jié)點的功能活動，并以數(shù)據(jù)流箭頭來表示各系統(tǒng)節(jié)點功能的連接，明確系統(tǒng)功能、功能之間的資源流，即系統(tǒng)功能視圖SV-4；

3）構(gòu)建系統(tǒng)作戰(zhàn)事件/作戰(zhàn)活動之間的時間序列，可用于按照時間先后順序檢查參與其中的系統(tǒng)節(jié)點之間的資源交換，確定交互作用和作戰(zhàn)線程，能夠?qū)ο攵ㄖ械男袆踊蚴录P(guān)鍵序列進行跟蹤，確保每個系統(tǒng)節(jié)點能在適當?shù)臅r間獲得必要信息，從而執(zhí)行指定的系統(tǒng)功能活動，即系統(tǒng)事件跟蹤描述視圖SV-10c；

4）根據(jù)SV-10c視圖，按系統(tǒng)節(jié)點分別梳理其參與的作戰(zhàn)事件，明確系統(tǒng)節(jié)點在體系作戰(zhàn)過程中的狀態(tài)及其狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系，即系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移視圖SV-10b，并初步完成SV-10c視圖的時序關(guān)系檢查和優(yōu)化；

5）由SV-10b視圖生成可執(zhí)行的代碼框架，可基于外部事件驅(qū)動完成邏輯仿真以檢驗系統(tǒng)視角SV的邏輯（一致性、完整性），并根據(jù)邏輯仿真結(jié)果返回步驟2）進行迭代。

借助體系結(jié)構(gòu)框架DoDAF2.0的系統(tǒng)視角SV，通過圖形化語言設(shè)計地面防空體系結(jié)構(gòu)，快速生成和檢驗體系架構(gòu)組成方案（SV-1），構(gòu)建滿足體系作戰(zhàn)需求的體系架構(gòu)組成方案集，同時遍歷每種可行方案中各裝備的功能需求（SV-4）、作戰(zhàn)活動（SV-10b）、裝備間的交互關(guān)系（SV-10c），形成體系作戰(zhàn)使用方案，支撐裝備性能需求的分析、設(shè)計。

3 基于系統(tǒng)視角的典型防空體系結(jié)構(gòu)設(shè)計示例

以典型區(qū)域防空為典型作戰(zhàn)背景，基于Rhapsody軟件進行基于DoDAF2.0框架的地面防空體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品開發(fā)、建模與邏輯仿真驗證。

（1）概述和摘要信息視圖AV-1

假定在某地區(qū)發(fā)生局部沖突，藍方采用作戰(zhàn)飛機、巡航導彈、精確制導武器、無人機等先進裝備形成多方向立體化攻擊體系，突破區(qū)域防御體系實現(xiàn)對紅方在150km×150km范圍內(nèi)分散部署的指揮所、防空陣地、集結(jié)地等高價值固定目標進行打擊。

為有效應對藍方的空襲體系打擊，構(gòu)建區(qū)域反平臺、末端反彈藥的區(qū)域+末端的兩層地面防空體系，主要由區(qū)域指揮控制中心、中程防空導彈武器系統(tǒng)、近程末端防空導彈武器系統(tǒng)等構(gòu)成。

（2）系統(tǒng)接口描述視圖SV-1

根據(jù)AV-1視圖，紅方主要有區(qū)域指揮控制中心、中程防空導彈武器系統(tǒng)、近程末端防空導彈武器系統(tǒng)等3類武器系統(tǒng)，3類武器系統(tǒng)可細分為9個系統(tǒng)節(jié)點，分析各系統(tǒng)節(jié)點的交互關(guān)系后，構(gòu)建系統(tǒng)接口描述視圖SV-1如圖1所示。

（3）系統(tǒng)功能視圖SV-4

區(qū)域指揮控制中心主要完成各防御武器之間的信息共享、協(xié)同作戰(zhàn)、通信保障，實時根據(jù)各傳感器的探測信息生成戰(zhàn)場綜合態(tài)勢，并調(diào)度防空火力資源處理各類威脅目標；中程防空導彈武器系統(tǒng)、近程末端防空導彈武器系統(tǒng)組成體系的攔截火力網(wǎng)，前者主要用于攔截各類飛機，減少來襲彈藥數(shù)量，后者主要攔截各類精確制導彈藥。因此，由各系統(tǒng)節(jié)點的功能需求生成體系作戰(zhàn)功能流，構(gòu)建系統(tǒng)功能視圖SV-4示意如圖2所示。

（4）系統(tǒng)事件跟蹤描述視圖SV-10c

按照典型作戰(zhàn)過程，以時間先后順序梳理各武器裝備的作戰(zhàn)活動、信息交換，構(gòu)建系統(tǒng)事件跟蹤描述視圖SV-10c。其中，中程防空階段的SV-10c視圖見圖3所示。

（5）系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移描述視圖SV-10b

根據(jù)每個武器裝備的作戰(zhàn)活動，構(gòu)建系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移描述視圖SV-10b。其中，紅方中程防空導彈武器系統(tǒng)指控車的狀態(tài)轉(zhuǎn)移視圖見圖4所示。

（6）邏輯仿真驗證

由SV-10b視圖生成可執(zhí)行的代碼框架，并通過外部事件激勵完成系統(tǒng)作戰(zhàn)過程的邏輯仿真驗證，以對系統(tǒng)功能SV-4進行迭代。

通過典型攻防場景的邏輯仿真驗證，明確了體系中各武器系統(tǒng)的使命任務，完善了面向敵方空襲體系的體系作戰(zhàn)活動、作戰(zhàn)邏輯、時序關(guān)系等作戰(zhàn)過程要素，形成了對9個系統(tǒng)節(jié)點的14項系統(tǒng)功能、44項作戰(zhàn)事件、41項作戰(zhàn)活動的詳細描述，可為武器系統(tǒng)設(shè)計提供總體設(shè)計需求輸入。

4 結(jié)論

本文在對體系結(jié)構(gòu)框架DoDAF 2.0研究基礎(chǔ)上，結(jié)合地面防空作戰(zhàn)的特點，給出裁剪后的防空體系結(jié)構(gòu)設(shè)計流程，并基于典型防空作戰(zhàn)場景，構(gòu)建系統(tǒng)視圖模型，從總體上描述了面向區(qū)域防空的體系組成和作戰(zhàn)流程，以模型數(shù)據(jù)的形式明確了防空體系作戰(zhàn)的組成、作戰(zhàn)流程、作戰(zhàn)活動和信息流等關(guān)鍵要素及其之間的相互關(guān)系，對于防空體系頂層設(shè)計方法研究具有一定的借鑒意義。

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