基于DoDAF作戰(zhàn)視圖的無(wú)人直升機(jī)協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)建模分析

劉麗君 涂天佳

摘 要 本文在深入研究DoDAF（Department of Defense Architecture Framework）架構(gòu)框架的構(gòu)建思想和理論的基礎(chǔ)上，提出一種基于DoDAF作戰(zhàn)視圖的無(wú)人直升機(jī)協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)系統(tǒng)模型。通過(guò)分析該作戰(zhàn)系統(tǒng)架構(gòu)產(chǎn)品的含義及相互關(guān)系，給出具體的建模步驟，完成建模。最后通過(guò)動(dòng)態(tài)仿真對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明無(wú)人直升機(jī)協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)系統(tǒng)合理可行。該方法可推動(dòng)對(duì)艦機(jī)協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)并為風(fēng)險(xiǎn)控制提供技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】DoDAF 無(wú)人直升機(jī)協(xié)同 對(duì)海作戰(zhàn)

1 引言

用多種偵察設(shè)備和方法不斷提高我海軍“看的遠(yuǎn)、看的清、看的準(zhǔn)”的警戒探測(cè)能力是現(xiàn)代海戰(zhàn)中先敵發(fā)現(xiàn)的重要手段。由于雷達(dá)是直線傳播的，受地球曲率的限制，艦載雷達(dá)的探測(cè)范圍受限。預(yù)警機(jī)將整套雷達(dá)系統(tǒng)放置在飛機(jī)上，借由飛行高度，能提供較佳的搜索范圍和搜索效果，也是目前遠(yuǎn)程搜索的主要裝備。但是由于其飛機(jī)體型較大、形跡容易暴露，機(jī)動(dòng)幅度小，不適合近程、中程的警戒探測(cè)。無(wú)人直升機(jī)可懸停、任務(wù)能力廣的特點(diǎn)以及可替代有人機(jī)執(zhí)行危險(xiǎn)任務(wù)的優(yōu)點(diǎn)，是海軍近程、中程、遠(yuǎn)程偵察手段的強(qiáng)有力的補(bǔ)充。艦機(jī)協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)，有利發(fā)揮水面艦艇、無(wú)人直升機(jī)的各自優(yōu)勢(shì)，可極大的提升海上編隊(duì)基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)能力。

為適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的特點(diǎn)，需要運(yùn)用系統(tǒng)集成的方法，建立基于信息系統(tǒng)的對(duì)海作戰(zhàn)體系，在探測(cè)、識(shí)別、跟蹤、定位、攻擊、評(píng)估的殺傷鏈的一體化集成的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)高效精確的毀傷。一般的，對(duì)體系作戰(zhàn)能力的設(shè)計(jì)，是在一個(gè)更為頂層的體系架構(gòu)框架的指導(dǎo)下進(jìn)行的。目前在軍事領(lǐng)域使用的體系架構(gòu)框架中，有美國(guó)的DoDAF、英國(guó)的MoDAF、北約的NoDAF，其中以美國(guó)國(guó)防部體系架構(gòu)框架（DoDAF）的研究和使用最為廣泛。其是對(duì)復(fù)雜組織進(jìn)行架構(gòu)開(kāi)發(fā)的一套規(guī)范，指導(dǎo)性強(qiáng)，已成為美軍集成與開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的主要標(biāo)準(zhǔn)。其理念思想對(duì)開(kāi)發(fā)海軍作戰(zhàn)體系的架構(gòu)和通用框架具有重要的借鑒和參考價(jià)值。國(guó)內(nèi)基于DoDAF理論進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、模型構(gòu)建也進(jìn)行了卓有成效的研究。本文基于DoDAF的架構(gòu)開(kāi)發(fā)理論，探討了無(wú)人直升機(jī)協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)的模型構(gòu)建方法，從本質(zhì)上闡述了無(wú)人直升機(jī)協(xié)同水面艦艇對(duì)海作戰(zhàn)的活動(dòng)過(guò)程，可推動(dòng)艦機(jī)協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)體系的頂層設(shè)計(jì)。

2 基于DoDAF的作戰(zhàn)體系架構(gòu)建模特點(diǎn)

2.1 建模基本思想

基于DoDAF的建模過(guò)程的基本思想是：將整個(gè)系統(tǒng)模型的構(gòu)建劃分為若干階段進(jìn)行，每一階段分別側(cè)重解決不同的建模問(wèn)題，分別在不同的抽象層次、以不同的顆粒度對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行描述，由此保證系統(tǒng)模型可以由粗略到詳細(xì)逐步推進(jìn)，從而減小系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)的難度、復(fù)雜度以及風(fēng)險(xiǎn)；明確定義每一階段的實(shí)施步驟，使整個(gè)系統(tǒng)建模過(guò)程更為透明，更容易被理解和實(shí)施；為每個(gè)階段設(shè)置明確的結(jié)束準(zhǔn)則，以有利于問(wèn)題的及早發(fā)現(xiàn)和解決，而不僅是在整個(gè)設(shè)計(jì)完成后才一次性進(jìn)行分析和驗(yàn)證。

2.2 作戰(zhàn)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)步驟

DoDAF各產(chǎn)品之間沒(méi)有嚴(yán)格的先后順序，可以根據(jù)實(shí)際需要選擇產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)建模。但由于各產(chǎn)品之間的內(nèi)在聯(lián)系及相互依賴關(guān)系，作戰(zhàn)體系的架構(gòu)設(shè)計(jì)也可按照一定的步驟進(jìn)行。

（1）作戰(zhàn)概念高層描述，通過(guò)構(gòu)建OV-1高層作戰(zhàn)概念圖實(shí)現(xiàn)。以直觀的圖形的形式描繪作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的連接關(guān)系和作戰(zhàn)任務(wù)，便于決策者對(duì)作戰(zhàn)概念的全局把控。

（2）作戰(zhàn)體系建模分析，通過(guò)構(gòu)建OV-4組織關(guān)系圖、OV-2作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)連接描述、OV-5作戰(zhàn)活動(dòng)描述、OV-6b作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移描述實(shí)現(xiàn)、OV-6c作戰(zhàn)事件跟蹤描述。從組成、交互、流程等角度進(jìn)入作戰(zhàn)體系內(nèi)部，詳細(xì)描繪作戰(zhàn)任務(wù)和作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)。便于決策者對(duì)作戰(zhàn)體系的細(xì)部了解。

（3）作戰(zhàn)體系邏輯自洽性驗(yàn)證，通過(guò)可執(zhí)行模型的動(dòng)態(tài)驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)。體系架構(gòu)設(shè)計(jì)的正確與否，直接影響到各作戰(zhàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和質(zhì)量實(shí)現(xiàn)。通過(guò)模型的驗(yàn)證，檢驗(yàn)作戰(zhàn)體系設(shè)計(jì)的邏輯正確性，從而降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2.3 作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品

DoDAF定義了一組標(biāo)準(zhǔn)視圖，從不同視角描述作戰(zhàn)體系的架構(gòu)。無(wú)人直升機(jī)協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)體系架構(gòu)建模是從作戰(zhàn)視角出發(fā)描述作戰(zhàn)概念，包括完成對(duì)海作戰(zhàn)的行動(dòng)、作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)、以及節(jié)點(diǎn)間的信息交互，主要作戰(zhàn)視圖如表1所示。

3 無(wú)人直升機(jī)協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)系統(tǒng)建模和驗(yàn)證

3.1 作戰(zhàn)概念高層描述

無(wú)人直升機(jī)協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)流程是：編隊(duì)指揮中心向驅(qū)逐艦下達(dá)作戰(zhàn)任務(wù)，驅(qū)逐艦派遣無(wú)人直升機(jī)搭在光電、雷達(dá)等設(shè)備前出開(kāi)展對(duì)海搜索。無(wú)人直升機(jī)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)后，進(jìn)行敵我識(shí)別區(qū)分我方艦船和敵艦，并將目標(biāo)信息上報(bào)驅(qū)逐艦，同時(shí)對(duì)敵艦保持跟蹤。驅(qū)逐艦將處理后的遠(yuǎn)程目標(biāo)指示信息發(fā)送給艦載武器系統(tǒng)，艦載武器系統(tǒng)根據(jù)目指信息發(fā)射導(dǎo)彈實(shí)施打擊，打擊任務(wù)完成后，無(wú)人直升機(jī)繼續(xù)跟蹤監(jiān)視目標(biāo)實(shí)施毀傷評(píng)估。根據(jù)作戰(zhàn)流程的描述，在無(wú)人直升機(jī)協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)體系中，主要作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)有：編隊(duì)指揮中心、驅(qū)逐艦、無(wú)人直升機(jī)、衛(wèi)星、敵艦、我方其它艦船，如圖1所示。

3.2 作戰(zhàn)體系建模分析

3.2.1 組織關(guān)系圖OV-4

協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)的角色有，編隊(duì)指揮中心、攻擊平臺(tái)、探測(cè)平臺(tái)、通信平臺(tái)、控制平臺(tái)，其中編隊(duì)指揮中心是作戰(zhàn)活動(dòng)的任務(wù)發(fā)布者和組織者，其它組織角色均由該平臺(tái)指揮，如圖2所示。

3.2.2 作戰(zhàn)活動(dòng)模型OV-5

作戰(zhàn)活動(dòng)模型主要描述作戰(zhàn)任務(wù)對(duì)應(yīng)的主要作戰(zhàn)活動(dòng)以及活動(dòng)間的輸入輸出關(guān)系。本場(chǎng)景將作戰(zhàn)活動(dòng)劃分為3個(gè)部分：預(yù)警探測(cè)、作戰(zhàn)指揮和攻擊。作戰(zhàn)層次關(guān)系如圖3所示。其中預(yù)警探測(cè)又細(xì)分為電子偵察、雷達(dá)偵察、光電偵察、跟蹤定位、發(fā)送目指共5大二級(jí)子活動(dòng)。作戰(zhàn)指揮細(xì)分為態(tài)勢(shì)感知、威脅評(píng)估、作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃、作戰(zhàn)任務(wù)分配、效果評(píng)估共5大子活動(dòng)。作戰(zhàn)細(xì)分為火控解算、接收目指、遠(yuǎn)程打擊、武器控制共4大子活動(dòng)。

3.2.3 作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)連接圖OV-2

作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)連接描述以圖形方式描述說(shuō)明作戰(zhàn)系統(tǒng)各組成作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)和這些作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)間的信息交互需求。包括作戰(zhàn)體系內(nèi)的作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)，如岸基司令部、驅(qū)逐艦、艦面站、無(wú)人直升機(jī)，也包括外部節(jié)點(diǎn)，如敵艦、商船、漁船。無(wú)人直升機(jī)協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)的OV-2如圖4所示。

3.2.4 作戰(zhàn)事件跟蹤描述圖OV-6c

作戰(zhàn)事件跟蹤描述追溯作戰(zhàn)場(chǎng)景中的動(dòng)作或事件順序，描述各作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)在整個(gè)作戰(zhàn)任務(wù)中的各個(gè)作戰(zhàn)階段信息動(dòng)態(tài)的時(shí)序邏輯。本文給出了對(duì)海作戰(zhàn)任務(wù)的作戰(zhàn)事件描述示意簡(jiǎn)圖，如圖5所示。圖6給出了協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)任務(wù)中的警戒探測(cè)階段的OV-6c，詳細(xì)定義了各作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)間的信息交換活動(dòng)的任務(wù)事件序列。

3.2.5 作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換描述OV-6b

作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換描述通過(guò)狀態(tài)圖描述各作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)如何通過(guò)改變其狀態(tài)來(lái)響應(yīng)各種事件，通過(guò)對(duì)每個(gè)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)建模，可清晰的體現(xiàn)以作戰(zhàn)任務(wù)為時(shí)序的各作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行機(jī)制。本文僅列出驅(qū)逐艦的OV-6b，如圖7所示。

3.3 作戰(zhàn)體系邏輯自洽性驗(yàn)證

根據(jù)體系架構(gòu)開(kāi)發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生的活動(dòng)模型、時(shí)序模型，生成體系架構(gòu)的可執(zhí)行模型，通過(guò)對(duì)比模型的執(zhí)行狀態(tài)與預(yù)期的作戰(zhàn)流程的一致性來(lái)判斷體積架構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。本文將設(shè)計(jì)好的作戰(zhàn)時(shí)序模型導(dǎo)入到模型驗(yàn)證工具中，驗(yàn)證其動(dòng)態(tài)行為邏輯。驗(yàn)證表明，該邏輯與預(yù)期一致，符合無(wú)人直升機(jī)協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)系統(tǒng)軍事需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

大型作戰(zhàn)體系架構(gòu)復(fù)雜，在進(jìn)行此類復(fù)雜系統(tǒng)的架構(gòu)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)時(shí)，采用一種規(guī)范的統(tǒng)一框架進(jìn)行指導(dǎo)可降低后期實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)。美國(guó)防部的架構(gòu)框架（DoDAF）提供了多視角的體系描述，常用于體系的早期開(kāi)發(fā)階段，基于統(tǒng)一的建模語(yǔ)言的體系架構(gòu)的描述和設(shè)計(jì)之初的對(duì)體系架構(gòu)的仿真驗(yàn)證促進(jìn)了軍方和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員的理解一致性，也是把控系統(tǒng)研制進(jìn)度、降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)的重要方法之一。

本文基于美國(guó)防部架構(gòu)框架，在分析無(wú)人直升機(jī)協(xié)同水面艦艇協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)流程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)完成了系統(tǒng)作戰(zhàn)視圖的分析與設(shè)計(jì)，明確了作戰(zhàn)系統(tǒng)的組織角色、作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)組成、作戰(zhàn)活動(dòng)，形成了基于時(shí)序的任務(wù)描述、基于任務(wù)的作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)交互關(guān)系和狀態(tài)變化情況，并通過(guò)時(shí)序模型的動(dòng)態(tài)運(yùn)行驗(yàn)證了模型的邏輯正確性。結(jié)果表明通過(guò)該方法建立的作戰(zhàn)體系架構(gòu)合理可行，并可在方案設(shè)計(jì)階段即對(duì)系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)的合理性和可行性加以驗(yàn)證，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量保證和風(fēng)險(xiǎn)控制具有一定的指導(dǎo)意義和借鑒價(jià)值?？纱龠M(jìn)艦機(jī)協(xié)同對(duì)海作戰(zhàn)體系的頂層設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)

[1]DOD Architecture Framework Working Group. DoD Architecture Framework Version1.0[R]. VolumeⅠ，VolumeⅡ，VolumeⅢ，2003.

[2]DOD Architecture Framework Working Group.DoD Architecture Framework Version1.5[R]. VolumeⅠ，VolumeⅡ，VolumeⅢ，2007.

[3]DOD Architecture Framework Working Group.DoD Architecture Framework Version2.0[R]. VolumeⅠ，VolumeⅡ，VolumeⅢ，2009.

[4]張少兵，郭忠偉，錢曉進(jìn)，王建華.基于DoDAF的防空兵指揮信息系統(tǒng)作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)[J].兵工自動(dòng)化，2011，30（03）：18-20，35.

[5]王明賀，劉建闖，汪洋.基于DODAF的作戰(zhàn)能力視圖研究[J].兵工自動(dòng)化，2012，31（03）：1-4.

[6]蔣蕊.基于UML2的空中防御復(fù)雜系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框架實(shí)現(xiàn)[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2006，18（09）：2585-2587.

[7]夏靖波，劉穎，汪勝榮.網(wǎng)格原理與開(kāi)發(fā)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.

[8]王靜，徐瑞，吳沉寒，楊大韜.基于DoDAF的遠(yuǎn)程目標(biāo)系統(tǒng)作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)[J].指揮控制與仿真，2014，36（01）：51-55.

[9]岳增坤，陳煒，夏學(xué)知.基于DoDAF的體系結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)與驗(yàn)證[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2009，21（05）：1407-1410.

作者單位

中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所 江西省景德鎮(zhèn)市 333001