基于DODAF 作戰(zhàn)視圖的空地協(xié)同作戰(zhàn)模型設(shè)計(jì)

楊 茜

（江南機(jī)電設(shè)計(jì)研究所，貴陽 550009）

0 引言

巡航導(dǎo)彈是防空武器系統(tǒng)防空作戰(zhàn)中面臨的傳統(tǒng)威脅之一，隨著巡航導(dǎo)彈飛行高度的不斷降低，地面防空武器系統(tǒng)受到視距、地形遮蔽等限制，越來越難以在早期發(fā)現(xiàn)，并跟蹤該類低空/超低空目標(biāo)，無法滿足對抗巡航導(dǎo)彈飽和攻擊的防空任務(wù)需求。然而，戰(zhàn)斗機(jī)、預(yù)警機(jī)等空中平臺具有前出、遠(yuǎn)距、高位探測優(yōu)勢，可向地面防空武器系統(tǒng)提供戰(zhàn)場態(tài)勢、目標(biāo)指示和引導(dǎo)，甚至是火控級制導(dǎo)信息，實(shí)現(xiàn)超地平線作戰(zhàn)。因此，通過空地協(xié)同作戰(zhàn)，一方面，可拓展防空火力包絡(luò)，彌補(bǔ)地面防空武器系統(tǒng)攔截低空/超低空目標(biāo)遠(yuǎn)界不足；另一方面，可使空中平臺免受載彈量約束火力不足的限制，提升反巡航導(dǎo)彈飽和攻擊任務(wù)的作戰(zhàn)效能。

本文以空地協(xié)同作戰(zhàn)為背景，將DODAF 作戰(zhàn)視圖作為研究工具，通過構(gòu)建高層作戰(zhàn)概念、組織機(jī)構(gòu)關(guān)系、作戰(zhàn)活動(dòng)、作戰(zhàn)資源等視圖模型，對空地協(xié)同作戰(zhàn)過程和指揮控制流程進(jìn)行直觀描述，為后續(xù)優(yōu)化空地協(xié)同作戰(zhàn)體系、頂層設(shè)計(jì)和裝備研制提供參考。

1 DODAF 體系結(jié)構(gòu)框架概述

DODAF 是美國國防部開發(fā)的系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)范，它定義了多個(gè)表示、描述體系結(jié)構(gòu)的方法，并為體系/復(fù)雜系統(tǒng)的了解、對比、集成與互操作提供了開發(fā)和表達(dá)架構(gòu)描述的規(guī)則和指南，其前身是美軍C4ISR 體系結(jié)構(gòu)框架，當(dāng)前最新版本是2009 年頒發(fā)的DODAF 2.0［1-3］。

DODAF 2.0 架構(gòu)框架主要包括全景視圖（all viewpoint，AV）、能力視圖（capacity viewpoint，CV）、數(shù)據(jù)和信息視圖（data and information viewpoint，DIV）、作戰(zhàn)視圖（operation viewpoint，OV）、項(xiàng)目視圖（project viewpoint，PV）、服務(wù)視圖（services viewpoint，SvcV）、標(biāo)準(zhǔn)視圖（standars viewpoint，StdV）、系統(tǒng)視圖（system viewpoint，SV）［4-6］。

其中，作戰(zhàn)視圖集中反映了完成使命的機(jī)構(gòu)、任務(wù)或執(zhí)行的行動(dòng)，以及彼此間必須交換的信息，其傳達(dá)的是信息交換的種類、頻率，信息交換支持哪些任務(wù)和活動(dòng)以及信息交換的性質(zhì)，其主要作戰(zhàn)視圖情況如表1 所示［7-8］。

表1 作戰(zhàn)視圖Table 1 Operational view

其中，OV-6a 主要是以文檔的形式描述在指定條件下體系架構(gòu)的行為規(guī)則，由于OV-5、OV-6b、OV-6c 視圖中相關(guān)決策點(diǎn)已反映了規(guī)則情況，故本文不再對OV-6a 內(nèi)容進(jìn)行闡述。

2 基于DODAF 的空地協(xié)同作戰(zhàn)模型設(shè)計(jì)

空地協(xié)同作戰(zhàn)是一種跨平臺協(xié)同聯(lián)合防空的典型作戰(zhàn)模式，傳統(tǒng)的作戰(zhàn)過程描述如下：高級指揮中心制定戰(zhàn)略決策，并向中級指揮中心傳達(dá)作戰(zhàn)任務(wù)，中級指揮中心領(lǐng)受作戰(zhàn)任務(wù)后，結(jié)合自身實(shí)際情況制定作戰(zhàn)方案，根據(jù)防空任務(wù)規(guī)劃，分別向空基平臺和地面防空武器系統(tǒng)下達(dá)協(xié)同任務(wù)，明確空基平臺陣位及主要協(xié)同空域?？栈脚_抵達(dá)協(xié)同空域，與地面防空武器系統(tǒng)建鏈，實(shí)現(xiàn)通信，地面防空武器系統(tǒng)根據(jù)空基平臺陣位設(shè)置禁射區(qū)?？栈脚_對探測到的目標(biāo)信息進(jìn)行預(yù)處理，將完成初判的目標(biāo)信息傳送至地面防空武器系統(tǒng)。地面防空武器系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)威脅排序，并將協(xié)同攔截目標(biāo)信息傳遞至空基平臺?？栈脚_優(yōu)先保障協(xié)同目標(biāo)，跟蹤并將信息持續(xù)發(fā)送至地面防空武器系統(tǒng)，地面防空武器系統(tǒng)進(jìn)行射擊諸元計(jì)算，當(dāng)協(xié)同攔截目標(biāo)進(jìn)入地空導(dǎo)彈火力攔截區(qū)后，地面防空武器系統(tǒng)利用空基平臺提供的目標(biāo)信息，完成地空導(dǎo)彈遠(yuǎn)程發(fā)射?？栈脚_在地空導(dǎo)彈完成發(fā)射后，持續(xù)對目標(biāo)進(jìn)行搜索和跟蹤，并將目標(biāo)信息發(fā)送至地面防空武器系統(tǒng)，支持導(dǎo)彈中制導(dǎo)。

由上可知，傳統(tǒng)的作戰(zhàn)過程設(shè)計(jì)大部分是以分系統(tǒng)分別描述，再經(jīng)總體整合而成，在描述的完整性、直觀性等方面表現(xiàn)較差。同時(shí)，無法形成有效的作戰(zhàn)模型用于后續(xù)的系統(tǒng)優(yōu)化、頂層設(shè)計(jì)或裝備研制。

由DODAF 作戰(zhàn)視圖特點(diǎn)并結(jié)合空地協(xié)同作戰(zhàn)過程可知，開展基于DODAF 作戰(zhàn)視圖的空地協(xié)同作戰(zhàn)模型設(shè)計(jì)，可為地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)以及各分系統(tǒng)提供較為全面且直觀、易于理解的作戰(zhàn)過程描述和有信息交互、作戰(zhàn)邏輯關(guān)系的作戰(zhàn)模型。

基于DODAF 作戰(zhàn)視圖的空地協(xié)同作戰(zhàn)模型主要設(shè)計(jì)過程如下［9］：

1）通過構(gòu)建高級作戰(zhàn)概念視圖OV-1，可以從宏觀角度描述空地協(xié)同作戰(zhàn)概念和背景，便于不同層次的決策者和設(shè)計(jì)者溝通交流；

2）通過構(gòu)建組織機(jī)構(gòu)關(guān)系視圖OV-4，可以直觀描述空地協(xié)同作戰(zhàn)時(shí)各級組織之間的指揮結(jié)構(gòu)及層級；

3）通過構(gòu)建作戰(zhàn)活動(dòng)視圖OV-5，可以直觀描述完成作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)所涉及的作戰(zhàn)過程及主要作戰(zhàn)活動(dòng)，并明確作戰(zhàn)活動(dòng)的輸入輸出等內(nèi)容；

4）通過構(gòu)建作戰(zhàn)資源流OV-2，可以直觀地描述作戰(zhàn)過程中作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)連接和信息交互情況；

5）通過構(gòu)建作戰(zhàn)事件跟蹤描述和狀態(tài)轉(zhuǎn)換視圖OV-6，可以直觀地描述作戰(zhàn)活動(dòng)發(fā)生順序、相互關(guān)聯(lián)以及作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)變化情況；

6）通過形成作戰(zhàn)資源流矩陣OV-3，可以以表格形式描述作戰(zhàn)活動(dòng)之間信息要素、信息節(jié)點(diǎn)以及信息交換內(nèi)容。

3 空地協(xié)同作戰(zhàn)視圖

3.1 高級作戰(zhàn)概念圖（OV-1）

OV-1 是對空地協(xié)同作戰(zhàn)的一種圖形描述，從宏觀角度描述空地協(xié)同作戰(zhàn)概念及背景，用于不同層次的決策者和設(shè)計(jì)者的溝通交流。根據(jù)空地協(xié)同作戰(zhàn)過程的描述，可將作戰(zhàn)過程抽象為一個(gè)OODA環(huán)過程，即分為O（observation）、O（orient）、D（decision）、A（action）4 個(gè)階段，主要參與對象包括了高級指揮中心、中級指揮中心、空基平臺（探測系統(tǒng)）、地面防空武器系統(tǒng)（含地面探測制導(dǎo)系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和火力抗擊系統(tǒng)）等，如圖1 所示。

圖1 高級作戰(zhàn)概念Fig.1 High-level combat concept

3.2 組織關(guān)系圖（OV-4）

OV-4 將空地協(xié)同作戰(zhàn)過程中各級組織作為節(jié)點(diǎn)，對它們之間的指揮關(guān)系、各級組織以節(jié)點(diǎn)的形式進(jìn)行展示，如圖2 所示。

圖2 組織機(jī)構(gòu)關(guān)系Fig.2 Organizational relationship

其中，高級指揮中心主要負(fù)責(zé)戰(zhàn)略決策，傳達(dá)作戰(zhàn)任務(wù)；中級指揮中心主要根據(jù)下發(fā)的作戰(zhàn)任務(wù)，結(jié)合自身實(shí)際情況制定作戰(zhàn)方案，下達(dá)作戰(zhàn)命令；地面防空武器系統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)和空基平臺領(lǐng)受空地協(xié)同作戰(zhàn)命令，實(shí)施空地協(xié)同作戰(zhàn)。

3.3 作戰(zhàn)活動(dòng)圖（OV-5）

OV-5 主要描述完成空地協(xié)同作戰(zhàn)目標(biāo)所涉及的作戰(zhàn)活動(dòng)，分為OV-5a（作戰(zhàn)活動(dòng)分解樹）和OV-5b（作戰(zhàn)活動(dòng)模型）兩種視圖。

1）采用分層結(jié)構(gòu)對作戰(zhàn)活動(dòng)進(jìn)行逐層分解，結(jié)合OODA 環(huán)過程［10］，形成OV-5a 視圖，如下頁圖3所示。

圖3 作戰(zhàn)活動(dòng)分解樹Fig.3 Decomposition tree of combat activities

觀察階段：地面防空武器系統(tǒng)和空基平臺根據(jù)受領(lǐng)的空地協(xié)同作戰(zhàn)任務(wù)，完成通信建鏈，地面防空武器系統(tǒng)地面探測制導(dǎo)系統(tǒng)和空基平臺對作戰(zhàn)空域內(nèi)目標(biāo)進(jìn)行探測及跟蹤，并將目標(biāo)信息傳遞至指揮控制系統(tǒng)；

判斷階段：地面防空武器系統(tǒng)接收不同信息源目標(biāo)信息，并進(jìn)行融合處理，選出需要空地協(xié)同攔截的目標(biāo)，并向空基平臺發(fā)送協(xié)同攔截目標(biāo)信息；其余目標(biāo)交由地面探測制導(dǎo)系統(tǒng)持續(xù)跟蹤；

決策階段：空基平臺優(yōu)先保障協(xié)同攔截目標(biāo)；地面防空武器系統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)利用空基平臺下發(fā)的協(xié)同攔截目標(biāo)信息，完成射擊諸元計(jì)算，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入地面防空武器系統(tǒng)火力攔截區(qū)域后，向火力攔截平臺下達(dá)地空導(dǎo)彈發(fā)射命令；

行動(dòng)階段：地面防空武器系統(tǒng)發(fā)射防空導(dǎo)彈，實(shí)施攔截；空基平臺持續(xù)提供目標(biāo)信息，支持防空導(dǎo)彈的制導(dǎo)交班過程；彈目遭遇后，空基平臺進(jìn)行射擊效果評估，并向地面防空武器系統(tǒng)通報(bào)，地面防空武器系統(tǒng)視情啟動(dòng)二次攔截或轉(zhuǎn)移火力。

2）對各種作戰(zhàn)活動(dòng)的輸入流、輸出流進(jìn)行描述，梳理各作戰(zhàn)活動(dòng)之間時(shí)序關(guān)系，形成OV-5b 視圖，如圖4 所示。

圖4 作戰(zhàn)活動(dòng)模型Fig.4 Models of combat activities

3.4 作戰(zhàn)資源流（OV-2）

OV-2 主要用于對作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行歸類，并明確節(jié)點(diǎn)間的信息交互，是對OV-5 作戰(zhàn)視圖的歸納描述，如圖5 所示。

圖5 作戰(zhàn)資源流Fig.5 Flow of combat resources

3.5 作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換/事件追蹤圖（OV-6）

OV-6b 用于描述空地協(xié)同作戰(zhàn)過程中自身狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，如圖6 所示，若攔截成功，則作戰(zhàn)結(jié)束或火力轉(zhuǎn)移，否則，繼續(xù)進(jìn)行攔截。

圖6 狀態(tài)轉(zhuǎn)移描述Fig.6 Description of state transition

OV-6c 主要描述空地協(xié)同作戰(zhàn)過程中重要節(jié)點(diǎn)（空基平臺、指揮控制中心和地面防空武器系統(tǒng)等）之間的信息狀態(tài)時(shí)序邏輯，用于定義接口關(guān)系，保證各個(gè)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)具備必要的信息進(jìn)行合理對接，如圖7 所示。

圖7 事件跟蹤描述Fig.7 Description of event tracking

3.6 作戰(zhàn)資源流矩陣（OV-3）

OV-3 主要是以表格形式描述信息交換內(nèi)容，確定作戰(zhàn)活動(dòng)之間所使用的作戰(zhàn)信息要素以及節(jié)點(diǎn)，如下頁表2 所示。

表2 作戰(zhàn)資源流矩陣Table 2 Flow matrix of combat resources

4 作戰(zhàn)模型自洽性驗(yàn)證

采用符合DODAF2.0 框架標(biāo)準(zhǔn)的體系架構(gòu)設(shè)計(jì)仿真工具，在可視化建模環(huán)境中完成基于DODAF作戰(zhàn)視圖的作戰(zhàn)模型設(shè)計(jì)，并通過動(dòng)態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換（如圖8 所示）和動(dòng)態(tài)時(shí)序描述（如圖9 所示）仿真，對作戰(zhàn)模型的邏輯設(shè)計(jì)合理性進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。

圖8 動(dòng)態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換Fig.8 Dynamic state transition

圖9 動(dòng)態(tài)時(shí)序描述Fig.9 Description of dynamic sequence

5 結(jié)論

本文以空地協(xié)同作戰(zhàn)過程為基礎(chǔ)，并結(jié)合DODAF 作戰(zhàn)視圖特點(diǎn)，構(gòu)建了基于DODAF 作戰(zhàn)視圖的空地協(xié)同作戰(zhàn)模型（OV-1、OV-4、OV-5、OV-2、OV-6、OV-3）。多視圖描述了作戰(zhàn)體系中各系統(tǒng)、節(jié)點(diǎn)之間的組織關(guān)系、作戰(zhàn)活動(dòng)、作戰(zhàn)資源等內(nèi)容，相較于傳統(tǒng)的作戰(zhàn)過程設(shè)計(jì)，一方面，能夠?yàn)榈乜諏?dǎo)彈武器系統(tǒng)以及各分系統(tǒng)提供較為全面且直觀、易于理解的作戰(zhàn)模型，便于決策者或設(shè)計(jì)者之間的溝通交流；另一方面，通過構(gòu)建作戰(zhàn)模型以及信息交互、作戰(zhàn)邏輯關(guān)系自洽驗(yàn)證，可為后續(xù)的系統(tǒng)優(yōu)化、頂層設(shè)計(jì)和裝備研制提供一定的參考。