袁譽(yù)紅， 周 寧， 羅瑞評(píng)， 趙華維

（①重慶通信學(xué)院，重慶400035；②61226部隊(duì)，北京 100079）

0 引言

隨著無(wú)線電技術(shù)的廣泛應(yīng)用和新業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的技術(shù)分析手段已難于滿足當(dāng)前復(fù)雜電磁環(huán)境下電磁頻譜管理的需求。高效、精確的仿真技術(shù)成為支援電磁頻譜管理的一種新型的技術(shù)分析手段[1]。美國(guó)、英國(guó)、瑞典等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)電磁頻譜管理仿真技術(shù)[2]的研究應(yīng)用已有二十余年，中國(guó)在《國(guó)家無(wú)線電管理“十二五”規(guī)劃》中也明確提出建立頻譜分析預(yù)測(cè)仿真系統(tǒng)以提高電磁兼容分析能力。

技術(shù)發(fā)展驅(qū)動(dòng)管理變革，建立電磁頻譜管理仿真系統(tǒng)是電磁頻譜管理仿真（以下簡(jiǎn)稱“頻管仿真”）技術(shù)的有效實(shí)現(xiàn)方式。文獻(xiàn)[1-3]對(duì)頻管仿真系統(tǒng)的重要性、仿真內(nèi)容作了初步探索。然而頻管仿真系統(tǒng)構(gòu)成要素眾多、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了能準(zhǔn)確描述系統(tǒng)的軍事需求、總體結(jié)構(gòu)，迫切需要運(yùn)用科學(xué)的方法進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠使系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)“畫出來(lái)”、“說(shuō)清楚”、“看明白”[4]。

1 頻管仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)概述

體系結(jié)構(gòu)是用來(lái)明確系統(tǒng)組成單元的結(jié)構(gòu)及其關(guān)系，以及指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和演進(jìn)的原則與指南，涵蓋了系統(tǒng)組成單元的結(jié)構(gòu)，組成單元之間的交互關(guān)系、約束、行為，以及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、演化原則等方面的內(nèi)容[4]。它由組成單元的結(jié)構(gòu)、組成單元之間的關(guān)系、制約組成單元的原則與指南這3個(gè)要素構(gòu)成。體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)早期設(shè)計(jì)決策的體現(xiàn)，比后續(xù)的詳細(xì)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、維護(hù)更為重要，對(duì)系統(tǒng)生命周期的影響范圍最大，是整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)成敗的關(guān)鍵。

頻管仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是在電磁頻譜管理者、系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和系統(tǒng)維護(hù)者就系統(tǒng)建設(shè)達(dá)成共識(shí)的基礎(chǔ)上，依據(jù)體系結(jié)構(gòu)框架理論，采用多視圖模型，對(duì)頂層設(shè)計(jì)中系統(tǒng)的組織構(gòu)成和相互關(guān)系的描述。頻管仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)的依據(jù)規(guī)范，是系統(tǒng)集成或深化的依據(jù)和指南。

2 頻管仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

美國(guó)、英國(guó)、北約等軍事強(qiáng)國(guó)（集團(tuán)）對(duì)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和開發(fā)的基礎(chǔ)方法、遵循規(guī)則做了專門研究，形成了各種體系結(jié)構(gòu)框架以指導(dǎo)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。目前，較為成熟的體系結(jié)構(gòu)框架有美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架（DOD Architecture Framework）、英國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架（UK Ministry of Defense Architectural Framework）、北約體系結(jié)構(gòu)框架。美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架共經(jīng)歷了C4ISR 1.0、C4ISR 2.0、DOD AF 1.0、DOD AF 1.5和DOD AF 2.0這5個(gè)發(fā)展階段[5]。2009 年8月發(fā)布的DOD AF 2.0[6]體系結(jié)構(gòu)框架，在前幾個(gè)版本的基礎(chǔ)上，由以產(chǎn)品為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕畔橹行?，并更注重?duì)國(guó)防部網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)略的支持。但DOD AF 2.0共含有50多個(gè)體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，在實(shí)際應(yīng)用中原則性和操作性太強(qiáng)。英國(guó)國(guó)防部在借鑒美國(guó)體系結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)之上，融入本國(guó)的實(shí)際和新的思維，提出相應(yīng)的MOD AF 1.0、1.2，相比于DOD AF 1.5，MOD AF 1.2[7]新增了一個(gè)服務(wù)視圖，服務(wù)視圖由專門體現(xiàn)面向服務(wù)思想的產(chǎn)品組建而成，但其缺乏對(duì)服務(wù)視圖描述產(chǎn)品的底層數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系描述。北約組織在DOD AF和MOD AF研究基礎(chǔ)上結(jié)合北約各國(guó)家在未來(lái)“網(wǎng)絡(luò)化使能作戰(zhàn)(Network Enable Operation) ”中的聯(lián)合作戰(zhàn)需求提出了北約體系結(jié)構(gòu)框架 NATO AF 1.0、2.0、3.0。NATO AF 3.0借鑒了MOD AF中的服務(wù)視圖的描述方法，但北約體系結(jié)構(gòu)在視圖產(chǎn)品之間的關(guān)系描述存在不足，特別是缺乏服務(wù)視圖與作戰(zhàn)視圖、系統(tǒng)視圖等其他視圖產(chǎn)品之間的關(guān)系描述。

經(jīng)過(guò)多年的研究實(shí)踐，在借鑒國(guó)外研究成果的基礎(chǔ)上，我軍提出了“作戰(zhàn)—系統(tǒng)—信息—技術(shù)”軍事信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框架[8]。與其他體系結(jié)構(gòu)框架相比，我軍的體系結(jié)構(gòu)框架在克服上述框架不足的基礎(chǔ)上，對(duì)體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品進(jìn)行了精簡(jiǎn)，對(duì)各視圖的內(nèi)容作了針對(duì)性的豐富，突出信息資源管理與規(guī)劃的重要作用，突出視圖間的結(jié)構(gòu)關(guān)系和體系結(jié)構(gòu)驗(yàn)證評(píng)估的作用，結(jié)構(gòu)模型的表現(xiàn)形式更符合我軍表達(dá)習(xí)慣，并已得到一定的普及和推廣。綜上考慮，我軍軍事信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框架更能清晰、有效地指導(dǎo)頻管仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

3 頻管仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于頻管仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，結(jié)合我軍軍事信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框架的設(shè)計(jì)方法和規(guī)則，頻管仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)模型主要由全視圖、作戰(zhàn)視圖、系統(tǒng)視圖、信息視圖和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)視圖5大視圖組成，其結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1所示，具體內(nèi)容如下[8-10]。

圖1 電磁頻譜管理仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)視圖模型

3.1 全視圖

頻管仿真系統(tǒng)的全視圖（All View）提供與整個(gè)體系結(jié)構(gòu)描述有關(guān)的信息，限定開發(fā)該仿真系統(tǒng)的目的、意義、背景、目標(biāo)、產(chǎn)出對(duì)象、建設(shè)系統(tǒng)的規(guī)則等。頻管仿真系統(tǒng)的建設(shè)背景是頻管在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防軍事應(yīng)用中的重要地位日益突出，而傳統(tǒng)的實(shí)測(cè)分析技術(shù)又難于實(shí)現(xiàn)頻管的目標(biāo)——抑制用頻沖突的出現(xiàn)，因此亟需建立頻管仿真系統(tǒng)以革新技術(shù)分析手段。建設(shè)頻管仿真系統(tǒng)的目的就是盡可能地用仿真技術(shù)解決頻管中的技術(shù)分析問(wèn)題，以提高頻管技術(shù)分析的能力和效率。頻管仿真系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是能夠完成頻譜資源規(guī)劃中新型用頻體制、用頻設(shè)備和用頻業(yè)務(wù)之間頻譜特性的兼容共用性問(wèn)題分析；完成預(yù)設(shè)臺(tái)站部署、用頻計(jì)劃的兼容性分析；完成用頻預(yù)案、電磁頻譜管制預(yù)案的兼容性分析；具有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、融合多源信息、開放與共享、重構(gòu)和擴(kuò)展的能力，為用頻設(shè)備研制、使用，頻管計(jì)劃的分析論證以及其他頻管實(shí)驗(yàn)室提供權(quán)威一致的仿真數(shù)據(jù)支持與服務(wù)。

3.2 作戰(zhàn)視圖

作戰(zhàn)視圖（Operation View）是從系統(tǒng)完成的任務(wù)、行動(dòng)、環(huán)節(jié)出發(fā)，清楚、完整地描述頻管任務(wù)對(duì)系統(tǒng)的需求，為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。作戰(zhàn)視圖包括作戰(zhàn)構(gòu)想圖、作戰(zhàn)活動(dòng)模型、作戰(zhàn)轉(zhuǎn)換圖等。作戰(zhàn)視圖的描述便于系統(tǒng)視圖明確系統(tǒng)的功能模塊組成，便于信息視圖明確作戰(zhàn)體系與信息的關(guān)系。頻管仿真系統(tǒng)的作戰(zhàn)視圖模型是從支援用頻全過(guò)程管理控制和完成對(duì)應(yīng)技術(shù)分析能力的視角對(duì)頻管仿真系統(tǒng)進(jìn)行的分析描述。系統(tǒng)的功能任務(wù)是面向用頻設(shè)備的頻譜資源規(guī)劃和面向用頻設(shè)備使用的用頻籌劃，對(duì)應(yīng)的任務(wù)環(huán)節(jié)分別為頻譜資源規(guī)劃分析、設(shè)備頻譜特性參數(shù)共用性分析、設(shè)備頻譜特性參數(shù)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的態(tài)勢(shì)分析、用頻臺(tái)站間電磁兼容性分析、用頻計(jì)劃頻率沖突分析、電磁頻譜管制計(jì)劃效果分析、用頻干擾綜合分析等。每一任務(wù)環(huán)節(jié)的完成又有相應(yīng)的信息要素支撐。

3.3 系統(tǒng)視圖

系統(tǒng)視圖（System View）是對(duì)支持作戰(zhàn)或業(yè)務(wù)活動(dòng)的系統(tǒng)、系統(tǒng)功能及其相互關(guān)系的描述。系統(tǒng)視圖描述是整個(gè)體系結(jié)構(gòu)描述的核心，是根據(jù)作戰(zhàn)視圖的任務(wù)需求，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)這些需求的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并描述在這個(gè)體系結(jié)構(gòu)中的特定系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和操作。系統(tǒng)視圖包括系統(tǒng)功能分析圖、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖、系統(tǒng)通信實(shí)現(xiàn)方案、系統(tǒng)性能參數(shù)等。根據(jù)任務(wù)需求，頻管仿真系統(tǒng)應(yīng)由一個(gè)綜合管理控制系統(tǒng)和頻譜資源規(guī)劃仿真分系統(tǒng)、空間衛(wèi)星頻率/軌道指配仿真分系統(tǒng)、用頻設(shè)備頻譜特性參數(shù)仿真分析分系統(tǒng)、用頻臺(tái)站電磁兼容仿真分析分系統(tǒng)和用頻籌劃仿真分析分系統(tǒng)5大應(yīng)用分系統(tǒng)組成。支撐應(yīng)用分系統(tǒng)運(yùn)行的共用模塊有建模模塊、電波傳播模型模塊、電磁環(huán)境構(gòu)建模塊、仿真評(píng)估模塊、電磁兼容計(jì)算模塊、輔助決策模塊和結(jié)果數(shù)據(jù)顯示模塊等，支撐系統(tǒng)運(yùn)行和模塊工作的資源應(yīng)有頻譜資源使用數(shù)據(jù)、設(shè)備頻譜特性參數(shù)數(shù)據(jù)、電磁環(huán)境數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)、輔助決策經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和評(píng)估指標(biāo)數(shù)據(jù)等。綜合主控系統(tǒng)和仿真應(yīng)用分系統(tǒng)都基于高層體系結(jié)構(gòu)（HLA，High Level Architecture）的規(guī)則進(jìn)行開發(fā)，以聯(lián)邦成員的形式進(jìn)行聚成便于提高系統(tǒng)的可重用性、可擴(kuò)展性和互聯(lián)性[2]。

3.4 信息視圖

信息視圖（Information View）主要描述系統(tǒng)各類信息資源的交換關(guān)系，通常由信息交換矩陣、信息表示模型和信息存儲(chǔ)模型等組成。信息視圖基于作戰(zhàn)任務(wù)需求和系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)完成系統(tǒng)信息存儲(chǔ)格式和交流細(xì)節(jié)的描述以指導(dǎo)后續(xù)設(shè)計(jì)。頻管仿真系統(tǒng)的信息視圖主要描述頻管仿真系統(tǒng)的內(nèi)部交流信息和頻管仿真系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的外部交流信息。頻管仿真系統(tǒng)內(nèi)部交流信息主要有分系統(tǒng)間的交流信息、分系統(tǒng)與模塊，以及分系統(tǒng)、模塊與基礎(chǔ)資源數(shù)據(jù)的交流。頻管仿真系統(tǒng)的外部交流信息包括外部系統(tǒng)為仿真系統(tǒng)提供的電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、裝備的用頻參數(shù)等，和仿真系統(tǒng)為外部系統(tǒng)提供的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)。在信息交流中，對(duì)于底層的初始化參數(shù)、共用的非交互數(shù)據(jù)可直接由讀取數(shù)據(jù)庫(kù)的方式實(shí)現(xiàn)，而動(dòng)態(tài)變化的生成數(shù)據(jù)、交互命令等則依托于HLA的運(yùn)行支撐環(huán)境（RTI，Run Time Infrastructure）進(jìn)行傳遞。

3.5 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)視圖

技術(shù)視圖（Technology View）是決定系統(tǒng)部件或元素配置、相互作用和相互依存的一組最小的規(guī)則集，提供系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方針和指南。它通過(guò)一批技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)現(xiàn)協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)選項(xiàng)、慣例、規(guī)則準(zhǔn)則來(lái)決定系統(tǒng)視圖的系統(tǒng)服務(wù)、接口和相互關(guān)系。技術(shù)視圖的表現(xiàn)形式為一系列的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)列表。頻管仿真系統(tǒng)主要涉及分布式仿真技術(shù)、用頻設(shè)備建模技術(shù)、視景仿真技術(shù)、效能評(píng)估技術(shù)、電波傳播計(jì)算等，頻管仿真系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)涉及HLA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、系統(tǒng)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、視景顯示標(biāo)準(zhǔn)、信息安全標(biāo)準(zhǔn)等。

頻管仿真系統(tǒng)的5個(gè)視圖在邏輯上構(gòu)成一個(gè)整體，共同描繪出頻管仿真系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。作戰(zhàn)視圖清楚地描述頻管任務(wù)對(duì)仿真系統(tǒng)的需求，為系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)；系統(tǒng)視圖說(shuō)明多個(gè)分系統(tǒng)、模塊如何連接、運(yùn)行，并描述了系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理；信息視圖是系統(tǒng)的“脈搏”，根據(jù)系統(tǒng)視圖導(dǎo)引系統(tǒng)的信息流向；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)視圖描述了系統(tǒng)部件或要素的配置、交互作用和相互依存的最低限度的規(guī)則要求。頻管仿真系統(tǒng)的每一個(gè)視圖描述體系結(jié)構(gòu)的某幾個(gè)特征，視圖的集成為體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了完整性、一致性、連貫性支持。

4 結(jié)語(yǔ)

頻管仿真系統(tǒng)是一個(gè)多功能的復(fù)雜大型系統(tǒng)[11]。在其設(shè)計(jì)過(guò)程中，依據(jù)我軍軍事信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)框架理論，由5個(gè)視圖模型分別從系統(tǒng)建設(shè)背景目標(biāo)、頻管任務(wù)需求、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、系統(tǒng)信息交流和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)支持等方面完整有序地勾勒出頻管仿真系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，很好地解決了系統(tǒng)設(shè)計(jì)中各方人員的交流問(wèn)題，有效地指導(dǎo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、演進(jìn)和使用。

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