許雪梅

(遼寧葫蘆島92493部隊98分隊 葫蘆島 125000)

引 言

試驗與訓練使能體系結構TENA(Test and Training Enabling Architecture)是美國國防部開發(fā)的面向試驗與訓練領域的公共體系結構，其目的是搭建一個指導三軍各靶場裝設備(軟硬件)建設的總體規(guī)范框架，促進實現(xiàn)三軍各靶場之間資源的互用性、重用性和可組合性，以便能根據(jù)具體任務要求快速、高效地建立一個無邊界靶場，更好地完成網絡中心戰(zhàn)環(huán)境下的信息化武器系統(tǒng)的研制、試驗、訓練和演習等任務。我國靶場分布地域廣闊，通常按照型號、任務劃分形成各試驗區(qū)域獨立建設、自成體系的建設格局，難以適應我國基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)能力建設需求，因此我國靶場借鑒美軍TENA，實現(xiàn)資源的互聯(lián)互通互操作、重用和可組合，進而促進靶場要素融合、資源整合、系統(tǒng)綜合、區(qū)域聯(lián)合、功能聚合，將對靶場信息化建設和未來跨區(qū)聯(lián)合試驗訓練演練、一體化試驗訓練演練具有重要意義。

1 TENA的背景

TENA的提出具有深厚的需求背景。多年來美國國防部投資建設了大量試驗訓練靶場。這些靶場地理位置分散，大多以軍種為中心且各靶場試驗訓練能力很強，但通常只提供單一服務，呈“煙囪式”獨立發(fā)展，不僅造成大量項目的重復建設，還嚴重阻礙了靶場之間的互操作和資源重用，影響了靶場經濟高效的發(fā)展;而且試驗與訓練面臨諸多挑戰(zhàn)，特別是要求能在聯(lián)合環(huán)境下最大限度地考核武器系統(tǒng)的性能和效能或者按實際作戰(zhàn)方式對作戰(zhàn)部隊進行訓練，這就要求必須更加高效利用已有的試驗訓練資源?；诖?，同時考慮到未來作戰(zhàn)與訓練概念嚴重依賴于網絡中心戰(zhàn)能力，美國國防部認為迫切需要在試驗與訓練領域建立一種能克服當前“煙囪式”設計、實現(xiàn)靶場資源之間互操作、重用和可組合的新技術基礎。于是便發(fā)起了“基礎倡議2010”(簡稱“FI2010”，F(xiàn)oundation Initiative 2010)工程，授權開發(fā)基礎體系結構和技術，目標是為構建滿足未來幾十年軍事需求的試驗與訓練無邊界靶場提供體系結構和技術支撐?！癋I2010”工程在借鑒多種體系結構的研究和應用成果的基礎上定義了TENA。TENA就是從公共體系結構方面為無邊界靶場的實現(xiàn)提供總體規(guī)劃和技術標準，以經濟有效的方式提供互操作能力，并根據(jù)具體任務需要將分布在各靶場中的試驗、訓練、仿真、高性能計算能力進行集成，構建試驗與訓練的無邊界靶場[1]。

TENA專注于靶場試驗與訓練領域的特定需求，較分布交互式仿真DIS(Distributed Interactive Simulation)、建模仿真高層體系結構HLA(High Level Architecture)具有更強的針對性，能提供包含DIS與HLA以外的更多功能[1](如圖1所示)，對于實現(xiàn)網絡中心戰(zhàn)環(huán)境下的試驗和訓練具有重要的促進作用，其思想和技術對于解決試驗訓練領域所面臨的需求和挑戰(zhàn)具有重要意義。

圖1 TENA、HLA和DIS的功能比較

2 TENA的內涵

2.1 體系結構的重要性

基于體系結構的開發(fā)已經成為通用工程實踐的一部分。對于某個應用領域來說，如果沒有一個整體的體系結構，任何新系統(tǒng)的開發(fā)將變成一個跟其他的項目或整個業(yè)界的目標和戰(zhàn)略關系不大的單個“點方案”，從而導致許多煙囪式的系統(tǒng);沒有一個體系結構就沒有一種建設大規(guī)模系統(tǒng)或體系的機制。反之，如果基于一個公共的體系結構，任何新開發(fā)的系統(tǒng)都不只是簡單解決特定環(huán)境下的特殊問題，而是可以解決體系下的公共問題。體系結構是系統(tǒng)需求與系統(tǒng)設計之間的橋梁，是系統(tǒng)設計與實現(xiàn)的藍圖。因此在建設大系統(tǒng)或體系前首先明確一個公共體系結構對避免重復建設、解決互聯(lián)互通互操作問題、發(fā)揮整體效益等方面具有重要作用。

2.2 TENA 的組成

TENA概覽圖如圖2所示[1]。靶場應用資源主要包括顯示系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、硬件在回路實驗室以及其他系統(tǒng)，是組成特定任務系統(tǒng)的基本單位。TENA工具是指某些通?？芍赜玫陌袌鰬觅Y源，如管理與監(jiān)控系統(tǒng)、分析與評估等。TENA中間件是公共軟件基礎設施，負責運行期間所有靶場應用之間的通信，這種通信的主體是無邊界靶場對象模型中所定義的對象集，這些對象是可重用的。TENA資源倉庫主要存儲對象模型及相關信息，對象模型是實現(xiàn)互操作的一個關鍵機制。數(shù)據(jù)檔案主要存儲由數(shù)據(jù)采集器收集的事件前、事件中、事件后產生的各類信息。資源倉庫和數(shù)據(jù)檔案通過TENA中間件進行訪問。靶場應用資源、工具、實用程序通過TENA中間件發(fā)布某些TENA對象并訂購其他的TENA對象。網關負責執(zhí)行TENA對象與非TENA系統(tǒng)所使用的標準和協(xié)議之間的轉換。

圖2 TENA概覽圖

2.3 TENA實現(xiàn)的功能

“FI2010”工程提出了四類高層需求，分別是支持正在出現(xiàn)的作戰(zhàn)概念;支持對新武器系統(tǒng)的完全試驗;減少靶場費用，特別是公共資源的費用;支持將建模與仿真集成到基于仿真的采辦環(huán)境中?；谶@些高層需要，“FI2010”工程將焦點集中在為靶場提供高效益的系統(tǒng)間互操作和新系統(tǒng)開發(fā)上。實現(xiàn)此目標的機制是使用一個公共的體系結構，即TENA。因此，TENA需要實現(xiàn)以下功能:

①技術功能

互操作——原有各自獨立開發(fā)的組件或系統(tǒng)通過信息交互機制一起工作，使其功能互補，共同實現(xiàn)所定義的目標。

重用性——在互操作條件下使原有規(guī)定性能的組件或系統(tǒng)在超出原設計使用環(huán)境下應用。

可組合——將可挑選的各種互操作、重用的組件或系統(tǒng)靈活快捷地組合成為所需要的新系統(tǒng)。

②運作功能

支持無邊界靶場的實現(xiàn)，包括對貫穿整個事件生命周期軟件和數(shù)據(jù)的管理;支持在網絡中心戰(zhàn)環(huán)境下進行試驗和訓練;支持以高效益的方式快速開發(fā)、配置和應用無邊界靶場;逐步配置，能在不妨礙當前靶場運行情況下與非TENA系統(tǒng)交互;廣泛滿足各種類型的靶場通用系統(tǒng)的運行性能需求，這些系統(tǒng)包括傳感器、顯示、控制系統(tǒng)、環(huán)境表示、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)、分析工具、數(shù)據(jù)存檔及其他系統(tǒng)。

3 TENA的研究現(xiàn)狀

3.1 TENA在美軍的應用情況

美軍一直嘗試在武器試驗靶場進行基于近似實戰(zhàn)環(huán)境下的試驗和訓練，目前TENA已廣泛應用于美軍聯(lián)合試驗和訓練中，如“千年挑戰(zhàn)2002”、“聯(lián)合紅旗2005”、“嚴峻挑戰(zhàn)2006”、“集中火力2007”等[2]。

①“千年挑戰(zhàn)2002”聯(lián)合試驗

2002年7月進行的“千年挑戰(zhàn)2002”聯(lián)合試驗演練采用了實兵實裝與計算機作戰(zhàn)模擬相結合的方式，20%的戰(zhàn)斗由實兵實裝在9個軍事基地進行，80%的戰(zhàn)斗則是使用多種作戰(zhàn)模擬系統(tǒng)在18個模擬戰(zhàn)場上實現(xiàn)，有效運用TENA技術和產品將多個靶場的試驗和訓練資源有機集成在一起(如圖3所示)，成功演示了TENA通過保密的網際協(xié)議路由器網絡和通過租借廣域網通信運行的能力。

圖3 基于TENA的“千年挑戰(zhàn)2002”靶場集成示意圖

2005年3月啟動的多靶場、多軍種參與的“聯(lián)合紅旗2005”軍事演習，涉及實兵、虛擬、構造等多種要素，是一次大規(guī)模的實兵與仿真相結合的聯(lián)合演練。在演習期間，TENA作為實現(xiàn)不同實體之間互操作的數(shù)據(jù)交換體系，應用在80余臺計算機上，運行24種不同的數(shù)據(jù)收集、顯示和分析應用，連接了內達華州內利斯空軍基地、新墨西哥州白沙導彈靶場、德克薩斯州布利斯堡協(xié)調中心、位于佛羅里達州的聯(lián)合演習控制小組以及位于弗吉尼亞州的聯(lián)合訓練分析與仿真中心等多個部門，如圖4所示。聯(lián)合演習控制小組將通過TENA接收的真實作戰(zhàn)傳感器信息、靶場信息以及仿真生成的信息同時顯示在公共作戰(zhàn)畫面上，實時顯示對整個試驗戰(zhàn)場的態(tài)勢感知[2]。

圖4 基于TENA的“聯(lián)合紅旗2005”系統(tǒng)集成示意圖

3.2 國內TENA的研究現(xiàn)狀

目前國內多家科研院所都在致力于TENA相關技術的研究和相關產品的研發(fā)工作，力圖在國內軍事領域占有一席之地。隨著對TENA的深入研究和自主產品的研發(fā)，軍內不少單位已應用或開始關注基于TENA的應用。據(jù)了解，個別科研院所已參照TENA自主研發(fā)了系列產品，并已得到應用。如哈爾濱某大學將自主研發(fā)的產品應用于戰(zhàn)術導彈實驗室，通過TENA中間件實現(xiàn)了以某導彈試驗為背景的外場實裝、半實物和內場仿真間的互聯(lián)互通互操作，為近似實戰(zhàn)環(huán)境下的武器裝備性能考核特別是邊界條件考核提供了新模式。北京某系統(tǒng)工程技術開發(fā)公司自主研發(fā)的聯(lián)合試驗與訓練支撐平臺產品已應用于某裝備流程試驗及訓練系統(tǒng)，通過TENA中間件將外場實裝接入某裝備一體化流程推演平臺，實現(xiàn)實裝與仿真的交互，提高訓練的逼真度。

4 TENA在我國靶場的應用設想

4.1 我國靶場采用TENA的必要性

TENA是專門針對靶場試驗與訓練領域而設計的，因此我國靶場采用TENA技術是適合的，也是非常必要的。

①我國靶場經過幾十年的建設，裝備資源豐富，基礎設施逐步完善，但存在資源利用率不高、重復建設的問題。為此，需要盡可能開發(fā)公用資源，提高資源的使用效率，使得資源應用經濟高效。

②隨著武器裝備的發(fā)展，要求對武器裝備考核全面且接近實戰(zhàn)，特別是邊界條件考核急需我國靶場在現(xiàn)有資源的基礎上實現(xiàn)跨部門、跨區(qū)域聯(lián)合，實現(xiàn)實裝、半實物、仿真資源的有效聯(lián)合。

③聯(lián)合試驗訓練的規(guī)模和范圍超出了現(xiàn)有我國靶場任一試驗區(qū)域的能力，必須將各試驗區(qū)的資源有效整合，才能滿足聯(lián)合試驗訓練的需求。

④為了降低投資風險，提高試驗訓練綜合保障能力，需要以模型和仿真為紐帶建立跨功能、跨階段、跨部門的協(xié)同環(huán)境，進行一體化研究、開發(fā)、試驗和訓練，突出“仿真、試驗和評估過程”，通過“模型——試驗——模型”的方法獲得經過試驗驗證的模型，促進模型和仿真更好地應用于我國靶場試驗訓練領域。

綜上分析可以看出，只有將TENA賦予的互操作、重用和可組合特性引入我國靶場，建立與TENA相仿的我國靶場公共體系結構，并將其作為必須共同遵循的標準規(guī)范，才能實現(xiàn)真正意義上的聯(lián)合試驗訓練，實現(xiàn)多功能信息化靶場。

4.2 TENA在我國靶場的應用設想

參照TENA，設計靶場公共體系結構概覽圖如圖5所示。

圖5 靶場公共體系結構概覽圖

①中間件

公共體系結構實時運行中間件是連接資源應用、資源倉庫、數(shù)據(jù)檔案庫、工具、網關等的紐帶，支持互操作、實時、面向對象的分布系統(tǒng)應用的建立。中間件設計的目標是提供通用化的、靈活的、實現(xiàn)各種資源間可互操作、可重用、可組合的平臺，并能為靶場所有系統(tǒng)提供一致的接口規(guī)范。中間件主要提供系統(tǒng)管理服務、聲明管理服務、對象管理服務、時間管理服務、所有權管理服務、數(shù)據(jù)分發(fā)管理服務和安全管理服務等，提供以匿名訂購發(fā)布為機制的數(shù)據(jù)交換機制，支持以動態(tài)加載模式擴展的遠程資源訪問接口。

②資源倉庫

資源倉庫本質上是一個龐大的、統(tǒng)一的、安全的、由數(shù)據(jù)庫組成的數(shù)據(jù)庫，以分布式形式部署。它呈現(xiàn)給用戶的是一個單一的“邏輯”倉庫，能夠為不同種類的試驗訓練任務及系統(tǒng)使用相關資源提供接口機制。資源倉庫主要存儲靶場中所有可用資源的實際配置地址、信息索引、對象模型等。這些可用資源包括各種實物/半實物/虛擬的裝備資源、用于任務過程顯示和指揮控制的多種顯控資源、數(shù)據(jù)獲取和處理資源以及其他通用資源。這些資源是構建靶場任務系統(tǒng)的基礎，在構建任務系統(tǒng)時可根據(jù)具體的需求從資源倉庫中選取合適的靶場資源對象模型，并通過對象模型訪問實際的靶場資源。

③數(shù)據(jù)檔案庫

數(shù)據(jù)檔案庫實際上是一個高性能的、分布式的、按時序組織的數(shù)據(jù)庫，用于存儲任務過程記錄的數(shù)據(jù)、分析處理得到的結果以及支持靶場任務系統(tǒng)的相關構建信息(如任務系統(tǒng)方案、任務系統(tǒng)配置信息、初始化信息等)，它是靶場應用資源之間非實時通信的主要手段。數(shù)據(jù)檔案由三類底層數(shù)據(jù)庫組成:本地數(shù)據(jù)檔案，主要存儲靶場資源應用;公共數(shù)據(jù)檔案，主要存儲公共的靶場對象模型信息，包括狀態(tài)分布對象的公共狀態(tài)、公共消息、公共數(shù)據(jù)流等，公共數(shù)據(jù)檔案可運行在一臺計算機上，也可運行在多臺計算機上;數(shù)據(jù)檔案索引服務器，它包含其他數(shù)據(jù)檔案中的數(shù)據(jù)指針及有關這些數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)目錄和數(shù)據(jù)目錄，用于快速查詢和分析。元數(shù)據(jù)目錄是為數(shù)據(jù)提供含義和標準化解釋而建立的目錄，涵蓋了各種主要的描述數(shù)據(jù)的內容。數(shù)據(jù)目錄主要是為實例化數(shù)據(jù)的共享、指示、定位和檢索服務而建立的目錄。

④網關

網關負責將不兼容系統(tǒng)轉換成兼容的系統(tǒng)，即負責標準和協(xié)議所需要的任何轉換，并提供異構系統(tǒng)或網絡之間的物理連接。利用網關可以實現(xiàn)外部資源的獲取和調用。網關的本質就是協(xié)議轉換器。

⑤工具

工具主要包括資源封裝工具、資源倉庫管理工具、數(shù)據(jù)采集與回放工具及數(shù)據(jù)檔案庫管理工具等。

資源封裝工具是為在公共體系結構下實現(xiàn)各種資源的互操作、重用和可組合，按照統(tǒng)一模式對資源進行描述和封裝的一種工具，可實現(xiàn)資源模型的開放描述、資源設備的快速接入、資源操控的標準模式等。

資源倉庫管理工具用于管理和控制資源倉庫，使得用戶能夠與資源倉庫進行交互，可查看倉庫中所有資源的相關信息;添加、刪除、更新相關資源信息;輔助備份資源倉庫;管理倉庫的安全;以B/S(瀏覽器/服務器)模式操控遠程設備;執(zhí)行資源分類統(tǒng)計及報表生成等。

數(shù)據(jù)采集與回放工具通過元數(shù)據(jù)對待采集的數(shù)據(jù)格式進行定義，支持多節(jié)點多數(shù)據(jù)并行采集功能，可為采集數(shù)據(jù)加入時戳標志，使數(shù)據(jù)具有時序特征，同時支持數(shù)據(jù)回放功能。

數(shù)據(jù)檔案庫管理工具實現(xiàn)對數(shù)據(jù)檔案的管理和控制。用戶能夠查看、備份、恢復、刪除和管理數(shù)據(jù)檔案中所有任務規(guī)劃、任務方案、任務數(shù)據(jù)及其元數(shù)據(jù)信息，管理數(shù)據(jù)檔案的安全等。

⑥靶場資源應用

靶場資源是構建靶場資源應用的基礎，靶場資源應用是構建靶場任務系統(tǒng)的基本單元。其中靶場資源主要包括測量控制、通信網絡、靶標與環(huán)境模擬、對海警戒與電子對抗、氣象水文與測繪導航、計量與信息保障、仿真與分析評定、安全保密等基礎設施以及環(huán)境庫、裝備庫、方案庫、模型庫、算法庫和其他資源等;靶場資源應用主要包括實裝類、半實物類、仿真類以及指控與顯示應用、分析與評估應用和裝備管控應用等。在靶場資源應用內部，各種靶場資源封裝的組件之間可以通過公共組件接口規(guī)范實現(xiàn)信息交互。在任務系統(tǒng)內部，靶場資源應用通過中間件提供的訂購發(fā)布機制實現(xiàn)資源應用間的信息交互，從而實現(xiàn)靶場資源的可組合應用。因此通過靶場公共體系結構，采用組件化設計模式對所需資源進行封裝，有利于按照任務需求快速構建相應的任務系統(tǒng)，促進裝備或系統(tǒng)的互聯(lián)互通互操作、重用和可組合。

5 結束語

借鑒TENA技術，建設和發(fā)展適應我國靶場未來需求的試驗訓練公共體系結構，將對未來一體化聯(lián)合試驗訓練以及靶場信息化建設產生重要影響，對提高靶場基于信息系統(tǒng)體系的軍事能力具有重要作用。

[1]王國玉，馮潤明，陳永光.無邊界靶場[M].北京:國防工業(yè)出版社，2007.

[2]徐忠富，等.TENA的現(xiàn)狀和展望[J].系統(tǒng)仿真學報，2008，20(23):6325～6329.