趙永，楊麗薇，李為民，肖金科

（1.空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院，西安710051；2.空軍工程大學(xué)科研部，西安710051；3.空軍工程大學(xué)訓(xùn)練部，西安710051）

DoDAF的空地信息下地空導(dǎo)彈混編作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)模型*

趙永1，楊麗薇2，李為民3，肖金科1

（1.空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院，西安710051；2.空軍工程大學(xué)科研部，西安710051；3.空軍工程大學(xué)訓(xùn)練部，西安710051）

針對日趨復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)要求，以DoDAF作戰(zhàn)視圖描述體系結(jié)構(gòu)方法為參考，提出了空地信息下地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)模型。首先概述了DoDAF體系結(jié)構(gòu)框架，分析了軍事概念建模形式化描述語言的優(yōu)缺點；然后確定了作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計思路；最后構(gòu)建了空地信息下地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)模型。研究對空地信息下地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)體系的頂層設(shè)計具有一定的參考價值。

DoDAF，混編作戰(zhàn)，軍事概念建模，作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)，作戰(zhàn)視圖

0　引言

地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)是未來空天防御作戰(zhàn)的重要作戰(zhàn)樣式之一，混編作戰(zhàn)有利于形成高中低空、遠中近程的防御火力配系，對提高地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的生存能力和整體作戰(zhàn)效能具有重要意義［1］。而空地信息的協(xié)同支持則對地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)的作戰(zhàn)效能起到了倍增促進效果。

構(gòu)建合理的體系結(jié)構(gòu)是形成高效作戰(zhàn)能力的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)描述方法在體系的結(jié)構(gòu)、組成以及相互關(guān)系等方面已經(jīng)很難勝任，而美國國防部開發(fā)的體系結(jié)構(gòu)框架（department of defense architectural framework，DoDAF）是一種有效的體系結(jié)構(gòu)描述方法，并且其在作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)分析與描述等方面已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注和研究。

國內(nèi)在體系結(jié)構(gòu)的研究方面以武器裝備的體系結(jié)構(gòu)描述方法居多［2-5］，而對DoDAF運用于相關(guān)作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)的研究較少。因此，本文以DoDAF標準作為系統(tǒng)工程的分析方法，以空地信息下地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)為背景，通過空地信息下地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)過程描述，采用IDEF0、UML等概念建模形式化描述語言分析方法，建立空地信息下地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)模型。

1　DoDAF體系結(jié)構(gòu)框架概述及軍事概念建模形式化描述語言

1.1DoDAF體系結(jié)構(gòu)框架概述

DoDAF定義的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品構(gòu)成了設(shè)計體系結(jié)構(gòu)的基本標準和規(guī)范。DoDAF起源于C4ISR AF 1.0，發(fā)展經(jīng)歷了C4ISR AF2.0和DoDAF 1.0［6］，至今發(fā)展到DoDAF 2.0［7］。2007年4月發(fā)布的DoDAF V1.5版本［8］，主要包括作戰(zhàn)視圖OV、全視圖AV、技術(shù)標準視圖TV和系統(tǒng)與服務(wù)視圖SV等。其中作戰(zhàn)視圖產(chǎn)品由高級作戰(zhàn)概念圖（OV-1），作戰(zhàn)活動描述（OV-5），組織關(guān)系描述（OV-4），作戰(zhàn)節(jié)點連接描述（OV-2），作戰(zhàn)信息交換矩陣（OV-3），作戰(zhàn)規(guī)則描述、作戰(zhàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換描述、作戰(zhàn)事件跟蹤描述（OV-6a～OV-6c）以及邏輯數(shù)據(jù)描述（OV-7）等組成。

1.2軍事概念建模形式化描述語言

軍事概念模型主要是指面向獲取模擬系統(tǒng)的軍事需求以及模擬系統(tǒng)的校核、驗證與驗收（VV&A）的執(zhí)行過程，在通用的語義環(huán)境下，采用軍事專家和技術(shù)專家都能夠理解的沒有爭議的形式化描述語言，對研究所關(guān)注的作戰(zhàn)任務(wù)空間、對實現(xiàn)模擬目標有價值的靜態(tài)實體、實體行為控制規(guī)則以及動態(tài)行為等內(nèi)容進行結(jié)構(gòu)化描述或者半結(jié)構(gòu)化描述的知識集合［9］。其中形式化描述是指對獲取的信息和知識等元素以一致化的結(jié)構(gòu)進行組織，并存儲為知識庫，來達成計算機的智能處理和求解問題。目前以IDEF0、UML、Petri網(wǎng)等軍事概念建模形式化描述語言運用居多，這3種形式化描述語言方法的優(yōu)缺點對比如表1所示［10］。

表1　IDEF0、UML及Petri網(wǎng)主要優(yōu)缺點分析

2　作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計思路

DoDAF定義的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品分別從系統(tǒng)視圖、作戰(zhàn)視圖和技術(shù)視圖描述體系結(jié)構(gòu)。文中采用作戰(zhàn)視圖產(chǎn)品進行體系結(jié)構(gòu)設(shè)計，其開發(fā)順序及其內(nèi)在聯(lián)系如表2所示。對空地信息下地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)進行建模，根據(jù)設(shè)計需要，主要選取DoDAF產(chǎn)品的OV-1、OV-5、OV-4、OV-2、OV-6c、OV-7，其他產(chǎn)品在此略去［11-14］。

3　空地信息下地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)視圖設(shè)計

空地信息下地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)描述為：當敵預(yù)警機、電子干擾機、無人偵察機、作戰(zhàn)飛機等空氣動力學(xué)目標來襲，區(qū)域指揮控制中心迅速啟動應(yīng)急預(yù)案，雷達情報網(wǎng)和空基預(yù)警平臺對目標進行實時監(jiān)控，其得到的目標粗略情報信息送入?yún)^(qū)域指揮控制中心的同時，分發(fā)給地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的目標指示雷達進行精確搜索，區(qū)域指揮控制中心同時發(fā)出命令給混編作戰(zhàn)單元指控中心，由混編作戰(zhàn)單元指控中心進行指揮控制，當遠程地空導(dǎo)彈的目標指示雷達搜索、發(fā)現(xiàn)并識別目標，制導(dǎo)雷達依據(jù)目標指示雷達的指示信息，在相應(yīng)的空域搜索捕獲目標并轉(zhuǎn)為跟蹤狀態(tài)，同時發(fā)射架與制導(dǎo)雷達天線同步，使導(dǎo)彈指向來襲方向，當目標達到適宜攔截精度時，發(fā)射導(dǎo)彈進行目標攔截，當導(dǎo)彈處于可能殺傷目標位置時，引信起爆戰(zhàn)斗部，毀傷目標。制導(dǎo)雷達觀察射擊效果，若目標沒被射中，又符合再次攔截條件，混編作戰(zhàn)單元指控中心組織其他地空導(dǎo)彈進行攔截，確保摧毀目標。

表2　DoDAF作戰(zhàn)視圖產(chǎn)品開發(fā)順序及其內(nèi)在聯(lián)系表

3.1OV-1

OV-1，即高級作戰(zhàn)概念圖，其目的是為了便于決策者理解交流，通過形式化的方式來對交戰(zhàn)雙方情況進行描述，包括：給出關(guān)鍵作戰(zhàn)節(jié)點，對需要完成的使命、戰(zhàn)場環(huán)境、作戰(zhàn)活動、對象及方式等進行描述，對重要的作戰(zhàn)能力進行描述，以及對環(huán)境和目標體系結(jié)構(gòu)間及外部系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)間的兩種關(guān)系進行描述。通過分析空地信息下地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)過程，進行作戰(zhàn)想定，得到如圖1所示的高級作戰(zhàn)概念圖。

圖1　高級作戰(zhàn)概念圖OV-1

3.2OV-5

OV-5是指作戰(zhàn)活動模型，是體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，用于研究信息、作戰(zhàn)要素及作戰(zhàn)活動在實現(xiàn)作戰(zhàn)任務(wù)和達到作戰(zhàn)目標過程中三者的關(guān)系，主要對作戰(zhàn)能力、作戰(zhàn)活動及其過程中輸入和輸出的信息流進行描述，以及對作戰(zhàn)活動的先后順序與相互關(guān)系及信息流的來龍去脈進行描述。分析混編作戰(zhàn)狀態(tài)控制、目標態(tài)勢感知、目標威脅評估、作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃、攔截資源控制、攔截效果評估及二次攔截控制七大活動模塊及其子模塊，構(gòu)建OV-5如圖2所示。

圖2　基于IDEF0的作戰(zhàn)活動模型OV-5

3.3OV-4

OV-4，即組織關(guān)系圖，其主要對在體系結(jié)構(gòu)中起重要作用的各種人員組織或作戰(zhàn)組織間的指揮關(guān)系及其內(nèi)部包含的作戰(zhàn)角色進行描述。建立的地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)組織關(guān)系如圖3所示。根據(jù)空地信息下地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)任務(wù)需求，地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)體系由氣球載雷達、地基預(yù)警雷達、預(yù)警機、地基精密跟蹤雷達、區(qū)域指揮控制中心、混編作戰(zhàn)單元指揮中心等組織組成。根據(jù)對各組織功能的分析，得到設(shè)定的關(guān)鍵角色如圖3所示。

圖3　組織關(guān)系圖OV-4

3.4OV-2

OV-2，即作戰(zhàn)節(jié)點連接描述，目的在于對體系結(jié)構(gòu)中起關(guān)鍵作用的重要節(jié)點與其他作戰(zhàn)節(jié)點間要交換的信息進行描述，包括人員、裝備和管理的指揮機構(gòu)、作戰(zhàn)節(jié)點間信息交換需求性、連通性，以及包含體系結(jié)構(gòu)外部和體系結(jié)構(gòu)內(nèi)部的作戰(zhàn)節(jié)點。作戰(zhàn)節(jié)點連接描述OV-2如圖4所示，其直觀描述了空地信息下地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)過程中的活動和角色。

圖4　作戰(zhàn)節(jié)點連接描述OV-2

3.5OV-6c

OV-6c，即作戰(zhàn)事件跟蹤描述，其主要對在整個作戰(zhàn)過程中各作戰(zhàn)節(jié)點之間信息交互的時序邏輯進行描述，以及檢查作戰(zhàn)節(jié)點間信息交換的時間先后順序。以地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)為例，在確定作戰(zhàn)節(jié)點和信息流向的基礎(chǔ)上，得出地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)跟蹤，描述如下頁圖5所示。

3.6OV-7

OV-7是指邏輯數(shù)據(jù)模型，其描述管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化的程序規(guī)則和體系結(jié)構(gòu)范圍的數(shù)據(jù)類型的結(jié)構(gòu)，并給出體系結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的特性或種類、數(shù)據(jù)類型、以及內(nèi)部關(guān)系的定義。構(gòu)建的高層次的OV-7如61頁圖6所示。

4　結(jié)束語

本文參考美國國防部體系結(jié)構(gòu)框架，采用IDEF0、UML等軍事概念形式化描述語言完成了空地信息下地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)視圖的分析，從宏觀上描述了空地信息下地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)，對作戰(zhàn)需求、體系結(jié)構(gòu)組成、作戰(zhàn)功能、作戰(zhàn)活動以及需要交換的信息流等要素之間的相互關(guān)系進行了明確表述，實現(xiàn)了體系結(jié)構(gòu)的概念建模，對研究其他類似軍事問題和空地信息下地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)混編作戰(zhàn)體系的頂層設(shè)計具有一定的參考價值。

圖5　基于UML的作戰(zhàn)事件跟蹤描述OV-6c

圖6　邏輯數(shù)據(jù)模型OV-7

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Research of Mixed Ground-to-air Missile Weapon System Combat System Architectural Model with Air-and-ground Information Based on DoDAF

ZHAO Yong1，YANG Li-wei2，LI Wei-min3，XIAO Jin-ke1
（1.School of Air and Missile Defense，Air Force Engineering University，Xi'an 710051，China；
2.Department of Scientific Research，Air Force Engineering University，Xi'an 710051，China；
3.Department of Training，Air Force Engineering University，Xi'an 710051，China）

Aiming at the requirement of more complicated system designation and developing，referring to operational view architecture description method of defense architecture framework，mixed ground-to-air missile weapon system combat system architectural model with air-and-ground informationisproposed.First，DoDAFsystemarchitectureframeworkissummarized，andthe strongpoints and shortcomings of military conception modeling formalized description languages are analyzed.And then，operational system architecture designation method is confirmed.At last，mixed ground-to-air missile weapon system combat system architectural model with air-and-ground information is set up，which could be useful for description of mixed ground-to-air missile weapon system combat system with air-and-ground information.

department of defense architecture framework（DoDAF），mixed combat，military concept modeling，operational system architecture，operational view

N945.12；E917；TJ762.1+3

A

1002-0640（2015）08-0056-06

2014-06-15

2014-08-27

國防科技重點實驗室基金資助項目（9140XXXXXXX1001）

趙永（1985-），男，江蘇灌云人，博士研究生。研究方向：防空反導(dǎo)作戰(zhàn)運籌分析。