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        國(guó)外裝甲車輛電子架構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀

        2017-06-02 15:19:32劉川
        現(xiàn)代兵器 2017年4期
        關(guān)鍵詞:順應(yīng)性開(kāi)放式架構(gòu)

        劉川,研究員,長(zhǎng)期從事坦克裝甲車輛情報(bào)研究工作,主持和參與完成數(shù)十個(gè)情報(bào)專題,涉及主戰(zhàn)坦克、步兵戰(zhàn)車、空降戰(zhàn)車、兩棲戰(zhàn)車、輕型突擊車、戰(zhàn)術(shù)車輛、無(wú)人地面車輛、綜合防護(hù)系統(tǒng)、主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)、裝甲防護(hù)系統(tǒng)、觀瞄系統(tǒng)、健康管理系統(tǒng)、信號(hào)特征抑制、懸掛系統(tǒng)、混合動(dòng)力系統(tǒng)、遙控武器站和車輛電子架構(gòu)等。

        目前,提高裝甲車輛電子架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化&互操作性是一個(gè)普遍目標(biāo)。西方多個(gè)國(guó)家均有相應(yīng)的計(jì)劃,其中,以英國(guó)國(guó)防部的GVA(通用車輛架構(gòu))計(jì)劃和美國(guó)國(guó)防部的VICTORY(C4ISR/EW互操作性的車輛集成)計(jì)劃最具代表性。

        GVA接口示意圖

        LOSA示意圖

        美國(guó)陸軍TARDEC提出的未來(lái)軍用地面車輛最終狀態(tài)的示意圖

        GVA計(jì)劃和VICTORY計(jì)劃的目標(biāo)并不是針對(duì)一種具體車型推出一種具體的車輛電子架構(gòu),而是要開(kāi)發(fā)出車輛電子架構(gòu)的通用發(fā)展途徑——根據(jù)可實(shí)現(xiàn)開(kāi)放性、可縮放性、互操作性的強(qiáng)制性執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來(lái)研發(fā)車輛電子架構(gòu)。這一點(diǎn)已在國(guó)際上達(dá)成共識(shí),是提供未來(lái)裝甲車輛電子架構(gòu)的前行方式。按照這樣的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,可根據(jù)需要衍生/開(kāi)發(fā)出滿足不同平臺(tái)要求的互操作性開(kāi)放式車輛電子架構(gòu),徹底擺脫過(guò)去車輛電子架構(gòu)開(kāi)發(fā)單位以封閉形式、面向具體平臺(tái)開(kāi)發(fā)不具備互操作性的具體物理體系結(jié)構(gòu)的老式方法。

        GVA計(jì)劃和VICTORY計(jì)劃的核心成果分別是GVA標(biāo)準(zhǔn)和VICTORY標(biāo)準(zhǔn)。本文中,將符合GVA標(biāo)準(zhǔn)的車輛電子架構(gòu)稱之為GVA順應(yīng)性車輛電子架構(gòu),將符合VICTORY標(biāo)準(zhǔn)的車輛電子架構(gòu)稱之為VICTORY順應(yīng)性車輛電子架構(gòu)。無(wú)論哪種車輛電子架構(gòu),最大限度采用開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)以及充分利用COTS技術(shù)和產(chǎn)品是其一主要特點(diǎn)。

        GVA計(jì)劃

        英國(guó)在實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式車輛電子架構(gòu)方面經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的努力。其間,有多項(xiàng)涉及開(kāi)放式車輛電子架構(gòu)的工作,1997年啟動(dòng)VSI(車輛系統(tǒng)集成)計(jì)劃,此后先后有FRES EA(未來(lái)快速反應(yīng)系統(tǒng)電子架構(gòu))技術(shù)演示計(jì)劃和VTID(車輛技術(shù)集成演示樣機(jī))計(jì)劃,再后是基于FPMS(部隊(duì)防護(hù)任務(wù)系統(tǒng))工作組的工作成果成立GVA技術(shù)工作組,到2010年8月22日才發(fā)布強(qiáng)制性執(zhí)行的GVA 標(biāo)準(zhǔn)第一版。

        GVA計(jì)劃的目標(biāo)是:(1)針對(duì)地面車輛平臺(tái)的設(shè)計(jì)和集成,使英國(guó)國(guó)防部能夠?qū)崿F(xiàn)開(kāi)放式架構(gòu)的益處,特別是在車輛平臺(tái)電子&電力架構(gòu)以及相關(guān)HMI(人機(jī)界面)方面的益處;(2)通過(guò)應(yīng)用適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)約束條件,提高所有英國(guó)國(guó)防發(fā)展路線(DLOD)的作戰(zhàn)效能,降低集成風(fēng)險(xiǎn),減少車輛采購(gòu)&使用費(fèi)用。

        GVA計(jì)劃已取得了相當(dāng)大的成就,其技術(shù)工作組于2012年得到英國(guó)政府的正式表彰——從英國(guó)國(guó)防裝備、保障&技術(shù)機(jī)構(gòu)獲得了“卓越成果獎(jiǎng)”。GVA標(biāo)準(zhǔn)已在英國(guó)整車和部件上得以實(shí)施。多個(gè)歐洲國(guó)家也在參考GVA標(biāo)準(zhǔn),例如法國(guó)的SCORPION計(jì)劃將基于GVA標(biāo)準(zhǔn)來(lái)管理系統(tǒng)復(fù)雜性,使系統(tǒng)更加靈活、可擴(kuò)展。MILVA(軍用車輛電子協(xié)會(huì))也開(kāi)始以英國(guó)GVA作為起點(diǎn)開(kāi)發(fā)NGVA(北約通用電子架構(gòu))。

        GVA計(jì)劃在英國(guó)陸軍的未來(lái)發(fā)展中占有重要的地位,它屬于英國(guó)國(guó)防部范圍更寬的LOSA(地面開(kāi)放式體系架構(gòu))計(jì)劃的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。LOSA是“英國(guó)陸軍2020”在推進(jìn)中必需采用的開(kāi)放式體系架構(gòu)。LOSA定義體系架構(gòu)且強(qiáng)制性采用開(kāi)放式技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),不僅針對(duì)車輛(GVA通用車輛架構(gòu)),也針對(duì)士兵(GSV通用士兵架構(gòu))和基地/指揮部(GBA通用基地架構(gòu))。此外,LOSA還定義COIL(地面公用開(kāi)放式接口),借此,平臺(tái)之間實(shí)現(xiàn)互操作以及平臺(tái)與其他環(huán)境(例如海上和空中)之間實(shí)現(xiàn)互操作。

        VICTORY計(jì)劃

        美國(guó)陸軍在實(shí)現(xiàn)開(kāi)放式車輛電子架構(gòu)方面也經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的努力,2006年啟動(dòng)了VICTORY計(jì)劃的概念研究,直到2011年7月才頒布了第一版VICTORY標(biāo)準(zhǔn)——VICTORY 1.0(關(guān)于VICTORY計(jì)劃,本刊2015年09期刊登過(guò)部分內(nèi)容)。

        VICTORY計(jì)劃的目標(biāo)是:(1)開(kāi)發(fā)在地面平臺(tái)上集成C4ISR/EW及其它電子任務(wù)裝置的架構(gòu),以將現(xiàn)有的和先進(jìn)的C4ISR/EW裝置集成到美國(guó)陸軍的地面平臺(tái)之上;(2)確定從目前架構(gòu)發(fā)展到未來(lái)架構(gòu)的路線圖,涉及將現(xiàn)有部隊(duì)的系統(tǒng)涵括在架構(gòu)之內(nèi)以及向以網(wǎng)絡(luò)為中心的C4ISR/EW的方向發(fā)展。

        實(shí)現(xiàn)VICTORY計(jì)劃目標(biāo)所采取的技術(shù)途徑是:(1)給車輛增加數(shù)據(jù)總線(網(wǎng)絡(luò));(2)提供共享的硬件和服務(wù);(3)用標(biāo)準(zhǔn)的、開(kāi)放式的基于網(wǎng)絡(luò)的消息傳送接口來(lái)定義部件。

        為了營(yíng)造開(kāi)放的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境,VICTORY確定部件和系統(tǒng)接口的標(biāo)準(zhǔn)。VICTORY通過(guò)接口標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)互操作性的目標(biāo),接口標(biāo)準(zhǔn)被確定在部件和系統(tǒng)的接口層。在VICTORY范圍之內(nèi)的接口被指定使用Ethernet技術(shù)在C4ISR、EW和平臺(tái)系統(tǒng)之間傳送信息。

        目前,VICTORY順應(yīng)性架構(gòu)的范圍/邊界總體上包括:(1)停止在平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)的邊界——面向衛(wèi)星、地形系統(tǒng)、徒步土兵、移動(dòng)傳感器的接口以及面向數(shù)據(jù)/音頻電臺(tái)的接口;(2)停止在平臺(tái)系統(tǒng)的邊界——面向機(jī)動(dòng)性、武器、配電、后勤、防護(hù)的接口;(3)不集成安全關(guān)鍵的系統(tǒng);(4)不定義通用物理部件或軟件應(yīng)用程序。

        VICTORY計(jì)劃在美國(guó)陸軍的未來(lái)發(fā)展中占有重要的位置。按照美國(guó)陸軍TARDEC發(fā)布的30年發(fā)展戰(zhàn)略,未來(lái)軍用地面車輛將具備模塊化、高適用性、高適應(yīng)性、智能化的特點(diǎn),要實(shí)現(xiàn)其4條發(fā)展線路(LOE1、LOE2、LOE3、LOE4)的目標(biāo),VICTORY順應(yīng)性電子架構(gòu)是重要的使能因素。

        VICTORY順應(yīng)性架構(gòu)的主要特征包括:(1)數(shù)據(jù)總線中心設(shè)計(jì);(2)可共享的硬件部件,在不增加硬件的情況下來(lái)使用軟件;(3)開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)的物理接口和邏輯接口,應(yīng)用在系統(tǒng)與C4ISR/EW部件之間;(4)一套共享的數(shù)據(jù)總線服務(wù);(5)共享的硬件和軟件的信息安全部件,使系統(tǒng)集成商能夠構(gòu)建安全的設(shè)計(jì),保護(hù)和控制信息的訪問(wèn)。

        VICTORY數(shù)據(jù)總線(VDB)作為VICTORY順應(yīng)性架構(gòu)的核心結(jié)構(gòu),實(shí)質(zhì)上是一個(gè)提供域特定特征的Ethernet網(wǎng)絡(luò),它提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、共享數(shù)據(jù)服務(wù)、共享硬件、管理服務(wù)、信息安全、免受網(wǎng)絡(luò)攻擊、數(shù)據(jù)保護(hù)、基于策略的訪問(wèn)控制、開(kāi)放式的基于網(wǎng)絡(luò)的接口。

        VICTORY與GVA的比較

        目前,VICTORY標(biāo)準(zhǔn)和GVA標(biāo)準(zhǔn)均已達(dá)到可以實(shí)用的狀態(tài)。英國(guó)GVA和美國(guó)VICTORY均為面向車輛所有子系統(tǒng)(機(jī)動(dòng)系統(tǒng)和任務(wù)系統(tǒng))確定了一套通用開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn),這些標(biāo)準(zhǔn)獨(dú)立于具體硬件解決方案或軟件解決方案。執(zhí)行GVA標(biāo)準(zhǔn)和VICTORY標(biāo)準(zhǔn)將使地面戰(zhàn)斗系統(tǒng)和戰(zhàn)術(shù)輪式車輛能夠:降低重量、節(jié)省功率、恢復(fù)可用空間;平臺(tái)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息共享和給乘員提供綜合圖像;提供一種開(kāi)放式架構(gòu),平臺(tái)在無(wú)需進(jìn)行重大重新設(shè)計(jì)的情況下即可接納未來(lái)技術(shù)。GVA標(biāo)準(zhǔn)和VICTORY標(biāo)準(zhǔn)都在隨著新研究成果的獲得和技術(shù)的發(fā)展,不斷地推出新版本。

        雖然英國(guó)GVA計(jì)劃和美國(guó)VICTORY計(jì)劃的目的都是確定地面車輛電子架構(gòu)的通用發(fā)展途徑,但通過(guò)對(duì)比可以看出,兩者既有相同點(diǎn),也有不同點(diǎn)。不同之處是:兩者的著眼點(diǎn)不同,但目標(biāo)類似;兩者所提供的設(shè)計(jì)指導(dǎo)方針不同。

        VICTORY的目的是實(shí)現(xiàn)C4ISR/EW系統(tǒng)接口與平臺(tái)系統(tǒng)的集成,以便于將現(xiàn)有的和先進(jìn)的C4ISR/EW裝置集成到美國(guó)陸軍的地面平臺(tái)之上;VICTORY標(biāo)準(zhǔn)包括針對(duì)平臺(tái)系統(tǒng)的接口和停止在平臺(tái)系統(tǒng)的邊界,有明確的設(shè)計(jì)參考示例。而GVA的目的是形成一個(gè)整體車輛體系架構(gòu),以便約束未來(lái)的所有設(shè)計(jì);GVA標(biāo)準(zhǔn)旨在形成一個(gè)整體車輛電子架構(gòu),包括HMI、28V電力、HUMS和硬件互聯(lián)性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,但缺少具體設(shè)計(jì)參考示例。

        美國(guó)陸軍REDCOM提出的下一代C4ISR/EWCOE路線圖

        這里強(qiáng)調(diào)指出,在未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下,坦克裝甲車輛是在“系統(tǒng)高度機(jī)密”的保密狀態(tài)下運(yùn)行,為此,GVA和VICTORY順應(yīng)性架構(gòu)均高度重視IA(信息安全)問(wèn)題。以IA(信息安全)先進(jìn)的美國(guó)為例來(lái)說(shuō),VICTORY順應(yīng)性架構(gòu)的IA部件包括:INE(線內(nèi)網(wǎng)絡(luò)加密機(jī));DAR(休息數(shù)據(jù))加密機(jī);防火墻;跨域傳輸部件;安全內(nèi)核;IDPS(入侵檢測(cè)和保護(hù)系統(tǒng))。

        VDB與C4ISR/EW系統(tǒng)和平臺(tái)系統(tǒng)之間的相關(guān)關(guān)系

        VICTORY 順應(yīng)性架構(gòu)的IA能力包括:多包封區(qū)域(Multi-enclave)計(jì)算——數(shù)據(jù)傳輸CDS(跨域解決方案);訪問(wèn)控制——基于生物的授權(quán);DAR(休息數(shù)據(jù))保護(hù)(網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)保護(hù));來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的信息安全系統(tǒng)配置&控制——來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸CDS(跨域解決方案)的配置&控制+來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)加密的配置&控制;來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的信息安全系統(tǒng)健康監(jiān)視——來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸CDS的健康監(jiān)視+來(lái)自網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)連接存儲(chǔ)加密的健康監(jiān)視。

        不僅VICTORY順應(yīng)性架構(gòu)引入了CDS(跨越解決方案),GVA順應(yīng)性架構(gòu)也是如此。從目前的CDS技術(shù)發(fā)展來(lái)看,基于MILS(多級(jí)獨(dú)立安全)的信息安全解決方案為理想解決方案。

        結(jié)束語(yǔ)

        GVA計(jì)劃和VICTORY計(jì)劃取得令人矚目的成績(jī),與其非常注重基礎(chǔ)性、應(yīng)用性和試驗(yàn)性研究工作密切相關(guān),這也是實(shí)現(xiàn)面向未來(lái)的開(kāi)放式車輛電子架構(gòu)目標(biāo)的關(guān)鍵。特別是,GVA計(jì)劃和VICTORY計(jì)劃均將構(gòu)建通用數(shù)據(jù)模型視為實(shí)現(xiàn)互操作性的模塊化開(kāi)放式電子架構(gòu)的關(guān)鍵之一。通過(guò)通用數(shù)據(jù)模型,將可在集成工作量最小的情況下,實(shí)現(xiàn)在不同的平臺(tái)類型之間的系統(tǒng)重新配置、更換、技術(shù)嵌入和系統(tǒng)可移植性。通用數(shù)據(jù)模型也是實(shí)現(xiàn)整個(gè)地面開(kāi)放式體系架構(gòu)的關(guān)鍵所在。

        (編輯/王路)

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