美国海军综合电子信息系统发展趋势及启示

钱兴华，左艳军，伍江华

(1.中国舰船研究院，北京 100192;2.中国船舶重工集团公司第七一四研究所，北京 100192)

美国海军综合电子信息系统发展趋势及启示

钱兴华1，左艳军2，伍江华1

(1.中国舰船研究院，北京 100192;2.中国船舶重工集团公司第七一四研究所，北京 100192)

从顶层设计、信息基础设施、重点装备和技术发展趋势等4个方面剖析美军综合电子信息系统研制特点和发展趋势，得出综合电子信息系统发展启示。

顶层设计;信息基础设施;综合电子信息系统;启示

0 引言

综合电子信息系统又称为C4ISR系统，是由指挥控制、情报侦察、预警探测、通信和电子战等要素组成，通过多层次、大范围、综合集成而成的复杂巨系统，它是各军兵种作战系统的“大脑和神经”，是信息系统与武器系统、作战保障系统的黏合剂，是形成整个武器装备体系的纽带，能确保各参战部队进行以网络为中心的现代化战争，使指战员能先敌发现、先敌判断、先敌行动、先敌制胜。

在“网络中心战”思想的牵引下，国外海军综合电子信息系统近年来在信息基础设施、联合指挥控制、一体化情报监视侦察(ISR)、软体系建设等多个方面进行全面综合的规划和建设，经历了一条不断集成、融合、创新的发展道路，已从原先分立的或“烟囱式”的系统发展成为由各种系统交联在一起而形成的日渐走向一体化、网络化的大系统。

1 综合电子信息系统发展现状及趋势

美军综合电子信息系统的发展经历了3个阶段，即1970～1992年的C3I阶段、1992～2003年的一体化C4ISR系统阶段和2003年开始的支持网络中心战的一体化C4ISR系统阶段。这3个阶段体现了美军由20世纪70年代的“平台中心战”理念向“网络中心战”理念的转变过程，也体现了美军综合电子信息系统由C2－C3－C3I－C4I－C4ISR－C4KISR的发展过程。

近几十年来，美军利用C4ISR系统实现了对“时间敏感目标”的适时打击，及时打击发现的移动目标，在进攻中对海空火力进行召唤，对参战的各种战斗资源进行有效的指挥与控制，这大大增强了协同作战能力，明显提高了综合保障能力和效率。

1.1 相继形成信息化建设顶层指导文件，“网络中心战”逐步从概念研究走向实战应用［1］

近年来，美国国防部先后颁布2020年联合构想、DoD 体系结构框架(包括 1.0，1.5，2.0)［1－2］、目标GIG体系结构、国防信息基础设施主计划、联合能力集成与开发系统、国防部网络中心服务战略、国防部信息共享战略、国防部网络中心数据战略和国防部信息保障等顶层规范性文件。以全球信息栅格GIG为基础，以网络中心核心企业服务(NCES)为主要公共操作服务环境，重点发展以分布式地面站(DCGS)为基础的JISR、水下ISR、转型卫星、联合战术无线电系统(JTRS)、网络使能的指挥控制系统(NECC)等装备，支持互操作能力达到第三阶段的3～4级，实现集成方式由物理集成、数据集成到能力集成的跨越式发展。

美海军推出21世纪信息技术(IT21)计划、“部队网”计划，提出了海军和海军陆战队发展战略，统筹海军综合电子信息系统的建设和发展，支持战略、战役和战术级的协同交战，保证海军作战网络与其他军种的网络及国防部的全球信息栅格相兼容，达到无缝隙互操作。当前，IT21计划已经完成;“部队网”已完成了陆海信息基础设施的建设工作，预计2015年前，“部队网”将重点实现网络的使能化，实现基于网络的指挥与控制，并进入综合实战验证阶段。

1.2 重点建设信息基础设施，力求实现网络化和栅格化［3］

美国海军可靠的海上网络企业服务(CANES)是当前美国海军网络发展的主计划，由海上网络、岸基网络以及舰艇网络3部分组成，其建设目标是为美国海军提供基础网络信息分发服务(BNIDS)以及与国防信息系统网络(DISN)的接入，提供体系结构和服务使得舰艇内部及海上编队各舰艇之间以及与舰队司令部之间能进行实时的信息交换。CANES是综合舰载网络系统(ISNS)的延续，ISNS从2001年启动，原计划分为增量Ⅰ、增量Ⅱ和增量Ⅲ这3个发展阶段。2001到2008年为增量Ⅰ阶段，从2009年进入增量Ⅱ阶段。从美国海军最新资料看，从2009年起ISNS增量Ⅱ计划正式过渡为CANES计划，并按照国防部统一要求由IPv4向IPv6转变，加速走向栅格化。图1为美国海军CANES的发展计划。

1.3 重点装备和技术发展趋势

1.3.1 加紧发展联合指挥控制系统和统一指挥控制系统，提高互操作能力

美国海军现役的支持联合作战的指挥控制体系主要由全球联合指挥控制系统(GCCS－J)、全球海上指挥控制系统(GCCS－M)、编队指挥控制和本舰指挥控制构成，最终将过渡到由网络使能指挥控制系统(NECC)和舰艇自防御系统构成的一体化联合指挥控制体系。

图1 美国海军的网络发展计划Fig.1 The development plan of US Navy network

1)在发展全球指挥控制系统的同时，提升联合指挥控制能力。

美国一方面发展全球指挥控制系统，一方面开发联合指挥和控制(JC2)系统(2007年改名为NECC)，将吸取“持久自由行动”和“伊拉克自由行动”中的经验教训，在全球指挥控制系统(GCCS系列)的基础上进行开发。联合指控系统作为三军共用的联合指挥和控制系统，能为战略、战役及战术等各个层次提供基于网络的指挥控制能力，具有高效决策、认知共享、灵活同步、分布式指挥控制、高效组织结构、全面集成共享的高质量信息、强大组网能力，具备根据任务需求、目标位置和物理特性来快速寻求匹配作战资源的能力，支持攻防一体的协同信息攻防与防御能力。

2)发展落实“传感器－射手”链概念，加快发展精确打击能力。

“传感器－射手”概念的核心是作战效果最大化和反应时间最小化。这需要将传感器、通信、装备、条令、程序、部队组织机构、设施和人员等因素完全综合在一起，形成网络化力量，通过指挥控制的扁平化来提高作战指挥与打击的速度，并通过扩大平台与武器的作战能力来达到作战效果最大化。在新型跨平台网络化作战系统方面，最著名的是海军的协同作战能力系统(CEC)。

CEC是使海军“以平台为中心”向“以网络为中心”的第1种网络化系统。CEC可以实现对各平台的实时和近实时传感器数据进行处理，形成各平台可实时共享的空中目标的一致航迹及其特征信息，最终形成综合单一的实时火控质量的合成航迹图像，并将传感器数据分发给战斗群中的每艘舰艇，形成区域内舰机综合作战能力，极大地提高区域、本地和自防御能力，为舰队提供对付反舰巡航导弹和战区弹道导弹日益增大的威胁所需要的大纵深防御和相关保障的能力。

图2 美国海军协同防空示意图Fig.2 An example of US Navy CEC

1.3.2 “情报监视侦察”(ISR)正由单元和平台级向全战区网络一体化转变

美军认为，包括“持久自由行动”和“伊拉克自由行动”在内的多次作战已经证实ISR越来越成为军事任务获得成功的决定性因素和催化剂。为确保美国海上部队继续作为国家军事行动的第一响应者，美国海军将把ISR系统从单元和平台级的设施向不依赖平台、广为分布、垂直/水平一体化ISR能力转变。《美国海上力量转型路线图2003》规划了美国海军的ISR转型的3个阶段(如图3所示)。在“部队网”的支持下，转型后的海军ISR将从传统“烟囱式”系统向开放式体系结构转变，具有跨平台和跨海/岸/空环境的通用性，并在海军部和国防部范围内实现一体化［4］。

1.3.3 软建设日益受到重视，服务与数据走向网络中心化

1)制定网络中心企业服务计划，构建共用核心服务与军种专业服务分开的分层结构。

为满足网络中心战需求，美军制定了“全球信息栅格企业服务(GES)”计划，将通用操作环境(COE)的服务范围扩大到数据服务、应用服务和管理服务。服务方式更加灵活，能提供按部门或按需长期或临时的定制服务，网络管理能力大大增强，软硬件升级更加方便。

图3 海军ISR战略和转型路线图Fig.3 The strategy transformation roadmap of US Navy ISR

GES将使用基于网络的服务体系结构取代当前的全球指挥控制系统任务应用系统，为遍布国防部内的用户提供信息支持。这种方法提供了支持多层服务的模式，使得核心企业服务相对独立，核心企业服务与专用服务的系统升级相互剥离，即作战域、业务域和情报域等可根据具体需要进行升级和改进，而不影响下层技术基础设施域。

2)制定统一的适应网络中心战的数据策略［5－8］，实现以数据为中心数据管理和共享。

全球信息栅格仅是建立网络中心环境的基础，在其中流动的可靠、可访问、可用和完整的数据才是其发挥作用的关键，数据管理是向适应网络中心环境要求的数据环境转变的重要保证，是网络中心向数据中心化环境迈进的问题，也是互操作的基础性问题，因此数据管理对于电子信息系统的发展意义尤为明显。

为了提高数据管理的质量，美国国防部提出了实现数据的可视性、可用性、可理解性、可信性、制度化、可互操作性、对用户需求的可响应性等7个目标。新的数据管理战略将使国防部从以前的“任务、处理、利用、分发”模式转变为“先传输后处理”，将数据管理的焦点从标准化扩展到数据的可视化和可访问性上，使授权用户访问数据时，不必在处理、利用和分发数据上浪费时间，并且所有被传输的数据将和元数据相关联，实现高效的数据共享。

3)构建面向服务、开放和统一计算环境的一体化体系结构。

基于开放式体系结构(OA)［9］和商用现成(COTS)技术，采用中间件、面向服务的体系结构(SOA)和多层资源管理(MLRM)等技术，将各种专用应用程序、请求服务和公共服务等以服务构件形式封装，促进系统各具体应用程序同底层计算机及操作系统和网络基础设施的相互隔离，构建开放、统一的计算环境，打破原有系统及设备间紧密耦合、复杂的信息接口关系，支持系统的灵活重组和动态集成。美国海军DDG 1000上应用的全舰计算环境(TSCE)是这种思想的应用典范，是对传统信息系统体系结构设计理念的创新，改变了美国海军信息系统集成模式。借助全舰计算环境，美国海军电子信息系统通用化、一体化程度将得到大幅提升。

1.3.4 加强信息优势，促进信息优势向决策优势转变

2010年5月，美国海军出台了《美国海军制信息构想》作为海军电子信息系统与能力未来一段时间发展的目标图像。构想给出了海军未来将重点发展空域控制、网络电磁空间作战、决策优势、人员培训、电磁频谱管理、舰队作战管理、水面传感器集成、情报监视侦察(ISR)、海上弹道导弹防御、海域感知、频谱使用、打击指挥与控制、水下控制和无人系统等14个领域，并指出在未来18个月内将陆续发布各领域的详细发展路线图。

通过构想及实施，美国海军在所有任务领域获得对敌决定性的竞争优势，进一步扩大海军的机动空间范围，保持海军对敌信息优势，获得最佳的作战效能。制信息能力要求海军必须从根本上重新调整作战能力，从依赖单独设备管理电磁频谱的现状向舰艇及编队联合获取指挥与控制、自动控制电磁频谱的方向转变。要求美国海军构建新的作战概念、发展新型武器、推进作战管理以及加强作战人员的教育和培训。信息不再只发挥“催化”和“倍增”作用，信息将放大海军部队的机动作战能力，信息将扩展部队机动空间，形成新的作战概念，提供新战略选择和非对称作战能力，保持对战场的绝对控制，信息最终将作为一种武器用于影响、据止、瓦解或摧毁敌方战力。

2 启示

美海军综合电子信息系统的发展过程中，注重电子信息系统的顶层发展规划，未来重大装备和技术方向的选择，大型试验验证环境的建设等各项工作，这对促进综合电子信息系统更好、更快地发展有重要借鉴意义。

2.1 积极研究和制定顶层发展规划

1)要加强顶层设计与体系结构研究。建立明晰、一致、灵活的顶层框架，展现体系目标图像和对抗能力，描述能力体系与装备体系、技术体系的映射关系和影响因素，逐步形成综合电子信息系统顶层设计、系统集成能力。

2)要切实统一技术体制和标准体系。统一的技术体制和标准规范是保证现役、在研、在建装备形成有机整体，提高系统互联互通互操作水平基础和前提。

2.2 攻关一批重点装备和重大关键技术

美国海军通过进行作战能力分析、使能能力分析以及主要支撑技术分析研究，列出能力与技术的优先排序表，有选择有重点地做好关键技术研究工作。综合电子信息系统研制建设过程中需要确定体系技术发展策略和重大关键技术发展路线，统筹规划技术路线选择和重大装备的建设，优化装备体系方案，制定相关技术发展规划，才能全面推进综合电子信息系统建设。

2.3 重视大型综合试验设施建设

综合电子信息系统是一个复杂的巨系统，仅仅依靠采用实兵实装的外场试验方法不仅代价高昂而且已经明显满足不了复杂巨系统功能性能的测试要求。为了尽可能花少量经费和研制周期获得满足实战要求的电子信息系统，建立大型综合试验环境来试验测试已成为世界各国的有效解决办法和途径之一。通过建立大型综合试验环境，采用虚实结合的试验方法，检验系统的各项功能和性能指标，提高系统的能力。

［1］DoD Architecture Framework Version2.0:VolumeI:Introduction，Overview and ConceptsManager'sGuide［M］.2009.

［2］DoD Architecture Framework Version 2.0:Volume II:Architectural Data and Models Architect's Guide［M］.2009.

［3］Director，Architecture ＆ Interoperability Office of the Department of Defense Chief Information Officer［A］.Global Information Grid(GID)Architecture Federation Strategy V1.2［C］，2007.

［4］U.S.Joint Forces Command to Director，Office of Force Transformation.Joint Transformation Roadmap［R］.2004.

［5］Department of Defense Global Information Grid Architectural Vision:Vision for a Net-Centric［M］.Service-Oriented DoD Enterprise，2007，6.

［6］Department of Defense Net-Centric Data Strategy［R］.2003，5.

［7］Department of Defense Net-Centric Data Strategy:Strategy for a Net-centric［M］.Service Oriented DoD Enterprise，2007，5.

［8］Department of Defense NetOps Strategic Vision［R］.2008，12.

［9］Open Arch itecture(OA)Compu ting Environment Technologies and Standards，Version 1.0［R］.2004.

The development trend and revelation from US Navy'C4ISR system

QIAN Xing-hua1，ZUO Yan-jun2，WU Jiang-hua1
(1.China Ship Research and Development Academy，Beijing 100192，China;2.The 714 Research Institute of CSIC，Beijing 100192，China)

From there aspects such as top design，information infrastructure，keystone equipments and technology development，some constructing characteristics and development trends of US Navy'C4ISR system are analyzed.Finally，the C4ISR system development revelation is educed.

top design;information infrastructure;C4ISR system;revelation

U665.26

A

1672－7649(2011)06－0007－04

10.3404/j.issn.1672－7649.2011.06.002

2011－05－06

钱兴华(1964－)，女，硕士，研究员，研究方向为C3I系统技术和系统集成技术。