美军分布式通用地面系统的建设发展及启示

李智 胡敏

分布式通用地面系统(Distributed Common Ground System,DCGS)是美国空军、陆军、海军、海军陆战队以及特种作战部队通用的多源情报、监视、侦察(Intelligence,Surveillance,Reconnaissance,ISR)信息综合应用系统,可近实时接收、处理及分发从侦察卫星、侦察飞机、无人侦察机以及地面/海面等侦察监视平台传送来的各种情报信息,是一个与因特网类似的情报共享网络[1].

海湾战争以前,美军各军兵种以及国防情报局、国家侦察局等部门根据自身业务需求,独立建设了大量情报处理系统,在“沙漠风暴”行动中这些“烟囱”林立的情报处理系统互不相联,严重降低了作战指挥控制的效能.1996年,美国防部开始研制DCGS,旨在搭建一个以网络为中心的实时情报共享体系,提升情报处理系统的互操作性.2001年的阿富汗战争和2003年的伊拉克战争中,美军均部署了DCGS,检验了DCGS的作战性能.DCGS对于提升情报系统能力发挥了重要作用,使得从传感器到射手、再到打击效果评估一体化成为现实.随着网络中心战的提出和全球信息栅格(Global Information Grid,GIG)建设的发展,美军的DCGS也经过了一个反复探索和持续优化的发展过程,并在信息技术的推动下不断完善.

本文首先概述了美军各军种DCGS的发展现状,总结了DCGS的发展趋势,并针对联合作战情报信息系统建设给出了4点启示.

1 DCGS的发展现状

经过21年的发展,DCGS已发展为空军DCGSAF系统、陆军DCGS-A系统、海军DCGS-N系统,海军陆战队DCGS-MC系统、特种作战部队DCGSSOC系统以及情报界DCGS-IC系统.不同性质的DCGS通过集成中枢DIB(DCGS Integration Backbone)系统构成一个互联、互通、信息共享的DCGS体系[2].图1给出了美军DCGS架构.

在诸多DCGS系统中,空军DCGS-AF系统是各军种中开发最早的系统,发展相对成熟.陆军DCGSA系统是各军种中部署范围最广、应用较成熟的系统,海军DCGS-N系统起步较晚,其他系统的建设中也大多借鉴了DCGS-AF系统和DCGS-A系统的先进技术.图2给出了美军DCGS建设和部署的时间表[3].

DCGS从功能上主要由通用地面站和情报融合信息系统两部分构成.通用地面站可实时接收侦察卫星、侦察机等多种侦察传感器的图像情报、信号情报等信息;情报融合信息系统可实现对各类ISR传感器的任务规划(Task)、情报信息发布(Post)、多源情报融合处理(Process)和情报应用分发(Use)[4].早期的DCGS主要按照“任务分配、处理、利用和分发”(Task,Process,Exploitation,Dissemination,TPED)模式依次进行情报分发和应用,该模式的特点在于以平台为中心,情报处理采用线性流程,先由下级节点进行处理,再由高级节点进行融合,缺点在于效率低下,情报融合的时效性难以满足灵敏作战和快速打击的需求.而现行的TPPU处理模式的特点在于以网络为中心,DCGS体系的每个节点既是原始情报数据的提供者,同时又可以是情报信息的需求者,原始和预处理数据一旦获取后就可以快速发布在网络上,情报分析员和作战人员可以根据需求进行灵活组合,达到一点发现和全网理解,大大缩短了从传感器到射手的时间[5].

1.1 空军DCGS-AF系统

分布式通用地面系统一开始作为U-2高空侦察机的配套情报采集系统,负责接收U-2飞机的情报并进行分析,后来功能逐步扩展,因此说美空军是DCGS的创始者.DCGS-AF系统可接受美空军各种侦察平台送来的图像情报、测量与特征情报、信号情报等多种情报数据,实现了已有的情报、监视与侦察力量的同步和整合,为美空军提供了信息、作战和决策优势.2003年的伊拉克战争中,美空军部署了第一代DCGS-AF系统(Block 10.1),地面站和情报分析处理中心通过地面光纤网和卫星链路与U-2、RQ-4全球鹰、MQ-9收割者、MQ-1捕食者和MC-12侦察机等空中平台实时连接,指挥员、情报参谋和作战部队可共享和获取U-2、全球鹰、捕食者等无人机数据.伊拉克战争后,美军将DCGS-AF Block 10.1型改进为DCGS-AF Block 10.2型,使其具备了网络中心站能力,标志着DCGS的成功转型,意味着DCGS从点解决方案转变为支持数据共享和协作的全球体系结构.目前,空军已安装了45个DCGS站点,包括5个核心站点和17个重要站点,可处理6种以上机载侦察平台的情报,每天分发1400多件情报产品[2].

2014年10月1日,美空军的ISR机构正式变更为美空军第25航空队,该航空队的一项特别任务就是通过DCGS-AF系统,为空军提供定制、近实时的情报信息.根据2016年2月的数据,美空军及其DCGS-AF系统每天执行61组战斗空中巡逻任务,这反映出各方对DCGS-AF系统战术侦察需求的增长,日益增多的侦察数据要求空军必须进一步提升DCGS-AF系统能力.目前,美空军重点改进DCGSAF系统为开放式体系架构,以提升情报获取的速度[6].

1.2 陆军DCGS-A系统

DCGS-A系统是陆军的核心情报、监视和侦察系统,将极大地提升陆军战场态势感知和决策能力.该系统替代了多种烟囱式传统情报系统,将这些不同的烟囱式系统整合成一种通用环境,供分析人员使用和共享[7].DCGS-A系统可收集来自所有传感器的数据,包括机载传感器、战术传感器,甚至可以收集战场士兵传回的信息,数据来源超过700多种,并将这些数据转换成一种通用数据格式[8].这将使陆军能够从海量数据中提取有价值的信息,为作战人员提供通用作战态势图和连续的情报判断,从而实现从态势感知到态势理解的跨越.DCGS-A系统在阿富汗战争和伊拉克战争中得到了检验,目前已发展到增量1版本[9].美国防部于2012年12月决定全部部署具备Griきn软件功能的DCGS-A系统.DCGS-A系统的部署标志着美军在战术层级部署了首个云节点,云计算是DCGS-A系统的重要组成部分,使用最新的云计算技术能更快收集、处理和共享来自多个数据源的情报信息,更快形成通用作战图像.DCGS-A提供的情报及作用已拓展到了陆军以外的用户,目前对其后台数据库的访问已超过25万次/月.

DCGS-A系统由硬件和软件组成.硬件部分包括用于接收、共享和存储情报信息的用户笔记本和台式机,固定式、移动式和车载服务器以及地面站.软件部分支持用户从700多种数据源中开展分析和共享情报产品工作.DCGS-A有固定式、移动式和嵌入式3种配置.固定式主要用于开展日常情报计划制定、情报收集和处理,以保持在所有作战阶段的信息优先权,一般部署在后方的安全地带,如美国本土或海外战区的区域性作战中心.固定配置可为陆军交战单元提供战术守望能力.移动式可由车辆运输至前线部署,或部署于航母战斗群,在移动中也能进行操作,并能根据任务需求进行升级.嵌入式主要安装在陆海空作战平台上[10].图3给出了DCGS-A系统组成图.

目前,美陆军已启动建设DCGS-A的增量2版本,以解决增量1版本存在的不稳定、反应慢和操作复杂的问题[11],增量2将重点关注云架构和大数据的运用问题[12].美陆军对DCGS-A系统的密切关注和持续投资将进一步提升其信息处理的快速响应能力.

1.3 海军DCGS-N系统

DCGS-N为海军提供ISR和目标定位支持,旨在服务海军的所有作战层次.美空间和海军作战系统司令部发言人称,美海军的DCGS-N增量1已经在34个站点中的22个进行了外场测试,包括航母、两栖侦察舰、舰队指挥舰、海上作战中心和岸上站点等,并于2014年底达到完全作战能力.增量1包括全球指挥与控制系统－联合综合图像与情报、通用区域限制环境、通用地理定位服务以及DCGS集成中枢设施,进行ISR与目标瞄准和指挥控制跟踪信息的交换.增量2以软件为中心,充分利用云体系架构,从而将海上和岸上的ISR集成在一起,更加强调数据融合和情报分发.由于受舰船体积的限制,美海军的巡洋舰和驱逐舰上用于放置计算机的空间十分有限,因此,便携式的海军轻型分布式通用地面系统(DCGS-N Lite)很受欢迎,虽然便携式的DCGS-N Lite没有完整版的DCGS-N功能强大,但其所需要配备的情报人员少,而且巡洋舰和驱逐舰的情报人员只需要分析与特定作战任务相关的情报信息.

1.4 海军陆战队DCGS-MC系统

相对于其他3个军种,美海军陆战队的DCGSMC系统建设起步较晚.DCGS-MC系统是海空地情报系统网络的重要组成之一,主要负责提供情报收集、处理、分析、融合和识别等服务,包括图像情报、信号情报、人力情报以及来自国家情报搜集系统和战区情报搜集系统的各类情报信息.

海军陆战队采用螺旋方式推动DCGS-MC系统建设,先将已有项目综合到DCGS-MC中,并利用其他军种的投资,例如海军陆战队对陆军使用云技术很感兴趣,最终可能将其应用于DCGS-MC系统.海军陆战队的目标是由海军陆战队情报局开发17000套DCGS-MC体系产品,海军陆战队还将部署远征部队应用终端样机,用于增强网络中心能力和对先进战术空中侦察系统数据的分发能力.由于DCGSMC系统还存在可用性和可靠性没有满足需求、系统难以操作等问题,海军陆战队系统司令部于2014年9月决定推迟该系统的全面部署计划.

1.5 特种作战部队DCGS-SOF系统

特种作战部队DCGS-SOF系统将特种作战部队的作战人员与传感器紧密联系在一起,以达到发现和确定恐怖分子或敌军单兵的目的.全网数据共享对特种作战部队尤为重要,因为他们要在超过60个国家工作,需要在不同网络间转移数据,为决策者提供情报.DCGS-SOF系统向特种作战部队指挥官提供指挥控制和态势感知能力,为其特种作战部队任务规划和管理提供支持.DCGS-SOF系统的早期目标是使特种作战部队具备来自无人侦察平台的全运动视频的应用能力,最终目标是通过集成中枢与其他的DCGS进行情报信息共享和交互.

1.6 情报界DCGS-IC系统

情报界DCGS-IC系统的使用单位和服务对象是美国情报界,采用了开放的面向服务架构(Service-Oriented Architecture,SOA)进行综合集成.首先,将国家侦察办公室、国家地理空间情报局和国家安全局作为一个实体共同工作于一个网络上.然后,将所有可利用的情报集成到同一个网络中,有效提高多源数据融合的能力.最后,通过发展一体化的任务管理、任务过程、指挥与控制,不再需要重复建立烟囱式的地面系统,而是最大限度地实现即插即用.

1.7 集成中枢DIB

集成中枢DIB是DCGS的基础设施,其核心是一组符合面向服务架构的通用服务和标准,各军兵种和部门的DCGS均通过DIB实现互联、互通和互操作.通过集成中枢DIB,任何一个具有特定权限的情报用户就可以在任何地方通过浏览器或应用终端查看整个情报体系内的任意情报[13].DIB建设的目的在于帮助用户快速、准确地发现、检索情报信息.

集成中枢DIB分为数据仓库层、服务层和客户层,DIB采用了一种基于标准的构建方法,允许第三方软件供应商自己完成软件与集成中枢的集成工作,也可使用户从现有情报系统中提取元数据发布在互联网上.DIB 2.0版于2010年10月发布,DIB 3.0版于2011年6月发布,DIB 4.0版于2012年3月发布[14].DIB 4.0版的新特征在于以下5个方面:

1)组件化开发与发布,目的在于简化新的网页服务组件和数据源的集成;

2)包含新的国防部/情报界目录发现与检索规范,以提升DIB现有的揭示、搜索、发现和检索能力;

3)通过运用高效的XML交互,提升DIB节点在低带宽环境下的性能;

4)利用DIB V2.0的安全服务参考执行或第三方安全服务参考执行组件,继续支持基于属性的接入控制安全能力;

5)利用分布式数据框架发展现有的DIB元数据框架,实现从基础数据结构和多样数据源中提取逻辑业务和服务.

图4给出了DIB的组成架构图.

目前,DIB 4.0提供的分布式数据框架(Distributed Data Framework,DDF)是实现数据互操作的重要手段.作为DIB 4.0的核心引擎,DDF提供了与元数据目录、DIB共享标准以及其他数据进行交互的标准方式.图5给出了DDF组成图.

DDF从底层数据结构和异构数据源中将元数据框架抽象成通用服务,形成统一的数据层,从而实现用户和底层数据的解耦[5].DDF已于2012年开放源代码,目前最新版本为V2.11[15].

2 DCGS的发展趋势

2.1 指挥控制方面,实现各系统间的互联互通互操作

美军DCGS的核心在于集成中枢DIB,通过DIB将不同军种和部门分散在异地的DCGS集成在一起,打破了各专用情报分析处理系统间的烟囱壁垒,实现了情报体系的多源信息共享和按需服务.而且,美军不断推出集成中枢DIB的新版本,目的就是为了推动各军种和情报界的信息共享.可以预见,未来的DCGS必将在开放式架构的推动下,集成更多的传感器平台,综合更多的人力情报、技术情报等信息,使各军种和情报界能够无缝互操作.

2.2 技术发展方面,提升情报处理分析的自动化水平

美军DCGS的优势在近几场高技术局部战争中体现得淋漓尽致,美军并不只把DCGS看作是情报系统,更重要的是看作武器系统.面对日益增多的传感器数量和更加先进的传感器平台,收集、处理和分发情报的任务也迅速增多,而DCGS情报分析员必须实时地给出分析结果,这就要求提升DCGS的自动化处理水平,通过智能化的辅助分析,帮助情报分析员从海量数据中快速发现情报.

2.3 系统建设方面,广泛应用云计算、大数据等技术

采用云技术处理DCGS的大数据是美陆军的倡议,美陆军正在研究云技术,目的使情报分析员更容易处理海量数据.云计算技术的应用使DCGS的整体性能、部署灵活性、系统稳定性进一步加强,实现基于云计算的共享服务模式.随着信息技术的飞速发展,云计算、大数据、人工智能、移动互联网等信息技术日趋成熟,利用新兴信息技术降低DCGS成本、提升DCGS服务能力必将引起美军的极大关注.

2.4 作战应用方面,加快DCGS的跨域互操作性建设

依赖强大的网络性能,美军DCGS实现了不同用户的按需定制和灵活选取,保障各级各类用户及时、可靠地获取所需的情报产品.这种以用户为中心的指导思想,实现了信息和作战的无缝集成,提高了作战指挥反应能力.据防务系统2017年1月17日报告,美国国防部及各军种正在加快推进DCGS的跨域互操作性建设,重点是实现情报信息在各种军用系统(包括网络和数据库)的安全交换,目的是通过连接各种信息网络和情报源,提高联合作战效能.

3 启示

美军DCGS建设以提供高效、共享的情报服务为最终目标,并通过实战检验不断地发展完善.目前,DCGS已经实现了对来自天基、空中、海上和地面的多源情报信息的搜集、处理、融合和分发,使得各级作战人员能够利用DCGS共享战场态势和情报信息,实施快速、高效的作战行动,大幅提升了美军的一体化联合作战能力.美军DCGS的发展历程可以为联合作战情报信息系统建设提供以下4方面启示:

3.1 以通用化终端为核心,加快军种特色外围建设

联合作战情报信息系统建设必须打破专业壁垒,抽取各专业情报系统的通用功能,采用一体化的标准和技术规范进行整合,形成情报通用服务.在此基础上,结合各类情报源的特点和作战需求,建设完善相应的专业情报系统.通过最大程度地研制通用化终端,一项情报服务可以被多作战用户使用,从而大幅减少研制成本.同时,通用化终端的使用,还可以使各专业系统之间更加便捷地互联、互通、互操作,从而推动情报信息系统的共享.

3.2 以网络中心化为指导,提高情报处理的时效性

现代高技术战争对联合作战情报信息系统的时效性要求很高,这就要求联合作战情报信息系统建设必须突破传统的先低级处理,后高级加工的线性处理模式.例如,可以借鉴美军DCGS的作法,采用网络中心思想,比较直观的卫星侦察数据在获取的第一时间就直接共享在情报网络上,相对复杂的卫星侦察数据在经过简单专业处理后也发布在情报网络上,作战人员和情报人员可以根据自身需求,借助自动化、智能化的情报分析辅助手段迅速加工处理,力争达到一点发现和全网理解,提高情报处理的时效性和针对性.

3.3 以服务化技术为基础,实现多源情报信息融合

联合作战情报信息系统必须突出以用户为中心,以作战为中心的指导思想,在系统建设上应采用面向服务的体系架构.随着情报源数量的不断增多和性能的不断提升,联合作战情报信息系统的数据量不断增加,仅靠侦察数据共享已经不能满足各类用户的深层次需求,因此,必须在情报数据和产品共享的基础上,推动情报服务共享,构建整个联合作战情报领域的服务环境,加强不同侦察手段的相互对比、印证,实现多源情报信息融合.可以借鉴美军集成中枢DIB的成功作法,通过建立符合面向服务架构的通用服务和标准,帮助用户在整个情报体系内快速、准确地发现和检索情报信息,真正实现以数据为中心的多源情报信息融合.

3.4 以新信息技术为桥梁,走军民融合的发展道路

美军的DCGS到目前为止已有21年的历史,由于系统开发的开放性,DCGS的承包商众多,包括洛克希德·马丁公司、雷神公司等,军方在DCGS建设过程中很好地平衡了各方的利益.这些承包商很好地将云计算、大数据、人工智能、虚拟化等新信息技术融合到DCGS的建设中,加速了DCGS体系能力的形成.因此,联合作战情报信息系统建设也必须走出一条军民深度融合的路子,力争实现联合作战情报信息系统又好又快地发展.

4 结论

DCGS是美军情报信息系统的成功典范,极大地推动了美军情报体系的横向融合和无缝共享,而且美军还在密切关注DCGS的作战试验效果,不断推出DCGS增量建设,确保了美军在情报信息领域的优势.因此,在联合作战情报信息系统的建设中必须突出一体化、网络化和服务化的指导思想,采用通用化标准和规范推动系统综合集成,利用云计算、大数据技术实现情报处理的自动化和智能化,通过军民融合发展,促进联合作战情报信息服务的融合和共享.

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