美军联合任务环境下的能力试验方法分析

薄 中,冯 策,孙 超,潘志雄

(1.中国电子科学研究院，北京 100041 2.哈尔滨工业大学，哈尔滨 150080)

0 引 言

近年来，随着美军一体化联合作战概念[1]的形成，一体化联合作战已经成为信息化战争的主要作战样式。这一变化不仅对各国军事发展产生了深远影响，也对武器装备系统的试验能力提出了更高要求。为此，美国针对未来一体化联合作战需求，积极实施武器装备转型计划，改变新型武器系统论证、研发和试验的方法，提出发展联合环境下的试验能力，从装备发展的源头提升武器装备联合能力[2,3]。同时，为了促进和保障该能力发展，美国防部依托试验资源管理中心(Test Resource Management Center，TRMC)从军事需求、技术和经济等角度综合考虑，按严格的规程筛选出包括试验与评价核心投资计划(Central Test and Evaluation Investment Program，CTEIP)、试验评价/科技(Test Evaluation/Science and Technology, T&E/S&T)计划和联合任务环境试验能力(Joint Mission Environment Test Capability ，JMETC)计划等在内的重大投资计划[4-6]，从而持续、有序地推动联合试验能力的全面提升。

联合试验源于1970年美国国防部发布的《蓝丝带国防小组报告》，报告中指出美军缺乏在多军种、复杂作战条件下有效的联合作战试验和评估方法。因此，美军自上世纪70年代始开展了“联合试验与评估项目”(Joint Test and Evaluation Program，JT&E)。经过四十多年的发展，联合试验的应用大大提升了美军武器装备在复杂的联合作战任务下的试验鉴定及其武器应用的能力。

联合试验包括“试验”和“评估”两部分，即将两个或两个以上的军种连接起来对技术或作战概念进行评估；提供系统需求改进的信息；检验武器系统的互操作性能并找出必须改进之处；研究和分析试验方法；在武器系统交互作用的真实条件下评估技术或作战性能。

随着我军信息化建设的高速发展，目前已经建立了较为完备的武器装备试验鉴定体系，并且建设了大量的地域分布广泛的试验靶场。但是，这些试验靶场主要是按照军种、武器装备型号以及任务等需求进行划分和独立建设，自成体系，造成各个靶场之间信息共享、试验资源重复建设、“烟囱”式发展现象依然存在，使得以各试验靶场的单平台武器系统的独立试验难以满足新型的信息化武器试验要求，无法适应我军基于信息系统的联合作战能力建设要求[7,8]。

本文通过对美军一体化联合试验能力发展的分析，总结了我军在联合试验能力建设方面存在的问题。在此基础之上，主要介绍了美军的能力试验法(Capability Test Methodology，CTM)，该方法是美军JT&E项目中有关联合试验和评估方法(Joint Test and Evaluation Methodology，JTEM)研究的重要成果，并着重分析了该方法的运行流程和特点，以对改善我军的一体化联合试验方法和提升联合试验鉴定能力等方面有所思考。

1 CTM简介

随着联合作战概念的不断发展和深入，为了进一步推进联合试验能力的提升，美国国防部部长办公室、作战试验与评估局以及空军作战中心于2006年共同授权 JT&E 项目组继续针对 JTEM 开展研究，并要求利用三年时间建立一套通用、切实可行且高效的 JT&E 新方法，旨在进一步提高在逼真的联合任务环境中跨采办生命周期进行试验的能力，其核心是研究在联合环境下试验与鉴定的方法和步骤。2009年，项目组公布了新版CTM文件—CTM 3.0，其中包括《CTM项目经理手册》、《CTM执行人员手册》和《CTM分析人员手册》，该文件从不同时间节点、不同参与者的角度对CTM执行过程进行说明，涵盖了试验流程中的各个阶段。

美军提出CTM的目的是为了让武器装备能够像在联合作战环境下一样进行有效的试验鉴定，其核心是在所构建的真实、虚拟、构造分布式环境(Live、Virtual、Constructive Distributed Environment，LVC-DE)[9,10]里对被试装备进行试验，并针对装备的性能、体系贡献度以及被试装备执行联合作战任务的有效性进行评估。CTM主要包含六个并行、交互的步骤，即CTM1-CTM6，具体内容如下[11]：

(1)CTM1—策划试验与评估策略。依据军队联合作战需求对被测武器装备系统或体系进行试验方案研究，制定试验策略和指标评价体系；

(2)CTM2—描述试验特征。确定试验目的和试验方法，对前一步的T&E策略进行分析，并对试验的指标体系进行可行性研究，在此基础上给出LVC-DE构建方案；

(3)CTM3—制定试验计划。详细分析T&E策略、LVC-DE仿真参数配置、试验运行、数据采集策略及分析等对试验结果的影响，制定详细的试验计划。

(4)CTM4—构建LVC-DE。对LVC-DE进行逻辑设计与编程，再进行仿真平台的校验与调试。LVC-DE既有实际装备，也有半实物仿真模型和数字仿真模型。LVC-DE的搭建由JMETC项目计划实现。

(5)CTM5—管理执行试验。根据试验计划有效地控制和管理LVC-DE中的事件。在试验中，事件(Event)是指在局部或全局的试验仿真中为获得待测系统或整个武器装备体系的试验数据而进行的响应或触发。

(6)CTM6—评估试验能力。根据制定的评估指标对试验数据进行分析和总结，并向采办部门提交关于被试的武器装备的《联合能力评估报告》。

图1 CTM进程

CTM过程如图1所示。CTM根据侧重点可以分为3个部分，CTM1和CTM6关注系统整体性能，CTM2和CTM3关注系统具体指标，CTM4和CTM5关注事件管理。从CTM1-CTM5都会产生相应的输出文件，提交给JME。CTM6从JME获取试验数据进行分析。每一个CTMx方框内包含了本步骤需要实现的具体内容。

2 CTM特点

2.1 继承与兼容性

CTM是在一些现有的靶场试验方法的基础上进行吸收和创新而提出的，并大量应用了支撑国防部体系运行的现存联合能力集成与开发系统、分析议事日程等生成的文件用于试验与评估的分析。同时，运用国防部体系结构描述试验与评估的整个过程，有助于参与者的理解和操作，从而使其具有很好的兼容性[7]。

CTM支持三种试验框架[11]：

(1)传统试验。例如，获取武器装备系统的关键性能(KPP)参数、关键问题(COI)和耐用性等信息；

(2)JME试验。JME试验中能够支持三种层级的试验：系统/体系层、任务层和联合任务有效性(Joint Mission effectiveness，JMe)，不同层级的试验侧重点不同，获取的参数亦不同；

(3)开发试验。用于实现开发与试验交叉同步进行。

2.2 模块化驱动

CTM组成模块如图2所示。CTM共有3个模块：

图2 CTM组成模块

(1)CTM进程模块，作为父模块包含了CTM涉及的所有步骤。

(2)能力评估元模块(Capability Evaluation Metamodel，CEM)，作为子模块是为了能够统一描述联合能力评价和评估才分开描述，可作为LVC-DE仿真任务中试验数据评估需要交换或存储的语义数据概要。CEM是在已有“双V模型”基础之上发展而来的“星模型”，它给出了CTM方法的评估线程和子线程中评估JMe的度量框架和分析准则。同时，CEM所评估的能力是联合能力集成开发系统(JCIDS)中的能力，即在JCIDS系统中，在特定标准和条件下，通过组合手段和方法遂行一组任务，从而达到预期效果的能力。CEM星模型的输入、输出内容如图3所示。

图3 CEM模块输入、输出内容

(3)联合任务环境基础模块(Joint Mission Environment Foundation Model，JFM)，作为子模块用于实现LVC-DE上联合任务环境的仿真。JFM包括4个组件：LVC平台、LVC平台状态、任务功能和LVC环境。JFM模块组成如图4所示。

图4 JFM模块组成

后两个子模块已包含在父模块中，分开描述是为了方便开发人员理解与构建LVC-DE。CTM三个模块均需要依赖于CTM字典。CTM字典主要提供支持联合任务环境的必要的概念描述，有关术语和定义可以查看《CTM项目经理手册》。

2.3 线程式实现

CTM的实现由3个主线程和2个子线程完成，分别是：评估线程和操作子线程；系统工程线程和基础设施子线程；试验管理线程。

评估线程构成CTM的主要内容，即能力评价的实现，在该线程下还有一个作战子线程，主要用来实现联合试验中的联合作战背景的描述(JOC-T)及操作。系统工程线程用来实现任务环境或者武器装备体系的规划设计和实际运行。在该线程下还有基础设施子线程，主要用来对用到的相关资源和设备进行开发、整个和维护。第三个线程—试验管理线程主要提供联合试验方案选择、搭建以及联合任务环境中的事件计划和管理功能。CTM1的策略制定流程图如图5所示。

图5 CTM1策略制定的流程图

图中的蓝、紫、绿、红、棕色方框分别代表不同的线程和子线程。程序从入口执行，执行完成相应步骤后会产生相应的文件或者列表输出。决策点(Decision Point，DP)对CTM每一阶段的工作进行检查，只有完成了相应工作才会进入到下一个步骤，其好处是可以用每一线程可代表不同试验分工，从而方便安排相关试验者执行。不同的操作人员同一时间段完成各自的任务，线程是并发推进的。由于篇幅原因，此处仅列出CTM1流程图。此外，《CTM执行人员手册》还提供其他的CTMx流程图和CTM进程模块流程图。

2.4 灵活性

CTM使用模块驱动、线程实现的方法从而使其具有灵活性。首先，CTM并不要求一次试验过程应该包含所有的试验内容，执行人员可以针对自身实验的要求和指标量身定制所需的试验内容。其次，CTM不要求所有参加到本次联合试验的内容都必须要按照全部步骤严格顺序执行；相反，CTM特强调联合试验的执行人员根据实际作战或试验情况对CTM的步骤进行灵活选择，在每一个试验决策点之间，执行人员可以根据本地的试验进度灵活调整。最后，在试验过程中出现的故障以及错误信息，CTM也提供了良好的异常处理方法；在能力评价阶段，分析人员还可以根据试验计划对试验结果数据进行灵活的取舍。

2.5 规范性

虽然，CTM的输入和输出文件内容众多而繁杂，但执行人员操作时并不会觉得毫无头绪。CTM对流程中的每一步骤，都详细地设计了输入输出文件清单列表，清楚列出各个步骤实现之前需要准备哪些文档和材料，以及该步骤完成后将输出什么样式的结果，以便于用户的使用。CTM还要求执行人员严格按照试验计划对每一个决策点的输入进行考核与评价，一旦某一环节出现差错，即可定位问题所在，这些都体现出其良好的规范性。

3 联合任务环境试验能力

CTM作为美军联合作战环境下的一种新的试验鉴定方法，其能力的形成涉及到分布在广泛地理空间上的各类试验资源。例如武器装备平台/系统、测量仪器仪表、模拟器设备、激励器、仿真系统以及工业部门的试验资源等。如何能够高效、灵活的将联合试验任务所需要的要素构建在一个试验环境中并进行有效的管理已经成为急需解决的关键问题。为了解决该问题，美国国防部于2005年批准开展了JMETC项目计划[5]，其目的就是通过构建一个公共的体系结构，并依托现有的网络基础设施，将分散在各地的各种类型的试验资源连接起来，从而提供一种分布式的LVC试验能力[7,8]，从而能够支撑美国国防部采办部门的项目研制、试验鉴定、互操作性认证，以及在特定的联合作战环境条件下对关键性能参数进行演示验证等工作。JMETC很好的支撑了美军在联合任务环境下开展充分的、逼真的试验和评价，大大提升其联合试验的能力。联合任务环境试验系统架构示意图如图6所示。

图6 联合任务环境试验系统架构示意图

JMETC项目产品作为CTM实现的基础环境，主要由以下五个部分组成：

(1)持久的物理连接

JMETC使用的保密网络设施称为JSN(JMETC Secret Network,JSN),该网络依托国防部研究工程保密网(Secret Defense Research and Engineering Network, SDREN)作为其基础设施，为分布式试验数据的交互提供安全、精确和可靠的物理传输提供支撑。

(2)分布式中间件

一种通用的数据分发软件，能够为联合任务环境中的分布式试验资源或系统之间提供实时的数据交互能力。JMETC该能力的实现依靠的是试验与训练使能体系结构(Test and Training Enabling Architecture，TENA)[4,10]。

(3)标准接口、软件定义

通过定义一系列标准的模型接口、数据格式以及公共软件算法(例如雷达模型接口定义、时空位置信息接口定义、坐标转换算法等)，从而为分布式试验资源或系统之间提供一套公共的语言。

(4)分布式试验支持工具

提供一系列的公共软件应用工具用于辅助试验工程师们更加高效的完成分布式试验任务的规划、准备、系统安装、执行管理、监测和评估分析等相关工作。

(5)可重用知识库

JMETC可重用知识库用于存储和管理与分布式试验任务相关信息的在线网站以及提供Web协同服务[4]，其信息主要包括最新中间件、资源接口定义文件、试验任务规划工具、元模型数据、试验数据等。

JMETC上述能力的实现依托的是TENA体系架构。TENA作为一种分布式试验支持平台，为美军联合试验提供公共的体系结构，并通过逻辑靶场的概念，从而将地理上分布、功能上分离的各类试验资源高效的集成起来，形成一个综合环境，以逼真、经济、高效的方式完成联合试验任务，从而大大提高了联合试验能力。

4 结 语

在联合作战已是信息化条件下作战样式的背景下，美国高度重视联合环境下的试验技术发展并制定了一系列重大计划以促进和保障联合试验能力的全面提升。随着我军武器装备的信息化程度的逐渐提升，如何使这些武器装备在联合任务环境下像作战那样进行试验和开展充分评估，从而更好的支撑我军未来联合作战行动是我国武器装备试验鉴定的一个重大课题。本文借助对美军一体化联合试验思想发展的分析，着重研究了CTM的运行流程、特点以及JMETC，希望能对我国联合试验能力发展起到一定的启发作用。