面向新质作战装备的试验指挥控制体系结构开发

马旭亮，马宇峰，郑 芳

（1.解放军63672 部队，西安 710613；2.国防科技大学信息通信学院，西安 710106；3.解放军75841 部队，长沙 410000）

0 引言

新质作战力量武器装备作为正在发展和探索中的新型作战力量，技术复杂、研制周期长、涉及领域广、作战模式复杂，新质作战力量武器装备试验具有前瞻性、先导性、探索性，试验测试评估项目多，体系试验规模大，接口关系复杂，现有指挥控制手段和保障条件已难以跟上新质作战力量武器装备发展和新质作战力量武器装备试验需求［1-5］。特别是随着新质作战力量武器装备信息化、体系化的发展趋势，试验对象由单个装备向装备体系转变，试验环境由简单环境向实战环境转变，试验手段由外场实装试验为主向内外结合、虚实融合转变，现有新质作战力量武器装备试验指挥控制系统主要面临以下不足：

一是试验体系化水平不高。新质武器根据不同配置，可实施前沿部署，或者从后方区域实施作战行动，可能被赋予防御性或者进攻性任务。为作战部队根据不同任务目的提供更加广泛的选择方案，这就意味着在武器装备试验规划阶段、试验实施阶段需要遵循体系化的试验方法，传统试验方法多针对单一装备单一目标，体系化水平低。

二是试验指挥控制效率低。传统试验物资、设备、人员分属各个参试单位和部门，缺乏统一的指挥控制系统，试验任务规划困难、资源高度依靠不同单位间协调，程序复杂，时间周期长，试验指挥部掣肘多，对试验实施进展和态势掌握不够及时，依托统一试验指挥控制系统，统一调度试验场人员、设备、物资，不仅效率得到提升，还能够及时掌握试验态势，对试验风险分析研判和提前处置。

三是先进试验技术应用不足。缺乏基于统一技术规范的集作战试验仿真、复杂环境仿真于一体的综合建模仿真平台，现有仿真平台因缺乏统一规划，技术标准各异，集成困难，对新质作战力量武器装备仿真试验和试验评估支持不足。

体系结构方法提供了一种多视角分析方法，可以对试验指挥控制的各个组成部分及其相互关系进行综合考虑，不仅降低系统设计复杂度，提升系统开发质量，而且可以架起不同部门人员之间沟通的桥梁，增强系统的互操作性，可以为解决上述问题提供有效的指导。

本文针对我军新质作战力量武器装备试验指挥控制系统发展的缺陷，旨在采用体系结构的方法进行处理，借鉴当前世界比较流行的军事指挥控制系统体系结构框架DoDAF2.0［6］，分析该框架对试验指挥控制系统的支撑，探索基于DoDAF2.0 的新制武器装备试验指挥控制系统框架，并对相关的体系结构描述模型进行挖掘，为基于体系结构的试验指挥控制系统具体设计提供支撑。

1 研究背景

随着武器装备的不断发展，美军武器装备试验系统的发展历程可分为3 个阶段：独立试验阶段，联合试验阶段，以及当前的一体化试验阶段。

独立试验阶段强调单个武器装备的实验与鉴定，关注于实验流程的确定，缺点是靶场建设缺乏组织，系统性不强，建成的靶场专业相同、功能单一，造成重复建设、投资分散、资源浪费。

联合试验阶段克服独立试验时期资源不能充分共享的弊端，开始对各试验场设施进行整合，建立联合试验与评估机制。这一阶段的特点是美军开始从整体上指导、规范、整合装备试验场的建设，重视试验场和试验资源之间的联合共享，达到重用的目的。

一体化试验阶段是确保试验设施及仿真资源之间的互操作、可重用与可组合，尽量避免单一试验和重复性试验，以显著减少试验资源的使用，缩短研制时间，提高试验效益和能力。在试验环境上，美军提出个体靶场向体系靶场转型，突出联合、互操作理念，强调联合试验和联合训练能力的提升，加快试验靶场信息化改造和试验能力建设。据此，2004 年11 月美国国防部发布了《联合任务环境试验路线图》［7-8］，该路线图明确要求“在战场实验室、研制试验设施及部队的作战设备之间建立稳固的连接，形成LVC 联合任务环境，在此环境中进行实验、研制、试验或训练”。2005 年12 月美国国防部启动了联合使命环境试验能力计划［8］，该计划旨在建立分布式网络基础结构，将分散的试验设施设备、仿真资源和各方的试验资源连接起来，为美军开展体系试验提供一种分布式的实时、虚拟、构造试验的能力，最终支持武器装备的体系化试验。

我军目前开展的武器装备试验大都按照武器装备分类在不同试验场或同一试验场不同区域进行，由于试验场条件有限，多为单一武器装备的性能试验，这在威胁环境、气象环境、网络环境、对抗环境等方面与实战化要求差距明显。同时，试验的组织实施及资源利用仍依靠经验人为协调，不利于试验理论、试验技术的改进和发展，也难以支持体系化试验数据的保存、共享和开放研究。

2 基于DoDAF 2.0 的体系结构设计

2.1 数据要素确定

DoDAF 的数据元模型包含了体系结构设计相关的数据实体与关系。从武器装备试验指控系统的角度出发，建立符合本文研究内容的数据元模型，包含的数据要素以及之间的关系如下页图1 所示。该数据模型明确了与试验指挥控制过程相关的各种实体类型，可进一步根据这些实体类型，从利益相关者的角度确定需要开发的体系结构模型，指导指挥控制系统的具体开发。

根据图1，依次对核心要素进行解释。其中，能力明确了联合试验指挥控制系统开发所需满足的具体功能，效果是指对能力实现结果的描述，度量指标是对试验指挥控制系统运行的结果进行度量，执行者是指试验指挥控制系统中的不同角色，组织关系是指执行者之间的关联关系，可包含指挥关系、依赖关系、协同关系等，活动是指完成能力的具体行为，活动关系指活动之间的关联关系，可以包括分解关系、前后关系等，功能是指系统或者服务完成活动所体现的功能需求，功能关系是指功能之间的关联关系，系统是指完成功能的系统模块或者组件，服务是指完成功能的服务模块，武器装备指进行试验的本体，如高功率微波武器、定向能武器等等，通信关系是指不同系统或者装备之间的连接关系，资源是指系统或者服务产生或者被消耗的数据、信息、物资等内容。

图1 数据元模型的确定

总之，对以上数据要素分析有助于明确试验指挥控制系统的核心内容，进而为体系结构模型开发提供指导。根据上述确定的内容，接下来从能力视角、业务视角、系统视角确定相关的描述模型。其中模型的序号来自于DoDAF2.0 框架［6］。

2.2 能力模型

考虑新质作战装备试验的应用场景，本文采用以下4 个与能力相关的模型。

1）能力构想（CV-1）。该模型是对武器装备试验指挥控制系统总体的期望，界定能力的战略构想，用于确定能力需求、能力规划、沟通能力开发的战略期望，描述如何利用能力相关术语来陈述高层目标与战略，阐述一体化联合试验的能力需求，一般采用文本描述方法。

2）能力依赖关系（CV-4）。该模型描述能力间的相互依赖性，定义多种能力的分组，主要可用于确定能力间的从属关系、分组关系等。能力要素可以从能力构想中得到指导。可采用图形或者映射矩阵形式描述。

3）能力与组织开发映射（CV-5）。该模型描述能力开发的机构，表达能力的部署以及相互之间的关系。根据DoDAF2.0，能力可部署到组织结构，能力要素来自于能力依赖关系，常采用映射矩阵或者表格描述。

4）能力与作战活动的映射（CV-6）。该模型定义所需能力与作战活动之间的关系，确保作战活动与所需的能力相匹配。详细说明了运用什么能力来支持特定的作战活动，其中作战活动来自于作战活动描述模型，能力来自于能力依赖关系。该模型常采用表格或者映射矩阵的形式来描述。

2.3 业务模型

本文认为与新质作战装备试验流程相关的模型有以下5 个。

1）作战活动模型（OV-5）。该模型描述为完成能力需求所必需的作战活动，主要用于确定作战活动组成及其相互关系。表示了描述与试验相关的作战活动以及活动之间的输入流和输出流，常采用树状图或者流程图的形式描述。

2）作战资源流描述（OV-2）。该模型描述作战资源按照作战节点进行交互的需求，指出执行相关活动的关键角色及其交互。主要用于跟踪作战活动之间的资源流需求，描述作战资源之间的资源交换，常采用结构图的方式来描述。

3）组织结构图（OV-4）。该模型描述组织的结构及其相互作用，主要用于分析组织结构，定义人员角色。组织关系可以包括指挥控制关系、协同关系、依赖关系等等。

4）作战状态转移（OV-6b）。该模型确定作战活动如何通过改变自身状态来响应各种事件，用于描述活动响应事件的触发条件、时序逻辑、转移关系等。描述要素主要包括事件、状态、转移，如受到事件触发而采取某个动作。

5）事件跟踪描述（OV-6c）。该模型描述特定想定中事件序列的行动轨迹，提供对资源流的时序检验，可以与OV-6b 一起使用描述活动的动态行为。该模型有助于定义详细的试验流程，常采用时序图的形式描述。

2.4 系统模型

系统模型可从以下7 个方面进行描述。

1）系统功能描述（SV-4）。该模型描述功能的层次性、系统功能之间的关联关系。要求清楚描述系统功能组成，确保功能分解到合适的粒度，以便于建立系统功能与作战活动的映射关系，可采用分解图描述。

2）活动与功能追溯性矩阵（SV-5a）。该模型建立系统功能集与作战活动集之间的映射关系。用于建立功能需求与试验需求的追溯关系，确定业务视角与系统视角的关联。其中，作战活动来自于OV-5，系统功能来自于SV-4，常采用映射矩阵来描述。

3）系统接口描述（SV-1）。该模型描述系统、武器装备、服务之间的组成以及交互关系，主要用于定义系统、武器装备、服务组成的物理结构，在对应的作战节点之间进行交互。建立业务视角的逻辑结构到系统视角的物理结构之间的追溯，常采用结构图的方式描述。

4）系统资源流描述（SV-2）。该模型主要描述系统之间的系统资源流，并确定连接需要的通信协议。根据试验系统之间的连接关系以及传输的资源流，可以辅助确定系统完成使命任务的程度以及对效能进行度量。

5）系统状态转换描述（SV-10b）。该模型描述系统、服务、或者装备如何通过改变自身状态来响应各种事件。主要描述系统、服务、武器装备响应事件的触发条件、时序逻辑、转移关系等，描述要素主要包括事件、状态、转移，该模型常采用状态转移图来描述。

6）系统事件跟踪描述（SV-10c）。该模型描述特定想定中事件序列的行动轨迹，提供对资源流的时序检验。可以与SV-10b 一起使用描述系统、服务、或者武器装备的动态行为，有助于定义详细的试验流程。常采用时序图的形式描述。

7）系统度量描述（SV-7）。该模型描述系统、服务或者武器装备等资源的度量指标。界定性能特征和度量指标，确定系统、服务或者武器装备完成功能的程度。

2.5 模型开发顺序

根据上述对16 种描述模型的介绍，可发现模型之间存在依赖关系。本节根据这种依赖关系确定模型的开发顺序，便于具体的体系结构开发项目的实施。模型的开发顺序如图2 所示。

图2 中存在的关系可以大致解释如下：CV-4中描述的能力分解来自于CV-1 中对能力的描述；OV-5 中描述的作战活动以及作战活动之间的关系是对CV-4 中能力的进一步分解；能力与作战活动的映射确定了CV-4 中定义的能力与OV-5 中定义的活动之间的映射关系；OV-4 中的组织是OV-5中的活动的执行主体；CV-5 需要确定CV-4 中定义的能力与OV-4 中定义的组织之间的映射关系；OV-2 需要根据OV-5 中描述的作战活动、OV-4 中的组织确定需要包含的作战节点，以及节点完成的任务；根据某作战场景，利用OV-2 中确定的作战节点，可以明确OV-6c 中不同节点之间的交互时序关系；OV-6c 中明确的事件及消息可以进一步完善OV-2 中作战节点完成的作战活动；根据OV-2 中确定的作战节点以及作战节点完成的任务，确定每个作战节点在全作战周期的OV-6b；根据OV-5 中定义的作战活动进一步确定武器装备的SV-4；SV-5a 映射OV-5 中定义的作战活动与SV-4 确定的系统；根据SV-4 中确定的系统功能明确SV-1 中系统的组成与交互关系；根据SV-1 中确定的系统进一步明确每个系统的性能参数以及度量指标；根据SV-1 中确定的系统交互关系进一步明确SV-2中需要确定的系统资源流以及通信协议；根据某作战场景，利用SV-1 中确定的系统，可以明确SV-10c 中不同系统之间的交互时序关系；SV-10c中明确的事件及消息可以进一步完善SV-1 中系统完成的系统功能；根据SV-1 中确定的系统以及系统完成的系统功能，确定每个系统在全作战周期的SV-10b。

图2 模型开发顺序

综上所述，描述模型之间的关联关系与描述模型蕴含的数据要素一致，可以根据数据要素的关联确定确定模型的开发顺序。模型开发顺序的确定有助于对试验指控系统体系的开发。

3 案例

3.1 案例背景

本节以激光武器为例，旨在说明该新质作战装备与典型装备为实现联合作战任务所进行的联合试验过程。激光武器最先出现于美国，美国海军的激光武器研制已历经40 多年，先后研制出数种激光武器系统。近几年来，随着固体激光器技术的迅速发展，高能固体激光武器转向实用化研究。其中，以舰载激光武器系统［9］、海上激光演示系统［10］、M K 38- 战术激光武器系统［11-12］与舰载自由电子激光系统等为代表［13-15］。

目前，激光武器最迫切的运用是防御弹道导弹、巡航导弹等。本章拟以此为基础，构建基于防空反导为背景的激光武器试验指控体系。采用激光武器进行防空反导的联合试验，是指与预警卫星、雷达、联合指挥所结合，以防空反导使命任务为输入，强调试验过程的指挥控制能力，做到各作战节点的高效通信与协调，最终实现一体化联合试验能力。

3.2 模型开发

本小节旨在对上一部分确定的16 种模型进行开发。由于篇幅有限，只对其中几个关键的模型进行介绍。

CV-1 旨在说明防空反导试验指控体系的能力构想，可以采用文本描述的方式说明。本案例认为可以瞄准实现两个构想：能力构想1，试验流程顺利，有效遂行防空反导试验任务；能力构想2，各武器装备达到总体性能指标。以CV-1 模型为起点可以构建后续模型。

CV-4 用来说明联合试验体系需要实现的能力以及能力之间的分解关系。本案例认为联合试验体系需要实现的能力为“试验能力”，并且可以进一步分解为：“指挥控制能力”，对各个作战节点协调指挥并且控制试验的整体流程；“保障能力”，对气象、物资等信息资源的实时有效保障；“测控能力”，对作战目标、作战过程轨迹、状态等信息的监测；“通信能力”，各个作战节点之间信息交互的能力；“辅助决策能力”，是对方案制定以及试验结果分析的自动化实现能力；“武器打击能力”，是指对目标导弹进行有效打击的能力。CV-4 如图3 所示。

图3 CV-4

业务模型主要介绍OV-2 的开发。本文共确定9 个作战节点，其中把“靶目标”作为外部节点，其他8 个作为内部节点，下面依次进行介绍。

“气象保障节点”主要完成气象保障任务，可以把气象条件传递给“靶场指控节点”，也可以接受“靶场指控节点”下达的气象预报指令。“预警卫星节点”主要完成对靶目标的监测，可以传递告警信息给“预警中心节点”，也可以接受“预警中心节点”的监测指令。同理，“预警雷达节点”主要完成对靶目标的监测以及跟踪，可以传递目标信息给“预警中心节点”，也可以接受“预警中心节点”的监测指令。“预警中心节点”主要完成预警信息的处理以及传递，可以传递告警信息、目标信息给“靶场指控节点”，也可以接受“靶场指控节点”的监测指令。“靶场指控节点”主要实施试验过程中的决策类信息，如威胁评估、方案制定等，也可以下达指控类信息，包括对“靶目标”下达升空指令、对“科研单位节点”下达准备命令和打击命令、对“测试节点”下达测试命令。“科研单位节点”主要负责对信息装备的操作，可以进行作战试验准备、下达准备命令打击命令给“新质作战装备节点”，以及返回准备结果打击结果给“靶场指控节点”。“新质作战装备节点”主要负责火力打击任务，在进行作战试验装备和火力打击之后回传准备结果打击结果给“科研单位节点”。“测试节点”在接受完测试指令之后对试验数据进行测试，并传递测试结果给“靶场指控节点”。通过上述9 个作战节点的交互，可以对整体的作战任务有一个较为完整的描述，方便进一步确定执行各作战节点任务的系统或者服务。OV-2 如图4 所示。

图4 OV-2

OV-6c 是针对某一试验场景的逻辑时序描述。在一个试验体系的设计中可能存在多个OV-6c。下页图5 设计了一个OV-6c，以各个作战节点的时序图的方式进行描述，顺序与上述解释类似。例如，“气象保障节点”进行气象预报，传递气象信息给“靶场指控节点”，“靶场指控节点”发送发射命令给“靶目标”。“靶目标”升空进而被“预警卫星节点”探测，“预警卫星节点”传递告警信息给“预警中心节点”，该信息被“预警中心节点”处理并传递给“靶场指控节点”。“靶场指控节点”收到告警信息后下达作战准备命令给“科研单位节点”，并且给“预警中心节点”下达继续跟踪指令。“预警中心节点”下达跟踪指令给“预警雷达节点”，经探测得到目标信息后传递给“预警中心节点”以及“靶场指控节点”。“靶场指控节点”在接收到“科研单位节点”和“新质作战装备节点”的准备完成信息后，以及根据得到的详细靶目标信息，进行威胁评估、落点计算、方案制定等行为。并进一步下达打击指令给“科研单位节点”以及“新质作战装备节点”，发射新质作战装备并打击靶目标，并同时把打击结果发送给“科研单位节点”与“靶场指控节点”。然后，“靶场指控节点”下达测试命令给“测试节点”，并根据“测试节点”传回的测试效果进行结果分析。

图5 OV-6c

系统模型主要介绍SV-1 的开发。SV-1 是系统视角的核心模型，主要描述了组成试验总体系统的分系统以及它们之间的交互关系。每一个作战节点可以包含一个或者多个物理系统，如图6 所示。系统主要包括“气象预报系统”、“预警卫星”、“预警雷达1”、“预警雷达2”、“导弹”、“靶场指控中心”、“预警中心”、“科研单位”、“激光武器”、“光斑分布测试系统”以及“辐射参数测试系统”。其中把雷达节点具体化为两个预警雷达，把测试节点具体化为光斑测试系统与辐射参数测试系统。根据这些系统实现的功能可以与系统功能产生映射，这些系统之间的交互关系可以对应到OV-2 的作战节点连接关系。

综上所述，根据上一节确定的模型开发顺序，以基于激光武器的防空反导试验案例为背景，开发试验指挥控制体系架构，明确核心的作战要素与系统要素，为具体的体系建设与运用提供指导。

图6 SV-1

4 结论

本文针对当前研究存在的基于新质作战装备联合试验的缺陷，基于体系结构方法，参考DoDAF 2.0 框架，提出符合应用背景的3 个视角和16 种模型，并确定了模型的开发顺序，最后基于激光武器的防空反导场景进行案例开发。本文的研究为新质作战装备的联合试验规划提出了途径，指导了联合武器装备试验的决策与部署。