美國海軍綜合電子信息系統發展趨勢及啟示

錢興華，左艷軍，伍江華

(1.中國艦船研究院，北京 100192;2.中國船舶重工集團公司第七一四研究所，北京 100192)

美國海軍綜合電子信息系統發展趨勢及啟示

錢興華1，左艷軍2，伍江華1

(1.中國艦船研究院，北京 100192;2.中國船舶重工集團公司第七一四研究所，北京 100192)

從頂層設計、信息基礎設施、重點裝備和技術發展趨勢等4個方面剖析美軍綜合電子信息系統研制特點和發展趨勢，得出綜合電子信息系統發展啟示。

頂層設計;信息基礎設施;綜合電子信息系統;啟示

0 引言

綜合電子信息系統又稱為C4ISR系統，是由指揮控制、情報偵察、預警探測、通信和電子戰等要素組成，通過多層次、大范圍、綜合集成而成的復雜巨系統，它是各軍兵種作戰系統的“大腦和神經”，是信息系統與武器系統、作戰保障系統的黏合劑，是形成整個武器裝備體系的紐帶，能確保各參戰部隊進行以網絡為中心的現代化戰爭，使指戰員能先敵發現、先敵判斷、先敵行動、先敵制勝。

在“網絡中心戰”思想的牽引下，國外海軍綜合電子信息系統近年來在信息基礎設施、聯合指揮控制、一體化情報監視偵察(ISR)、軟體系建設等多個方面進行全面綜合的規劃和建設，經歷了一條不斷集成、融合、創新的發展道路，已從原先分立的或“煙囪式”的系統發展成為由各種系統交聯在一起而形成的日漸走向一體化、網絡化的大系統。

1 綜合電子信息系統發展現狀及趨勢

美軍綜合電子信息系統的發展經歷了3個階段，即1970～1992年的C3I階段、1992～2003年的一體化C4ISR系統階段和2003年開始的支持網絡中心戰的一體化C4ISR系統階段。這3個階段體現了美軍由20世紀70年代的“平臺中心戰”理念向“網絡中心戰”理念的轉變過程，也體現了美軍綜合電子信息系統由C2－C3－C3I－C4I－C4ISR－C4KISR的發展過程。

近幾十年來，美軍利用C4ISR系統實現了對“時間敏感目標”的適時打擊，及時打擊發現的移動目標，在進攻中對海空火力進行召喚，對參戰的各種戰斗資源進行有效的指揮與控制，這大大增強了協同作戰能力，明顯提高了綜合保障能力和效率。

1.1 相繼形成信息化建設頂層指導文件，“網絡中心戰”逐步從概念研究走向實戰應用［1］

近年來，美國國防部先后頒布2020年聯合構想、DoD 體系結構框架(包括 1.0，1.5，2.0)［1－2］、目標GIG體系結構、國防信息基礎設施主計劃、聯合能力集成與開發系統、國防部網絡中心服務戰略、國防部信息共享戰略、國防部網絡中心數據戰略和國防部信息保障等頂層規范性文件。以全球信息柵格GIG為基礎，以網絡中心核心企業服務(NCES)為主要公共操作服務環境，重點發展以分布式地面站(DCGS)為基礎的JISR、水下ISR、轉型衛星、聯合戰術無線電系統(JTRS)、網絡使能的指揮控制系統(NECC)等裝備，支持互操作能力達到第三階段的3～4級，實現集成方式由物理集成、數據集成到能力集成的跨越式發展。

美海軍推出21世紀信息技術(IT21)計劃、“部隊網”計劃，提出了海軍和海軍陸戰隊發展戰略，統籌海軍綜合電子信息系統的建設和發展，支持戰略、戰役和戰術級的協同交戰，保證海軍作戰網絡與其他軍種的網絡及國防部的全球信息柵格相兼容，達到無縫隙互操作。當前，IT21計劃已經完成;“部隊網”已完成了陸海信息基礎設施的建設工作，預計2015年前，“部隊網”將重點實現網絡的使能化，實現基于網絡的指揮與控制，并進入綜合實戰驗證階段。

1.2 重點建設信息基礎設施，力求實現網絡化和柵格化［3］

美國海軍可靠的海上網絡企業服務(CANES)是當前美國海軍網絡發展的主計劃，由海上網絡、岸基網絡以及艦艇網絡3部分組成，其建設目標是為美國海軍提供基礎網絡信息分發服務(BNIDS)以及與國防信息系統網絡(DISN)的接入，提供體系結構和服務使得艦艇內部及海上編隊各艦艇之間以及與艦隊司令部之間能進行實時的信息交換。CANES是綜合艦載網絡系統(ISNS)的延續，ISNS從2001年啟動，原計劃分為增量Ⅰ、增量Ⅱ和增量Ⅲ這3個發展階段。2001到2008年為增量Ⅰ階段，從2009年進入增量Ⅱ階段。從美國海軍最新資料看，從2009年起ISNS增量Ⅱ計劃正式過渡為CANES計劃，并按照國防部統一要求由IPv4向IPv6轉變，加速走向柵格化。圖1為美國海軍CANES的發展計劃。

1.3 重點裝備和技術發展趨勢

1.3.1 加緊發展聯合指揮控制系統和統一指揮控制系統，提高互操作能力

美國海軍現役的支持聯合作戰的指揮控制體系主要由全球聯合指揮控制系統(GCCS－J)、全球海上指揮控制系統(GCCS－M)、編隊指揮控制和本艦指揮控制構成，最終將過渡到由網絡使能指揮控制系統(NECC)和艦艇自防御系統構成的一體化聯合指揮控制體系。

圖1 美國海軍的網絡發展計劃Fig.1 The development plan of US Navy network

1)在發展全球指揮控制系統的同時，提升聯合指揮控制能力。

美國一方面發展全球指揮控制系統，一方面開發聯合指揮和控制(JC2)系統(2007年改名為NECC)，將吸取“持久自由行動”和“伊拉克自由行動”中的經驗教訓，在全球指揮控制系統(GCCS系列)的基礎上進行開發。聯合指控系統作為三軍共用的聯合指揮和控制系統，能為戰略、戰役及戰術等各個層次提供基于網絡的指揮控制能力，具有高效決策、認知共享、靈活同步、分布式指揮控制、高效組織結構、全面集成共享的高質量信息、強大組網能力，具備根據任務需求、目標位置和物理特性來快速尋求匹配作戰資源的能力，支持攻防一體的協同信息攻防與防御能力。

2)發展落實“傳感器－射手”鏈概念，加快發展精確打擊能力。

“傳感器－射手”概念的核心是作戰效果最大化和反應時間最小化。這需要將傳感器、通信、裝備、條令、程序、部隊組織機構、設施和人員等因素完全綜合在一起，形成網絡化力量，通過指揮控制的扁平化來提高作戰指揮與打擊的速度，并通過擴大平臺與武器的作戰能力來達到作戰效果最大化。在新型跨平臺網絡化作戰系統方面，最著名的是海軍的協同作戰能力系統(CEC)。

CEC是使海軍“以平臺為中心”向“以網絡為中心”的第1種網絡化系統。CEC可以實現對各平臺的實時和近實時傳感器數據進行處理，形成各平臺可實時共享的空中目標的一致航跡及其特征信息，最終形成綜合單一的實時火控質量的合成航跡圖像，并將傳感器數據分發給戰斗群中的每艘艦艇，形成區域內艦機綜合作戰能力，極大地提高區域、本地和自防御能力，為艦隊提供對付反艦巡航導彈和戰區彈道導彈日益增大的威脅所需要的大縱深防御和相關保障的能力。

圖2 美國海軍協同防空示意圖Fig.2 An example of US Navy CEC

1.3.2 “情報監視偵察”(ISR)正由單元和平臺級向全戰區網絡一體化轉變

美軍認為，包括“持久自由行動”和“伊拉克自由行動”在內的多次作戰已經證實ISR越來越成為軍事任務獲得成功的決定性因素和催化劑。為確保美國海上部隊繼續作為國家軍事行動的第一響應者，美國海軍將把ISR系統從單元和平臺級的設施向不依賴平臺、廣為分布、垂直/水平一體化ISR能力轉變。《美國海上力量轉型路線圖2003》規劃了美國海軍的ISR轉型的3個階段(如圖3所示)。在“部隊網”的支持下，轉型后的海軍ISR將從傳統“煙囪式”系統向開放式體系結構轉變，具有跨平臺和跨海/岸/空環境的通用性，并在海軍部和國防部范圍內實現一體化［4］。

1.3.3 軟建設日益受到重視，服務與數據走向網絡中心化

1)制定網絡中心企業服務計劃，構建共用核心服務與軍種專業服務分開的分層結構。

為滿足網絡中心戰需求，美軍制定了“全球信息柵格企業服務(GES)”計劃，將通用操作環境(COE)的服務范圍擴大到數據服務、應用服務和管理服務。服務方式更加靈活，能提供按部門或按需長期或臨時的定制服務，網絡管理能力大大增強，軟硬件升級更加方便。

圖3 海軍ISR戰略和轉型路線圖Fig.3 The strategy transformation roadmap of US Navy ISR

GES將使用基于網絡的服務體系結構取代當前的全球指揮控制系統任務應用系統，為遍布國防部內的用戶提供信息支持。這種方法提供了支持多層服務的模式，使得核心企業服務相對獨立，核心企業服務與專用服務的系統升級相互剝離，即作戰域、業務域和情報域等可根據具體需要進行升級和改進，而不影響下層技術基礎設施域。

2)制定統一的適應網絡中心戰的數據策略［5－8］，實現以數據為中心數據管理和共享。

全球信息柵格僅是建立網絡中心環境的基礎，在其中流動的可靠、可訪問、可用和完整的數據才是其發揮作用的關鍵，數據管理是向適應網絡中心環境要求的數據環境轉變的重要保證，是網絡中心向數據中心化環境邁進的問題，也是互操作的基礎性問題，因此數據管理對于電子信息系統的發展意義尤為明顯。

為了提高數據管理的質量，美國國防部提出了實現數據的可視性、可用性、可理解性、可信性、制度化、可互操作性、對用戶需求的可響應性等7個目標。新的數據管理戰略將使國防部從以前的“任務、處理、利用、分發”模式轉變為“先傳輸后處理”，將數據管理的焦點從標準化擴展到數據的可視化和可訪問性上，使授權用戶訪問數據時，不必在處理、利用和分發數據上浪費時間，并且所有被傳輸的數據將和元數據相關聯，實現高效的數據共享。

3)構建面向服務、開放和統一計算環境的一體化體系結構。

基于開放式體系結構(OA)［9］和商用現成(COTS)技術，采用中間件、面向服務的體系結構(SOA)和多層資源管理(MLRM)等技術，將各種專用應用程序、請求服務和公共服務等以服務構件形式封裝，促進系統各具體應用程序同底層計算機及操作系統和網絡基礎設施的相互隔離，構建開放、統一的計算環境，打破原有系統及設備間緊密耦合、復雜的信息接口關系，支持系統的靈活重組和動態集成。美國海軍DDG 1000上應用的全艦計算環境(TSCE)是這種思想的應用典范，是對傳統信息系統體系結構設計理念的創新，改變了美國海軍信息系統集成模式。借助全艦計算環境，美國海軍電子信息系統通用化、一體化程度將得到大幅提升。

1.3.4 加強信息優勢，促進信息優勢向決策優勢轉變

2010年5月，美國海軍出臺了《美國海軍制信息構想》作為海軍電子信息系統與能力未來一段時間發展的目標圖像。構想給出了海軍未來將重點發展空域控制、網絡電磁空間作戰、決策優勢、人員培訓、電磁頻譜管理、艦隊作戰管理、水面傳感器集成、情報監視偵察(ISR)、海上彈道導彈防御、海域感知、頻譜使用、打擊指揮與控制、水下控制和無人系統等14個領域，并指出在未來18個月內將陸續發布各領域的詳細發展路線圖。

通過構想及實施，美國海軍在所有任務領域獲得對敵決定性的競爭優勢，進一步擴大海軍的機動空間范圍，保持海軍對敵信息優勢，獲得最佳的作戰效能。制信息能力要求海軍必須從根本上重新調整作戰能力，從依賴單獨設備管理電磁頻譜的現狀向艦艇及編隊聯合獲取指揮與控制、自動控制電磁頻譜的方向轉變。要求美國海軍構建新的作戰概念、發展新型武器、推進作戰管理以及加強作戰人員的教育和培訓。信息不再只發揮“催化”和“倍增”作用，信息將放大海軍部隊的機動作戰能力，信息將擴展部隊機動空間，形成新的作戰概念，提供新戰略選擇和非對稱作戰能力，保持對戰場的絕對控制，信息最終將作為一種武器用于影響、據止、瓦解或摧毀敵方戰力。

2 啟示

美海軍綜合電子信息系統的發展過程中，注重電子信息系統的頂層發展規劃，未來重大裝備和技術方向的選擇，大型試驗驗證環境的建設等各項工作，這對促進綜合電子信息系統更好、更快地發展有重要借鑒意義。

2.1 積極研究和制定頂層發展規劃

1)要加強頂層設計與體系結構研究。建立明晰、一致、靈活的頂層框架，展現體系目標圖像和對抗能力，描述能力體系與裝備體系、技術體系的映射關系和影響因素，逐步形成綜合電子信息系統頂層設計、系統集成能力。

2)要切實統一技術體制和標準體系。統一的技術體制和標準規范是保證現役、在研、在建裝備形成有機整體，提高系統互聯互通互操作水平基礎和前提。

2.2 攻關一批重點裝備和重大關鍵技術

美國海軍通過進行作戰能力分析、使能能力分析以及主要支撐技術分析研究，列出能力與技術的優先排序表，有選擇有重點地做好關鍵技術研究工作。綜合電子信息系統研制建設過程中需要確定體系技術發展策略和重大關鍵技術發展路線，統籌規劃技術路線選擇和重大裝備的建設，優化裝備體系方案，制定相關技術發展規劃，才能全面推進綜合電子信息系統建設。

2.3 重視大型綜合試驗設施建設

綜合電子信息系統是一個復雜的巨系統，僅僅依靠采用實兵實裝的外場試驗方法不僅代價高昂而且已經明顯滿足不了復雜巨系統功能性能的測試要求。為了盡可能花少量經費和研制周期獲得滿足實戰要求的電子信息系統，建立大型綜合試驗環境來試驗測試已成為世界各國的有效解決辦法和途徑之一。通過建立大型綜合試驗環境，采用虛實結合的試驗方法，檢驗系統的各項功能和性能指標，提高系統的能力。

［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

錢興華(1964－)，女，碩士，研究員，研究方向為C3I系統技術和系統集成技術。