基于DODAF的航空兵數據鏈戰術應用體系分析

沈科宇　李健　王曉安　李讓

摘 要： 分析了美國國防部系統體系結構（DODAF）框架的特點，并提出采用基于活動的分析方法（ABM）開發DODAF框架體系結構視圖產品，并分析了其可行性；結合航空兵作戰的特點，采用Rational體系結構建模工具開發了相關視圖產品，描述了航空兵作戰過程和戰術數據鏈系統的分析過程，充分將DODAF框架應用于航空兵作戰戰術數據鏈體系分析。

關鍵詞： 航電系統； 模擬器； 接口轉換； ABM

中圖分類號： TN39?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0021?04

0 引 言

世界已經進入21世紀信息爆炸時代，以信息和信息技術為重要基礎，以系統集成為基本方式， 以有效控制為主要目標， 正在并將繼續推動戰爭形態、戰爭力量和戰略格局等諸多方面的變革。現代信息化戰爭已經從以平臺為中心轉向以網絡為中心，支持網絡中心戰的是全球信息柵格（GIG），而實現全球信息柵格的重要支撐技術之一是戰術數據鏈[1]。而享有“數字化戰場中樞系統”之稱的數據鏈， 將戰場上的指揮中心、各級指揮所、各參戰部隊和武器平臺鏈接在一起， 構成陸、海、空、天一體化的數字信息網絡， 從而實現信息資源共享， 為作戰指揮人員和戰斗人員提供作戰數據和完整的戰場戰術態勢圖[2]。

在以現代化為標志的未來戰場上，航空兵部隊的作用將不斷得到深化和加強，不僅擔負偵察、突防、空襲等傳統任務，同時還將承擔支援兩棲作戰、縱深打擊、空海協同等重要作戰任務。因此構建一個完善的航空兵作戰體系，優化現役裝備體系結構，發揮現有裝備的最大作戰效能顯得至關重要。2004年2月美國國防部在原有C4ISR體系結構框架的基礎上，頒布了《國防部體系結構框架》1.0版本，用于支持和指導美國國防指揮控制系統的體系結構描述[3]。2007年4月和2009年5月，DoDAF的1.5版本和2.0版本相繼頒布，使得整個指揮控制框架對C4ISR系統的描述更為全面、細致、準確[4]。本文將在其基礎上，進一步較深入的討論海軍航空兵數據鏈作戰的體系結構和應用模式。

1 戰術數據鏈與航空兵作戰

在未來以高新技術為核心的網絡化信息化戰爭中，各方的指揮與控制中心需要實時地獲取、傳輸、顯示和處理己方和敵方的所有武器平臺和作戰單元的各種狀態和信息，使決策者能夠實時掌握和了解整個戰場的情況分布與態勢，以便于其迅速做出行動和作戰決策，應對瞬息變化的戰場形勢，從而使其能夠牢牢掌握現代化戰爭的主動權。戰術數據鏈路系統是一種供戰區聯合作戰中各軍種共同使用的戰術數據信息傳輸系統[5]。其采用無線網絡通信技術和定制的專用協議，實現陸海空各種戰術平臺或系統間的戰術信息交換，是軍隊在作戰行動中用于傳輸格式數據、數字話音、圖像等各種格式化數字信息的一種重要途徑。

隨著1997年美軍在海軍學會第123次年會上提出了網絡中心戰（NCW）的概念[6]，作戰的中心由單獨的作戰平臺轉向了以網絡為中心的一種協同作戰行動，其中作戰平臺、指揮平臺、各種傳感器等各種作戰元素都成了作戰網絡上的節點，當某一個節點出現信息改變或信息獲取時，整個網絡上所有節點都會實時共享該信息。在實際的多兵種作戰過程中，如何將獲取的大量實時信息運用各種方式及時、有效和正確的處理，成為現代化信息戰爭中影響其作戰效能發揮至關重要的因素之一。

西方發達國家尤其是美軍在C4ISR系統構建過程中，通常將網絡中心戰的戰術數據鏈作為其作戰的關鍵環節。為了適應未來信息化和網絡化戰爭的需要，北約和美軍部隊從20世紀末已經開始裝備和使用了多種戰術數據鏈，其中典型的有Link?4、Link?11、Link?14、Link?16等等，通過使用這些數據鏈，各國軍方能夠實現在各級指揮所和控制中心系統的顯示控制臺上實時繪制整個戰場的戰術信息與態勢。

航空兵是美軍實施海上進攻作戰的主要兵力，無論是母艦航空兵還是岸基航空兵，在從海上對岸上目標實施空襲、支援兩棲進攻作戰、突擊海上艦船、實施進攻性布雷封鎖等軍事行動中，均起著十分重要的作用[7]。航空兵作戰主要有以下特點：突發性較強，應急與準備時間短；多平臺分布式協同探測與預警；多種信息源的管理與融合；實時戰場信息共享與協同作戰。隨著戰術數據鏈技術的飛速展，如何更好的運用戰術數據鏈結合航空兵實際作戰特點，以及在網絡中心戰中協同作戰過程中發揮更強有力的戰斗力就變得尤為重要。

2 C4ISR系統建模層次

航空兵作戰C4ISR 系統不僅牽涉到大量的部門、人員和裝備，而且在作戰過程中各部門的業務相互交叉、互相依存，因此在模型的構建過程中，首先甄別系統的功能類別和建模層次，才能依據不同的需求完善系統模型的結構和功能[4]。為了高效與準確的對各級系統進行統一建模，可按照不同的等級和特點對其進行分類。作戰人員比較關心自己的權限，比較愿意按照職責劃分；頂層決策人員比較注重各系統間的協作與融合，更愿意按照功能劃分類別屬性；而工程技術人員則更關心設備的接口聯通和功能正常運行。想要構建一個各方都適用的統一完善系統，需要從不同的方面進行定義與描述。

本文借鑒了軟件系統方法（Soft System Methodology，SSM）將航空兵作戰C4ISR系統約定為以下層次：首先是物理層，由通信技術手段約束條件下的方案、模型和實體構成，該層主要是實體傳輸和信息管理；其次是邏輯層，由統一的協議與標準組成，實現各個平臺之間的相互關聯約定；最后是概念層，由系統中各級的信息策略按照已定義邏輯有序組成，包含各種已知的典型信息模型與管理。

3 DoDAF概述

對采用尖端系統和技術的大型組織在實施聯合使命時，需要一個結構化的、可重復的方法，來評估投資和投資的候選項目，評估有效執行組織改革的能力、創建新系統的能力和配置新技術的能力。為達到這個目標，制定了DoDAF，如圖1所示，將其作為體系結構開發的指南。

DoDAF包括全景、作戰、系統和技術四個視圖，這四個視圖表達了架構的不同方面[3]：

（1） 全景視圖 AV （All?Views）：主要描述架構項目應用目的和范圍等相關信息，包括概述、術語、摘要和字典等。

（2） 作戰視圖 OV （Operational View）：主要描述要支持的作戰概念，在OV中進行的建模項目需要完成作戰任務的人員或組織和活動之間信息交換。OV主要定義了互操作性和作戰能力方面的需求。

（3）系統和服務視圖SV（Systems and Services View）：重點描述已構建系統、待構建系統和其之間的物理互聯，以支持在OV中記錄的相關的作戰需求。

（4） 技術標準視圖TV（Technical Standards View）：主要描述各個系統部件和組件之間互聯的技術標準，包含技術標準演進和技術細節描述的預測。

DoDAF的作戰、系統和技術三個視圖，它們在邏輯上結合在一起，描述系統的架構，以保證系統的互連、互通、互操作。三個視圖的每一個視圖描述了架構的某些屬性。這些屬性既是連接兩個視圖的橋梁，又提供了這些視圖綜合集成的架構定義的完整性、相干性和一致性。

4 航空兵作戰戰術數據鏈建模分析示例

采用基于航空兵作戰的活動視圖和基于作戰活動的戰術數據鏈系統視圖相結合的分析方法。分析在航空兵作戰中戰術數據鏈系統實體在作戰節點上的通信方式和傳輸線路。

4.1 開發方法

按照DoDAF制定的基本原則和具體準則，架構的開發分為如圖2所示的6個步驟。對特殊的組織和目的這些過程是可以剪裁的。框架并不強制執行這6個步驟，只是為了給架構開發人員提供一個有指導意義開發過程。這些步驟是描述架構所要求的基本步驟，也是經常采用的基本步驟。為了使圖形簡單，省略了許多反饋環路。

開發架構的前四步是確定構建架構的目的、明確架構的范圍、確定架構的關鍵特征以及要構建的架構產品。構建哪些產品取決于架構的范圍和目的。使用部門和用戶在這四步中起著決定性作用，當然也要求架構開發人員參與。而后兩步才主要是由架構開發人員來完成的，如圖2所示。

這里主要根據航空兵數據鏈戰術使用情況，分析生成了作戰視圖OV和系統視圖SV，并進一步描述視圖之間的關系，說明了如何構建系統的結構、組成和運行。

4.2 作戰視圖

4.2.1 作戰活動

根據航空兵作戰活動想定，分析其中涉及的各項作戰活動，通過分析與分解，形成層次化的作戰活動模型。活動模型是采用IDEF0語言，分別從輸入、輸出、控制和機制方面加以描述。不同層次圖間的父子平衡關系，SA工具實現關聯與檢驗。通過不同的視圖OV?5圖分別形成對應的作戰活動節點樹和作戰活動模型。

航空兵作戰除了按使用流程進行任務規劃外，還根據作戰樣式進行細分，從對海突擊、對岸突擊、防空作戰、反潛作戰、攻勢布雷作戰、電子偵察和電子戰等方面進行細分，將細分后的節點按照實施的過程起飛、飛行、突防、突擊、返航等內容進行進一步細化，形成對應的作戰活動節點樹，如圖3所示。然后再根據節點樹涉及到的流程操作等信息形成對應的作戰活動模型如圖4所示。

4.2.2 作戰節點

不同的作戰活動又形成了不同的作戰節點，每個作戰節點相互關聯形成對應的節點視圖OV?2視圖。以常用通用預案加載為例，通常保密部門和通信部門要開展協作，作戰部門要下達對應的任務給通信部門，最后所有的信息匯集到機務大隊進行執行，從而形成一定作戰協同關系，發揮各個作戰節點的作用。

4.2.3 組織結構

根據作戰活動的實際情況，將涉及到的部門按功能和所屬形成一定的組織機構圖，明確各組織機構的關聯關系OV?4圖。航空兵數據鏈作戰通常涉及到的作戰部門均需要劃歸到對應的組織機構中去，除了涉及作戰部門、通信部門、保密部門等業務部門，還要涉及到對應的航空師及航空團的架構。

4.2.4 生成信息交換報告

通過SA工具提供的三元關系矩陣，關聯作戰活動、作戰節點和角色，關系描述如下：角色執行發生在作戰節點上的作戰活動。通過作戰活動、作戰節點和角色，方便進一步分析系統的整體結構和運轉的流程。

根據信息的流向，通過DODAF工具自動生成信息交換情況，將各類作戰活動、作戰節點和角色有機組織在一起，形成OV?3報告，如圖5所示，進一步明確作戰系統中的關系。

4.2.5 物理數據模型

根據海軍航空兵對岸作戰消息通信，以發現敵情、分析敵情、支援、作戰為導向分析設計邏輯數據模型（OV?7 Logical Data Model），并通過邏輯數據模型建立實體關系（Entity Relation），進而建立物理數據模型（SV?11 Physical Data Model），如圖6所示。

4.3 系統視圖

（1） 系統功能

根據系統運行的實際情況，對系統的模塊進行進一步分解，并對每一模塊的運轉情況進行機一部構筑，最終形成不同的功能區域，實現一定的功能。

航空兵數據鏈戰術系統可以按照數據鏈的功能區域從對時、組網、模式設置、數據傳輸、指令下達等內容入手，在將組網、傳輸等功能進行二次細化，從而形成不同的功能區域。

（2） 系統節點

SA工具ABM方法提供自動繪制節點接口及接口線的功能。對應SV?1圖例，由于航空兵數據鏈戰術應用中數據鏈通信是雙向的，所以不同機型之間的通信可以建立不同的系統節點，然后同步不同的數據鏈和電臺進行數據通信，從而形成對應的系統節點，對各個機型在數據鏈戰術應用中的功能進行描述。

（3） 系統節點、系統功能、系統實體三元關系設置

同作戰視圖中三元關系類似，這里描述系統視圖中三元關系，可以通過DODAF的系統節點到系統功能的應用來實現關聯系統節點和系統功能，并同時為系統節點所具備系統功能分配承載體（系統實體）。以雷達系統為例，將雷達系統節點，通過發送態勢信息、電磁干擾情況等系統系統功能，分配給數據鏈戰術系統形成系統實體，如圖7所示。

4.4 作戰活動和系統功能追溯矩陣

要確定系統功能如何支持作戰需求，一個作戰需求需要哪些系統功能來支撐，確保體系結構是合理的。

作戰活動和系統功能間的關系可以是多對多和一對多的關系，那就是說一個活動可以需要多個系統功能來支持，同時一個系統功能也可以實現多個活動的需求。

航空兵數據鏈戰術應用就是通過不同的作戰需求來規劃對應的系統功能，并在不同的系統功能中分析對應不同的作戰需求，最后形成一個架構的有機整體，為部隊分析和使用數據鏈戰術應用提供合理的依據和方法。

5 結 語

戰術數據鏈的成熟應用是現代化信息戰爭發展的重要標志之一，其在現代戰爭中發揮著極其重要的作用，部隊對戰術數據鏈的應用水平高低能夠在很大程度上決定未來信息化戰爭的走向和結果。基于作戰活動的戰術數據鏈應用分析為打造一體化戰術數據鏈作戰平臺提供有利的幫助，采用DODAF框架對數據鏈進行了分析和建模設計，并通過分析和建模設計證明DoDAF在航空兵作戰戰術數據鏈分析的可行性。

參考文獻

[1] 徐丹，劉作良.航空數據鏈建設及展望[J].艦船電子工程，2006，26（3）：27?30.

[2] 王邦榮，李輝，張安，等.戰術數據鏈的現狀及未來發展趨勢[J].火力與指揮控制，2007，32（12）：5?9.

[3] WIDNEY Chris. Department of defense architectural framework， DoDAF [M]. USA： [s.n.]， 2006.

[4] 馬穎亮，高曉冬，張光軼.基于RUP的航空兵作戰C4ISR體系結構研究[J].指揮控制與仿真，2011，33（4）：20?24.

[5] 許同和，王麗云.美軍Link?16戰術數據鏈路系統[J].現代軍事，2002（8）：36?37.

[6] 胡欣杰，潘清.網絡中心戰體系結構研究裝備[J].裝備學院學報，2012（4）：56?58.

[7] 付幼堯.美軍航空兵海上進攻作戰主要特點[J].現代軍事，1996（6）：78?80.

同作戰視圖中三元關系類似，這里描述系統視圖中三元關系，可以通過DODAF的系統節點到系統功能的應用來實現關聯系統節點和系統功能，并同時為系統節點所具備系統功能分配承載體（系統實體）。以雷達系統為例，將雷達系統節點，通過發送態勢信息、電磁干擾情況等系統系統功能，分配給數據鏈戰術系統形成系統實體，如圖7所示。

4.4 作戰活動和系統功能追溯矩陣

要確定系統功能如何支持作戰需求，一個作戰需求需要哪些系統功能來支撐，確保體系結構是合理的。

作戰活動和系統功能間的關系可以是多對多和一對多的關系，那就是說一個活動可以需要多個系統功能來支持，同時一個系統功能也可以實現多個活動的需求。

航空兵數據鏈戰術應用就是通過不同的作戰需求來規劃對應的系統功能，并在不同的系統功能中分析對應不同的作戰需求，最后形成一個架構的有機整體，為部隊分析和使用數據鏈戰術應用提供合理的依據和方法。

5 結 語

戰術數據鏈的成熟應用是現代化信息戰爭發展的重要標志之一，其在現代戰爭中發揮著極其重要的作用，部隊對戰術數據鏈的應用水平高低能夠在很大程度上決定未來信息化戰爭的走向和結果。基于作戰活動的戰術數據鏈應用分析為打造一體化戰術數據鏈作戰平臺提供有利的幫助，采用DODAF框架對數據鏈進行了分析和建模設計，并通過分析和建模設計證明DoDAF在航空兵作戰戰術數據鏈分析的可行性。

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[7] 付幼堯.美軍航空兵海上進攻作戰主要特點[J].現代軍事，1996（6）：78?80.

同作戰視圖中三元關系類似，這里描述系統視圖中三元關系，可以通過DODAF的系統節點到系統功能的應用來實現關聯系統節點和系統功能，并同時為系統節點所具備系統功能分配承載體（系統實體）。以雷達系統為例，將雷達系統節點，通過發送態勢信息、電磁干擾情況等系統系統功能，分配給數據鏈戰術系統形成系統實體，如圖7所示。

4.4 作戰活動和系統功能追溯矩陣

要確定系統功能如何支持作戰需求，一個作戰需求需要哪些系統功能來支撐，確保體系結構是合理的。

作戰活動和系統功能間的關系可以是多對多和一對多的關系，那就是說一個活動可以需要多個系統功能來支持，同時一個系統功能也可以實現多個活動的需求。

航空兵數據鏈戰術應用就是通過不同的作戰需求來規劃對應的系統功能，并在不同的系統功能中分析對應不同的作戰需求，最后形成一個架構的有機整體，為部隊分析和使用數據鏈戰術應用提供合理的依據和方法。

5 結 語

戰術數據鏈的成熟應用是現代化信息戰爭發展的重要標志之一，其在現代戰爭中發揮著極其重要的作用，部隊對戰術數據鏈的應用水平高低能夠在很大程度上決定未來信息化戰爭的走向和結果。基于作戰活動的戰術數據鏈應用分析為打造一體化戰術數據鏈作戰平臺提供有利的幫助，采用DODAF框架對數據鏈進行了分析和建模設計，并通過分析和建模設計證明DoDAF在航空兵作戰戰術數據鏈分析的可行性。

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